Бьёт ли молния током, когда ударяет в воду?

• фульминология, молния, гром
• 0 Комментариев

Содержание

1. Какая вода проводит ток?
2. Различия в распространении молнии на суше и в воде
3. Различия в распространении молнии в пресной (озёра, реки) и солёной (моря, океаны) воде

"Чистая вода" - это сложный термин, к которому часто подходят субъективно. Например, что мы подразумеваем, когда говорим о загрязнении воды или загрязнении окружающей среды? В США Агенство по защите окружающей среды - "US EPA"- определяет «чистую» воду как воду, свободную от всех типов бактерий и вирусов. В Великобритании питьевая вода должна быть «полезной». Но чистота - это не только это. Вода - это соединение, состоящее из водорода и кислорода, поэтому чистая вода - это вода, которая не содержит ничего, кроме водорода и кислорода.

Итак, вода в природе никогда не встречается в химически чистом виде. Как грунтовые, так и поверхностные воды могут содержать множество компонентов, включая микроорганизмы, газы, неорганические и органические материалы. Почему так происходит? Потому что вода изменяет состав в процессе своего планетарного круговорота (гидрологического цикла).

Химический состав воды постоянно изменяется по мере прохождения ею гидрологического цикла. Типы химических компонентов, содержащихся в грунтовых водах, частично зависят от химического состава атмосферных осадков и подпиточной (грунтовой) воды. Вблизи береговой линии осадки содержат более высокие концентрации хлорида натрия (в простонародье - поваренной соли), а с подветренной стороны промышленных районов переносимые по воздуху соединения серы и азота делают дождевые осадки кислыми.

Одно из наиболее важных естественных изменений химического состава подземных вод происходит в почве. Почвы содержат высокую концентрацию углекислого газа, который растворяется в грунтовых водах, образуя слабую кислоту, способную растворять многие силикатные минералы. При переходе от зоны подпитки к зоне отдачи грунтовые воды могут растворять вещества, с которыми встречаются на своём пути. Конечное качество грунтовых вод зависит от условий окружающей среды - температуры, давления, от типов горных пород и почвенных образований, через которые протекает грунтовая вода, и, вероятно, от времени пребывания в определённой среде. При этом, чем быстрее течение грунтовой воды, тем меньше она растворяет в себе (поглощает, или аккумулирует) окружающие вещества. Совершенно очевидно, что подземные грунтовые воды содержат любые растворимые загрязнители, с которыми они встречались на своём пути протекания.

Как мы теперь знаем, чистая вода существует, как исключение, только в контролируемой среде лаборатории. Более того, даже не в каждой лаборатории можно найти чистую (дистиллированную, или деионизированную) воду. К примеру, в лаборатории в установках по очистке воды (системах высокой очистки воды I/II типа, или бидистиллятах) встречается бактериальное заражение очищенной воды, что вызывает серьёзные проблемы при проведении исследований. Замена фильтров и поверка бидистиллятов осуществляется как правило не строго. И даже с учётом поверки и замены фильтров, УФ-ламп (с длиной волны 184/254 нм для разрушения органических примесей и деструкции бактерий), которые установлены в бидистиллятах, нет никакой гарантии, что органические и неорганические химические примеси будут удалены до пределов их обнаружения. Рост бактерий в такой очищенной воде всё равно может происходить и происходит, даже если эта чистая вода обеспечивает чрезвычайно суровую среду с незначительным содержанием питательных веществ. Бывает, что степень контаминации (заражения) очищенной воды бактериями и вирусами незначительна, в таком случае их обнаружение зависит от чувствительности аналитического метода. В лаборатории во избежание загрязнения воды металлами водоочистители (бидистилляты) конструируют из пластика. Бактерии, конечно, могут использовать и этот материал, который контактирует с чистой водой, в качестве пищевого источника углерода, чтобы поддерживать свой рост и размножение. Затем, когда бактерии умирают, они выделяют в воду дополнительные загрязнители. Поэтому если не ограничить рост бактерий в воде, это может вызвать значительные трудности в повседневной работе любой лаборатории.

Какая вода проводит ток?

