درجة حرارتها 8 آلاف ومدتها جزء من ألف جزء من الثانية

البرق : 44 ألف صاعقة يوميا تضرب الأرض!

عنود القبندي

ومضات سريعة تضيء السماء قد يلحظها بعضنا والتي تعرف بالبرق، هذا الضوء المبهر الذي يظهر فجأة في قلب السماء وعادة في الأيام التي تسوء فيها الأحوال الجوية ينشأ نتيجة تصادم سحابتين إحداهما تحمل الشحنة الكهربائية السالبة والأخرى تحمل الشحنة الكهربائية الموجبة، وبذلك ينتج عن التصادم شرارة قوية تصدر على هيئة الضوء الذي نراه فجأة ثم يختفي في الأيام ذات الطقس السيئ، وبعد هذا الضوء يعقبه صوت عال قادم من السماء يخاف منه البعض وهو ما يعرف بالرعد.

متى تحدث الصواعق؟

البرق هو عبارة عن تفريغ كهربائي لامع وساطع للغاية، يحدث في طبقات الجو بسبب تكون شحنات كهربائية وتوزعها في السحب الركامية (تشبه السندان)، أو الغيوم إلي تحدث فيها العواصف الرعدية. وتبلغ المدة الزمنية للشحنة الواحدة منها 0.0002 من الثانية وتتراوح شدة التيار من بضعة آلاف إلى نحو مائة ألف أمبير ومتوسط الجهد الكهربائي يل إلى مائة ألف فولت. يتخذ وميض البرق أشكالا متعددة مثل الشوكي Froked، أو متعرج الإمداد Zigzag، أو مخططاً Streak، أو صفائحيا Sheet.

تحدث الصواعق أو البروق في العواصف الرعدية وذلك لأن عملية التجميد التي تحدث في الطبقات العليا، تفصل بين الشحنات الموجبة والسالبة المتكونة. وبسبب حركة الهواء إلى الأعلى والأسفل تتباعد الشحنات الكهربائية، ويحصل نتيجة لذلك تفريغ كهربائي بين تلك الشحنات المتباعدة إما بين الغيوم ذاتها أو بين الغيوم المشحونة والأرض. حيث يسخن الهواء القريب من مكان التفريغ هذا حتى 50 ألف درجة فهرنهايتية!، يعني أسخن من سطح الشمس ذاته، وفي الحقيقة فإن ضربة البرق هذه تحمل من الحرارة خمسة أضعاف حرارة الشمس ذاتها. ومع التبريد والتسخين السريعين للهواء القريب من مكان صاعقة البرق هذه، تتولد موجة صدمة؛ حيث «ينفجر» الهواء القريب منها فعليا، وهذا الانفجار يدوي بصوت مروع عالي الشدة والقوة، وهو ما نعرفه بالـ «الرعد».

ينتقل البرق كتفريغ شحنات كهربائية على شكل قناة غير مرئية من الغيوم العالية إلى الأرض، وعندما يقترب من أي جسم على الأرض فإن فيضا من الطاقة الكهربائية ذاك يعود في تلك القناة ويصبح البرق مرئيا. وحتى لو لم يكن الجو ماطرا فإن خطر صاعقة البرق لا يزال قائما، فعادة يحدث أن يضرب البرق خارج الغيوم الثقيلة الماطرة، لكن من الممكن أيضا أن يضرب حتى بعد 10 أميال من مكان وجود الغيمة. ففي حال حدوث عاصفة البرق، لا تفيد الأحذية المطاطية أو البلاستيكية في شيء، ولكن في حال تواجدتم داخل السيارة فمن الأفضل أن تبقوا بداخلها ولا تغادروها، حيث يعمل السطح المعدني الخارجي للسيارة على حمايتك من الخطر المحدق الخارجي.. إذ يعمل جسم السيارة المعدني على نقل هذه الكهرباء وتفريغها في الأرض.