Вода в чистом виде не способна проводить электричество. Как было написано ранее, в состав чистой воды входят кислород и водород, которые не имеют заряда. Соответственно, электрический ток через них проходить не может. Вода является хорошим растворителем, а дистиллированная (и тем более, бидистиллированная) является ещё более выраженным "агрессивным" растворителем. Очевидно, в природной воде содержится много веществ. Эти вещества могут стать питательными для живых организмов. Поэтому в естественной среде в воде помимо неорганических веществ встречаются бактерии, вирусы, микроскопические грибки и водоросли, которые представляют собой преимущественно органические вещества. Так вот, с добавлением в воду различных примесей ситуация в корне меняется.

Чтобы разобраться, почему вода при наличии примесей считается хорошим проводником, нужно представить себе атом, который упрощённо состоит из элементарных частиц: протонов (с зарядом "плюс"), нейтронов (с заряд "нуль") и электронов (с зарядом "минус"). Соотношение элементарных частиц определяет заряд атома. Если число протонов больше, чем электронов, заряд положительный, если наоборот — отрицательный. Поскольку атомы стремятся к нейтральному заряду (к равновесию или, если кому-то угодно, к гармонии), они отдают или забирают электроны. При переходе электрона от отрицательно заряженного атома к атому с положительным зарядом образуется электрический ток (в простонародье, электричество).

Способность проводить, пропускать электричество характеризует такую величину, как электропроводность.

Из приведённых выше определений становится очевидным, что величина электропроводности воды не является константой (величиной постоянной), а зависит от наличия в воде солей и других примесей. Так, электропроводность дистиллированной воды минимальна. Диэлектриком, вопреки распространённому заблуждению, в широком смысле слова она НЕ является, но по свойствам близка к диэлектрику. В отличие от дистиллированной, обычная водопроводная, речная и тем более солёная (морская, океаническая) вода имеет множество различных примесей, поэтому электрический ток проводит. Иначе почему для сырых помещений более строгие требования к устройству электроустановок и технике безопасности при работе с ними? Ещё пример: на линиях электропередач короткие замыкания учащаются во время и после дождя, а также летом под утро, во время появления росы.

Как же узнать электропроводность воды и как её измерить? Для измерения электропроводности воды используется электрометрический метод - кондуктометрия. Приборы, с помощью которых производят измерения электропроводности, имеют созвучное методу название – кондуктометры.

С помощью кондкутометрии была измерена электрическая проводимость воды. В нашей стране для измерения проводимости воды используются специальная единица - См/м (Сименс на метр). Она соотносится с удельным сопротивлением как 1 См/м= 1/1 Ом/м. Так, чистая вода имеет удельную электрическую проводимость 0,055 микромо (мкСм/см) при 25° С (характерна для воды I типа очистки в лаборатории), лабораторная дистиллированная вода — от 0,5 до 5 мкСм/см (характерна для воды II типа очистки), дождевая обычно — от 5 до 30, подземная вода, пригодная для питья, — от 30 до 2000, океаническая — от 45 000 до 55 000, рассолы нефтяных месторождений — более 100 000 мкСм/см. Удельное сопротивление жидкости определяется в значительной мере уровнем минерализации. В США для измерения проводимости воды вместо мкСм/см используют величину TDS, указывающую на содержание растворимых солей. Этот показатель рассчитывается в частях на миллион и записывается как "ppm". Для перевода этой единицы в международную используется корректирующий коэффициент.

В Российской федерации требования к параметрам качества водоподготовки регламентируются государственными стандартами и другими документами. Удельные показатели электрической проводимости воды различного назначения устанавливаются следующими нормативно-правовыми актами в зависимости от степени чистоты:
1. ГОСТ 52501-2005. Для проведения лабораторных анализов - не более 0,1 и 1,0 мкСм/см для первой и второй степени соответственно.
2. ГОСТ 6709-97. Для дистиллированной воды - менее 5*10-4 См/см.
3. ФС 2.2.20020.15. Вода очищенная фармацевтического назначения - не выше 4,3 мкСм/см.
4. ФС 2.2.0019.15. Вода для приготовления лекарственных растворов и проведения инъекций.

Жёсткие технологические нормы электропроводности для воды установлены на предприятиях, выпускающих компоненты для микроэлектроники (плат компьютеров, телефонов, фотоаппаратов и пр.). Качество жидкости используемых в производственных процессах контролируется специализированными лабораториями и использованием сложных приборов по утверждённым методикам.

Снижение электропроводимости воды: профессиональные методы

Современные системы водоподготовки обеспечивают требуемые показатели качества. Для того чтобы уменьшить электропроводность воды в таких установках используются следующие методы очистки:
1. обратный осмос;
2. электродеионизация;
3. ионный обмен.

Когда дело доходит до выбора воды для питья или приготовления еды, стоит задуматься: сделать ли его в пользу воды, которая была очищена с помощью современного оборудования, или использовать природную родниковую воду. Но есть ли ещё альтернативный вариант? Да, есть. В мире можно выделить несколько подходов. Напишу о трёх основных. Первый подход заключается в том, что существует крупная группа людей, которая пропагандирует отказ от воды в качестве питья как такового (воды в чистом виде, в виде чая, кофе и т.п.). Эта группа людей утверждает, что организму достаточно поглощать воду, содержащуюся в сочных фруктах, овощах, молоке и т.п., и на протяжении всей жизни не стоит принимать воду отдельно. Вторая немалая группа людей пропагандирует приём воды только из природных (ручьёв, родников) и искусственных (артезианских скважин) резервуаров, отказываясь от водопроводной воды из крана. Третья группа утверждает, что самая чистая вода - это только вода, полученная с помощью современных методов очистки, о которых было написано ранее. Также они указывают на то, что большинство городских водопроводных труб продолжают стареть, а коммунальным службам трудно модернизировать каждый компонент в системе распределения.

Если Вы себя относите к третьей группе людей, то здесь стоит напомнить, что существуют разные подходы к регулированию степени чистоты воды. В медицинских университетах на кафедрах медицинской экологии и коммунальной/общей гигиены России преподают, что самые строгие требования (директивы) к воде - у России. Но это не соответствует действительности! Самой строгой директивой является не российская, и не директива ВОЗ (Всемирной Организации Здравоохранения), а Европейская Директива по питьевой воде (Директива 98/83/EC). Директива защищает здоровье человека, устанавливая требования к здоровью и чистоте, которым должна соответствовать питьевая вода в Европе. Она применяется ко всей воде, предназначенной для употребления в пищу человеком, за исключением природных минеральных вод и вод, содержащих лекарственные средства. При установке уровней загрязнения Директива применяет принцип предосторожности. Например, уровни загрязнения пестицидами в Еврпейском Союзе (ЕС) до 20 раз ниже, чем в рекомендациях ВОЗ по питьевой воде, потому что директива ЕС направлена не только на защиту здоровья человека, но и на охрану окружающей среды.

Какой вариант выбрать, каждый волен решить сам. Главное, помнить, что хотя человеческое тело в основном состоит из воды, важно поддерживать правильный водно-солевой баланс в своём организме.

Различия в распространении молнии на суше и в воде

В каждый момент времени в разных точках нашей планеты Земля сверкают молнии, создавая более 2000 гроз. Приблизительный подсчёт показал, что в каждую секунду около 50 молний ударяют в поверхность земли, и в среднем каждый её квадратный километр молния поражает 6 раз за год. Ещё Бенджамин Франклин (1706–1790) показал, что молнии, бьющие по суше из грозовых облаков, — это электрические разряды, переносящие на неё отрицательный заряд величиной несколько десятков Кулон, а амплитуда тока при ударе молнии составляет от 20 000 до 100 000 Ампер. Скоростная фотосъёмка показала, что разряд молнии длится несколько десятых долей секунды и состоит из нескольких ещё более коротких разрядов. Молнии издавна интересуют учёных, однако и в наше время об их природе мы знаем немного больше, чем 300 лет тому назад, хотя смогли обнаружить их даже на других планетах.