مانع الصواعق

يوجد مانع الصواعق على أسطح معظم البنايات العالية على شكل قضيب يسمى «مانع الصواعق» يتصل بالأرض بموصل سلكي. تقوم الشحنات السالبة في أسفل السحابة المقتربة تجتذب الشحنات الموجبة من الأرض، فتتدفق هذه الشحنات على جزيئات الهواء صعدا إلى السحب حيث تبطل مفعول بعض الشحنات السالبة في السحابة. وقد يمنع هذا حدوث الصاعقة. وفي حال لم يكن هذا كافيا وحصل تفريغ برقي فإن الكهرباء تسري عبر القضيب والموصل السلكي إلى الأرض دون حدوث أي أضرار. إن مانعة الصواعق، لا «تمنع» الصواعق!، ولكنها تسهل مرورها إلى الأرض بأمان حيث يتم تفريغها. ففي حال ضربت صاعقة أحداً فعلى الأغلب سيفقد حياته بسبب التفريغ المريع للطاقة الكهربائية تلك، لكن، لو بقي على قيد الحياة بفضل الله ورحمته، فلا تظن أنك لو أمسكته ستتكهرب، فجسم الإنسان ليس بطارية حية متنقلة، وفي كل الأحوال يجب أن يتم التعامل السريع مع المصاب والقيام بالإسعافات الأولية خشية من تضرر القلب بتلك الصدمة.

أنواع الصواعق

يميز العلماء عادة بين ثلاثة أنواع للبرق، فهناك تنوع في ضربات البرق، فالبرق يمكن أن يضرب في أي مكان على الأرض أو في السماء.

-  برق ( غيمة – أرض ) : يحدث البرق على عدة أنواع حسب مكان وجود الشحنتين الموجبة والسالبة. وأكثر الأنواع شيوعاً وأهمية هو البرق الناتج من التقاء شحنتين متعاكستين بين الغيمة والأرض. فغالباً ما تكون الغيمة ذات شحنة سالبة عند الجهة القريبة من الأرض، أما سطح الأرض فيكون ذا شحنة موجبة.

-  برق ( غيمة– غيمة ) : فهو ما يحدث بين غيمة وغيمة أخرى، وبما أن الوسط الذي تتجمع فيه الغيوم يمتلئ بالحقول الكهربائية فإن احتمال تلامس الشحنات المتعاكسة والتقائها كبير جداً. ولذلك فإن البرق الذي يحدث بين الغيوم يمثل ثلاثة أرباع ومضات البرق، والتي تقدر بـ 100ومضة في كل ثانية وذلك في مختلف أنحاء العالم.

-  برق ( غيمة – هواء ) : وهو ما يحدث بين الغيمة والهواء. حيث تكون الغيمة محمّلة بشحنة كهربائية، والهواء المحيط بها من أحد جوانبها يحمل شحنة معاكسة. وعندما تكون كمية الشحنات الكهربائية في الغيمة وفي الهواء كافية ينطلق شعاع البرق. وهذا النوع من أنواع البرق قليل الملاحظة.

كما يوجد نوع آخر وهو البرق بين الغيمة وطبقات الجو العليا، ويحدث هذا البرق بين الطبقات العليا في الغيوم الركامية وبين طبقة الأيونوسفير والتي تحوي حقلاً كهربائياً بشكل دائم. وقد تمكن البعض من رؤية برق كهذا بواسطة أجهزة التصوير المثبتة على الأقمار الاصطناعية، مع العلم أن جميع أنواع البرق تحدث نتيجة التقاء شحنات متعاكسة. ويوجد أنواع أخرى كثيرة وهو ما يحدث داخل الغيمة ذاتها، فأي غيمة تحمل شحنة موجبة في أحد طرفيها، فلا بد أن تحمل شحنة سالبة في طرفها المقابل، وهكذا وفي ظروف العواصف الرعدية يحدث التلامس ويتحقق البرق الذي يضيء الأرض ولكنه لا يصل إليها. كذلك في أشهر الصيف وآخر فصل الشتاء يوجد برق على شكل كرة، وبرق صفائحي وغير ذلك كثير فقد تم رصد برق على بعض الكواكب كالمشتري والذي كان أشد بمائة مرة من تلك الضربات على الأرض.