Старая поговорка гласит, что молния никогда не ударяет дважды...но когда она попадает, это может привести к катастрофическим последствиям. По данным Национальной метеорологической службы (США), типичная молния характеризуется напряжением около 300 миллионов Вольт и силой тока около 30 000 Ампер. Этой мощности достаточно, чтобы убить любой крупный организм. А образующийся при разряде молнии озон способен уничтожить любые микроскопичсекие организмы. Образующийся озон мы ощущаем как свежесть воздуха. Хотя большинство ударов молний поражает сушу, всё же возможно поражение воды и в частности моря: исследования НАСА ("NASA") показывают, что глубоководные районы менее подвержены ударам, а более близкие к побережью - с большей вероятностью.

Риски более частого удара молнии в сушу, чем в воду, меняются в зависимости от сезона года. «Вы ожидаете большего количества ударов молнии по мере приближения к суше, потому что именно там накапливается наибольшее количество тепла, возникают восходящие потоки и штормы, особенно летом», - говорит Джон Шонк, метеоролог из Университета Рединга, - «молния прокладывает себе дорогу по пути наименьшего сопротивления»... «Однако это пропорция может измениться зимой..."

На суше удар молнии чаще направлен вертикально, и когда разряд попадает в цель, он движется вниз. Однако природная вода действует как сильный проводник электричества, а хороший проводник удерживает большую часть тока на поверхности, т.е. вода ведёт себя иначе, чем твёрдые материалы суши. При ударе о воду молния распространяется по горизонтали. Перед ударом молнии на поверхности воды накапливается заряд. В процессе удара молнии большая часть электрического разряда возникает у поверхности воды: риску подвергается не только то, что находится в точке удара, но и всё, что попадает в окружающую воду среду. Рыба, лодки, пловцы, дайверы - все они могут пострадать. При этом пловцы, гребцы с веслом и без, серфингисты могут рассматриваться как точка наименьшего сопротивления при ударе молнии, точно так же как человек, стоящий посреди открытого пространства (поля, парка). Смертельно опасной зоной поражения считается зона, составляющая в диаметре от 10 и более метров от места потенциального удара молнии и риск поражения током слабеет с расстоянием. Учёные до сих пор точно не знают, на сколько глубоко проникает разряд молнии в воде. Поэтому плавать или кататься на лодке во время грозы очень опасно.

Что делать, если гроза застала Вас врасплох?
По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований (США), чтобы ответить на этот вопрос, нужно обратить внимание на животных. Например, рыба, как правило, не погибает от ударов молнии, но может погибнуть от звукового сопровождения молнии (грома), которое глушит рыбу, поскольку сила звукового давления достигает 240 дБ. Рыба не гибнет от удара молнии, поскольку она имеет тенденцию плавать глубоко, а не находиться на поверхности воды. По этой причине погружение под поверхность воды может оказаться временным, но полезным решением. Однако, маловероятно, что человек сможет нырнуть достаточно глубоко или на достаточно долгое время, чтобы избежать потенциальной опасности.

Молния с большей вероятностью ударит ближе к суше, поэтому рекомендация для тех, кто не может быстро добраться до берега во время шторма, - плыть подальше от берега. Для тех же, кто находится близко к берегу, лучше всего как можно быстрее выйти из воды и найти укрытие. Если укрытия поблизости нет, то согнитесь в клубок, а не ложитесь на поверхность земли.

Для владельцев лодок лучший способ избежать удара молнии в море (реке, океане) - это оснастить судно молниеотводом. Молниеотвод направляет заряд от судна прямо в море, тем самым защищая пассажирские зоны судна и жизненно важное оборудование. По возможности следует избегать использования электроники во время грозы, конечно за исключением чрезвычайной ситуации.

Различия в распространении молнии в пресной (озёра, реки) и солёной (моря, океаны) воде

Стоит отметить, что ВСЕ реки, океаны, озёра и моря подразделяются на три вида: пресные (содержание солей до 1 промилле), солоноватые (от 1 до 35-47 промилле) и солёные, или минеральные (более 35-47 промилле). Причём в пресном озере угроза поражения электрическим током при попадании молнии выше, поскольку пресная вода уступает по проводимости электролитам человеческого тела, и ток будет преимущественно течь через тело.