خطوات البرق

عمليات حدوث البرق هي عمليات ضخمة جدا سريعة لدرجة لا يدركها الإنسان والتي تبدأ في شرارة البرق التي لا يمكن إدراكها أبداً.

1.  يبدأ البرق بالخطوة الأولى المتمثلة بانطلاق الشعاع القائد Leader وهذا الشعاع لا يوصل دفعة واحدة، بل يمر مروراً على شكل خطوات. وغالباً ما تكون شحنة هذا الشعاع سالبة.

2.  ومن ثم يصل هذا الشعاع إلى هدفه على الأرض ويصطدم مع شحنتها الموجبة، ويحدث التصادم عادة فوق سطح الأرض على ارتفاع عشرات الأمتار. 

3.  وفي الخطوة الثالثة ففيها يبدأ تدفق الشحنة السالبة من الغيمة باتجاه الأرض، وذلك على طول القناة التي أسسها الشعاع القائد.

4. فيما بعد تتم أهم خطوة وهي الضربة الراجعة من الأرض باتجاه الغيمة، ومع أننا نظن بأن البرق يتجه من الغيمة إلى الأرض، إلا أن الحقيقة هي أن الشعاع يتجه من الأرض راجعاً باتجاه الغيمة، ولكن سرعة العملية تجعلنا نرى العكس.

5. وأخيراً تنتهي ضربة البرق بصعود الشعاع الراجع إلى الغيمة، وتكون هناك فترة توقف تقدر بعشرات الأجزاء من الألف من الثانية، ثم ترجع الضربة لتتكرر من جديد وفق الخطوات ذاتها، وهكذا يمكن أن تتكرر ضربة البرق عدداً من المرات لتعطي ومضة واحدة.

لقد تم تسجيل 47 ضربة برق في ومضة واحدة، حيث أن أطول ومضة برق تم تسجيلها لا تتجاوز 1.5 ثانية. وتشير الدراسات إن هناك 44 ألف صاعقة تحدث كل يوم في جو الكرة الأرضية، أكثر هذه الصواعق تحدث في المناطق المعتدلة، وأقلها يحدث في القطبين الشمالي والجنوبي، وهناك عدد كبير من الصواعق التي تحدث في المناطق الاستوائية. ويتلاشى أكثر هذه الصواعق في الجو ولا تحدث أي ضرر.

إن العلماء لم يكونوا ليستيقنوا بهذه الحقائق العلمية لولا أنهم تمكنوا من اختراع أجهزة للتصوير السريع، وكذلك اختراع أجهزة للقياسات الدقيقة، وكذلك اختراع الكمبيوتر الذي بواسطته يتم تحليل البيانات القادمة من أجهزة القياس بشكل رقمي.

المناطق المتأثرة بعواصف البرق والرعد

- مناطق العروض المدارية (خاصة في بنما وجزر أندونيسيا)، حيث يصل عدد مرات حدوث تلك العواصف إلى نحو 200 مرة في السنة.

- الساحل الشرقي لشبه جزيرة فلوريدا والساحل الجنوبي من الولايات المتحدة الأمريكية، حيث يبلغ متوسط عدد مرات الحدوث حوالي ما يقارب 70 مرة في السنة.

- النطاق الاستوائي من أفريقيا وجزيرة مدغشقر ويصل عدد مرات الحدوث بعا إلى 90 مرة في السنة.

- جنوب مرتفعات الروكي ووسط المكسيك حيث يصل عدد مرات الحدوث إلى 70 مرة في السنة تقريبا.

- جنوب شرق البرازيل وكولومبيا ووصلت مرات الحدوث إلى 60 مرة في السنة.

مكتشف كهرباء الجو

لاحظ العالم البريطاني وليم وول في عام 1708 أنه عندما يحدث تفريغ كهربائي بسرعة من جسم مشحون إلى موصل قريب منه دون أن يلامسه تقفز شرارة بين الجسمين، والذي ربطه بوميض البرق في السماء الذي أشبه بالشرارة ولكنها على نطاق أوسع.

وبعدها بخمسين عام تقريبا أجرى العالم الأمريكي بنجامين فرانكلين تجربته الأولى والذي حاول فيها اثبات أن التفريغ البرقي ينتج عن الكهرباء. حيث قام أثناء عاصفة رعدية إلى إلقاء طائرة ورقية معلق بها سلك معدني تتصل بنهايته السفلى خيط حريري أمسك به، ووصل بالخيط الحريري على مسافة امتداد ذراع مفتاحا معدنياً، وعند مرور طائرته الورقية عبر سحابه رعدية قام فرانكلين بتقريب إصبعه من المفتاح المعدني فقفزة شرارة عبر الفجوة بينهما، حيث قام بإعادة هذه التجربة عدة مرات وكانت النتيجة واحدة والذي تأكد من خلالها أن السحب الرعدية مشحونة بالكهرباء وأن بعض هذه الكهرباء يسري عبر الخيط الحريري المبتل إلى المفتاح المعدنين وأن تجمع الشحنة على المفتاح يسبب قفز الشرارة عبر الفجوة إلى إصبعه. بالفعل كانت هذه تجربة رائعة لكنها مجازفة خطيرة ولاشك، ومن حسن حظ فرانكلين أنه نجا، فقد حاول أحدهم إعادة التجربة ذاتها فمات مصعوقاً بشدة التفريغ. من خلال هذه التجربة ومجازفة فرانكلين والذي أكد فيها أن البرق ما هو إلا تفريغ كهربائي راح يصمم وسيلة يقي بها المباني المرتفعة من خطر الصواعق، حيث قام باختراع مانع الصواعق وهو استنتاج منطقي بسيط من تجربة الطائرة الورقية. فقد ثبت قضيباً معدنياً في أعلى المبنى ووصله بسلك إلى الأرض، وهكذا فإنه إذا ضربت صاعقة المبنى اقتيدت الشحنة بأمان عبر السلك إلى الأرض. وقد خففت مانعات الصواعق كثيراً من أخطار الصواعق ومن الدمار الذي كانت تحدثه. ومع ذلك فما زالت أخطار الصواعق ماثلة في العالم بحيث تقضي على حوالي العشرين شخصاً كل يوم. وقد يحدث التفريغ البرقي بين سحابة وأخرى أو بين السحابة والأرض وفي كلا الحالتين يتم التفريغ في برقة واحدة تتألف عادة من خمسة إلى عشر متقاربة جداً عبر المسار نفسه. ولما كان الفاصل الزمني بين الومضات والأخرى لا يتجاوز بضعة أجزاء من مئة من الثانية فإن الومضات المتقطعة تبدو للعين البشرية كبرقه واحدة.

وبفعل الحرارة الشديدة الناتجة عن تفريغ تيار الشحنة يتمدد الهواء المجاور، وتكرار التمدد والتقلص الناتج عن تفريغ الومضات الخمس أو العشر يحدث أمواجاً هي الرعد. ونحن نرى البرق أولاً ثم نسمع الرعد (مع أنهما يحدثان معاً) لأن الضوء أسرع كثيراً جداً من الصوت.وتخلف سماع الرعد ثلاث ثواني عن رؤية البرق يعني أن التفريغ قد حدث على بعد كيلو متر واحد منك، إذ أن سرعة الصوت جوالي 0.33 كيلو متر في الثانية.

ومن التأثيرات التي تسببها الصواعق أحياناً ضرب شبكة التوزيع الكهربائية. فأبراج حمل الخطوط المدببة العالية مستهدفة لمثل هذه التفريغات الكهربائية وعندما تضرب الصاعقة أحد هذه الأبراج أو الأعمدة تشتد الفولطية إلى درجة تنهار معها عوازل البرج بوميض توهجي شديد يذيب الأسلاك، ولا بد حينئذ من قطع التيار الكهربائي عن ذلك الجزء من شبكة التوزيع إلى حين إصلاحه.

درجة حرارة الصواعق

قد تصل درجة حرارة الصاعقة إلى أكثر من 8000 درجة مئوية وتنخفض بسرعة كبيرة جداً إلى 1500 - 2000 درجة مئوية وتستمر مدة جزء من ألف جزء من الثانية وربما أطول من ذلك في حالات نادرة. وتصل قوة الصاعقة أحياناً إلى 30 مليون فولت وحوالي خمسين ألف أمبير.

إصابتها للجسم

الإصابة بالصواعق يمكن أن تحدث إما بالإصابة المباشرة أو انتشار الصاعقة إلى الشخص بعد إصابتها لجسم آخر أو انتقالها إلى الشخص أثناء ملامسته لجسم أصابته الصاعقة في نفس الوقت. ويمكن أن تحدث الإصابة من الصاعقة بسبب اندفاع الجسم نتيجة للتشنج المفاجئ للعضلات كما يمكن أن تنتقل الصاعقة من الأرض إلى الشخص أثناء وقوفه على الأرض حيث تبحث الصاعقة أثناء مسارها عن مواد أقل مقاومة وجسم الإنسان يعتبر أقل مقاومة وأسهل لمرور تيار الصاعقة فيه عند مرورها على الأرض فتنتقل الصاعقة إلى الجسم عبر القدم القريبة لها وتنتشر في الجسم ثم تخرج من القدم الأخرى لتواصل سيرها في الأرض، وبالفعل في يوم الرابع والعشرين من ديسمبر في العام 2005 توفيت طفلة كويتية بعد تعرضها لصاعقة برقية في المنطقة البرية بصبحان بعد أن كانت في نزهة برية برفقة عائلتها حيث أنها كانت تلعب بالقرب من محطة تقوية الإرسال عندما نزلت صاعقة برقية بفولتية عالية ضربت أحد أجهزة الإرسال ومن ثم ارتدت إلى جسد الطفلة لتصيبها في رأسها فخرت صريعة والتي أدت إلى اصابة جسدها بحروق شديدة وتفحم بعض أجزاء من رأسها وجسدها وتعد هذه الحالة الأولى في الكويت والتي يقتل فيها البرق شخصا.

الانتقال للجسم

قد تنتقل الصاعقة في الجسم حيث إن تيار الصاعقة يدخل إلى الجسم من فتحات الجمجمة مثل العينين أو الأذنين وينتقل التيار خلال الجلد والأعصاب والعروق وبسبب قوة تيار الصاعقة التي لا يتحملها الجلد يتناثر تيار الصاعقة إلى خارج الجسم من خلال مكونات العرق من السوائل والمعادن الموجودة على سطح الجسم وهذا يخفف من شدة الإصابة بالصاعقة وأضرارها. وبسبب دخول تيار الصاعقة من فتحات الجمجمة فأكثر أجزاء الجسم تأثراً بها المخ وخاصة البطين الرابع للمخ وذلك بسبب التوقف المفاجئ للقلب والتنفس.

كما تحدث أضرار شديدة للمخ تؤدي إلى حدوث تشنجات وارتجاج في المخ وفقدان للذاكرة وربما حدوث العمى أو غيبوبة أو نزيف في المخ. كما أنه من الإصابات المباشرة التي تحدث عقب الإصابة بالصواعق حدوث ثقب في طبلة الأذن وآلام في الصدر والعضلات وهناك آثار متأخرة نتيجة للإصابة بالصواعق كحدوث ما يسمى بشلل الصاعقة وذلك في الطرف السفلي من الجسم وقد يستمر هذا الشلل عدة ساعات مع احتمال حدوث تنميل ووخز في الجلد لمدة قد تطول إلى أكثر من ثلاثة أشهر، بالإضافة إلى حدوث صدمة نفسية تؤدي إلى حالة من الذعر والخوف الشديدين وربما الهيجان عند سماع الرعد أو رؤية البرق. وهي حالة تتطلب علاجاً نفسياً مكثفاً لأنها قد تؤدي إلى حالة من العجز الشديد للشخص وعدم قدرته على التعايش مع تقلبات الطقس بشكل طبيعي.

إسعاف المصاب

أولــــى خطــــوات اسعـــاف المصـــاب بالصاعقة هو القيام بالإنعاش القلبي والرئوي له عند توقف القلب والتنفس بالإضافة الى التأكد من سلامة ممرات التنفس واستقرار العلامات الحيوية مثل النبض والحرارة وضغط الدم. ثم نقل المصاب الى اقرب مركز طبي لإسعافه وملاحظته وإجراء الفحوصات الضرورية للتأكد من سلامة القلب والمخ والعينين والأذنين والأعصاب والعضلات والجلد.

البرق والبيئة

ظاهرة البرق تكون مصحوبة بالرعد وأحيانا بالمطر يكون لها تأثير مفيد على البيئة ولبعض مكوناتها الطبيعية، حيث أثبتت الدراسات العلمية بأن البرق عند حدوثه يكون مصحوبا بنوع من المركبات الأوزون التي لها تأثير على نمو ما يعرف بـ « الترفاس» بالجزائر أو الكمأ أو الفطر أو الفقع في مناطق متفرقة بالعالم إذ يحتوي البرق على مواد نيتروجينية هامة التي تساعد في نمو مثل هذا النوع من المكونات الطبيعية للأرض فعند ترسيب هذه المركبات إما على صورة جافة بفعل الثقالة الأرضية أو على صورة محليل مائية بفعل حبات المطر فتصل الطبقة السطحية للأرض بعد أن رفع الرعد قدرتها على تخزين الماء والغذاء اللازمين لنمو فطر الكمأة، فكلما أبرقت في الخريف زادت احتمالات موسم مميز لهذا الفطر.

الوقاية من الصواعق

من الضروري لتأمين المباني والمنشآت من الصواعق بتركيب هواء الصواعق الموصل الى أرضية المبنى بحيث يوفر المسار اللازم لتيار الصاعقة عند إصابة المبنى بدلاً من دخول التيار عبر أسلاك الهاتف او أنابيب المياه او السباكة. كما يجب عدم الاحتماء بالأشجار عند هطول الأمطار الرعدية. ومحاولة اجتناب مناطق هطول الأمطار الرعدية الشديدة ما أمكن ذلك. كذلك الهاتف النقال يحتوي على هوائي صغير جيد التوصيل للكهرباء فليس من المستبعد أن يتم تفريغ الصاعقة الكهربائية من خلاله عبر جسم الإنسان الذي يحمله خاصة إذا كان الجهاز مرفوعا باليد قرب الرأس أي حين إحداث المكالمة فإن نسبة الوفاة تصل إلى 90 % أثناء إصابتها الإنسان فعلى الجميع تجنب استخدام النقال أثناء الصواعق في الأماكن المكشوفة الواسعة ولكن لا ضرر من ذلك داخل المباني المغلقة أو السيارات. إن اجهزة النقال ليست خطرة دون غيرها فأي جسم معدني موصل اذا تم رفعه باليد أثناء الصواعق الرعدية قد يمهد لحدوث الصاعقة عبر جسم حامله خصوصاً اذا كان الإنسان مبتلاً بالماء. ان الغيوم تمر عبر مناطق جافة بسرعة عالية بسبب الرياح وبالتالي تكتسب شحنات وتصبح أجساما مشحونة تمشي فوق الأرض وعند اقترابها من الأرض يحدث لها تفريغ للشحنات بالأرض وعند مرورها من أجسام أو سيارة أو حتى عمارة عالية تحدث صرخة لها وبالتالي على الإنسان عدم تعرض نفسه ليكون ممراً لتفريغ هذه الشحنات، مشيراً الى ان قوة التفريغ عالية فهي كافية لحرق الإنسان والأشجار وتقدر بملايين الوحدات من الطاقة في زمن قصير جداً.

المصدر : مجلة بيئتنا - الهيئة العامة للبيئة - العدد 115