עמוד הבית > מדעי כדור-הארץ והיקום > מטאורולוגיה [אקלים ומזג האוויר] > מזג אוויר > תופעות מיוחדות


ברקים ורעמים
מחברים: ד"ר יואב יאיר; ד"ר רמי קליין


מטח : המרכז לטכנולוגיה חינוכית אוניברסיטת תל אביב. בית ספר לחינוך. המרכז לחינוך מדעי וטכנולוגי
חזרה3


מהם ברקים ומתי הם מתרחשים?


ברק הוא ניצוץ חשמלי גדול המתרחש בתוך עננים או בין עננים לאדמה. הביטוי "כרעם ביום בהיר" שמשמעותו הפתעה מוחלטת ובלתי צפויה - מקפל בחובו את האמת המדעית על היווצרות ברקים. ברקים (ורעמים) אכן לא מתרחשים בימים בהירים, אלא דווקא בימים מעוננים, בדרך כלל עתירי גשמים וברד.

תצפיות ומדידות בתוך עננים ומחוץ להם הראו שהתנאים הנחוצים להיווצרות ברקים הם אטמוספרה לא יציבה ושפע של אדי מים המאפשרים התפתחות של עננות ערמתית פעילה. העננים יוצרי הברקים גדולים מאוד (עד 15 ק"מ), ויש בהם כמויות גדולות של מים וקרח, וכן יש בהם ערבול חזק, קצב משקעים גבוה וברד.



היכן וכמה - על פני כדור הארץ?


מחקרים רבים על סופות ברקים נערכו בכל העולם, ועל פיהם מופו האזורים ונמדדה שכיחות סופות הברקים. מתברר שעיקר פעילות הברקים מתרחשת בשלושת האזורים המשווניים מעל היבשות: מרכז אפריקה, אמריקה הדרומית ודרום-מזרח אסיה.



בכל כדור הארץ מתרחשות כ-1800 סופות ברקים בו זמנית, וכ-100 ברקים בכל שנייה עוברים באטמוספרה. כדי להעריך מהי כמות הברקים באזור מסוים אפשר להשתמש במערכות אוטומטיות, אשר מאתרות וסופרות את כמויות הברקים. ממערכות אלה מתקבלות מפות ממוחשבות של צפיפות הברקים.

על-פי שיטה נוספת אפשר להיעזר בתצפיות של צופים בתחנות מטאורולוגיות אשר מדווחים, אם התרחשה סופת ברקים ביום מסוים. לאחר שאוספים את הדיווחים ממספר רב של תחנות, אפשר לשרטט מפה שתראה את שכיחות ימי הברקים בכל מקום.

בישראל מספר הימים שיש בהם סופות ברקים הוא קטן יחסית - בין 20 ל-30 יום בשנה, והוא משתנה מאוד בין הדרום לצפון. לצורך השוואה - בקמפלה, בירת אוגנדה, השוכנת במרכז אפריקה יש כ-260 ימי ברקים בשנה!!



כיצד נוצר החשמל בעננים?


ענן סערה הוא כמו סוללה חשמלית גדולה, בעלת קטבים מנוגדים: חיובי ושלילי. בין שני הקטבים הללו קיים מפל מתח ומצטברת אנרגיה חשמלית. כאשר המתח עובר ערך מסוים - מתקבלת פריצה, ונוצר ניצוץ חשמלי עצום. זהו הברק.



שאלת היווצרותו של מבנה חשמלי זה של הענן העסיקה חוקרים רבים עוד מראשית המאה ה-20. כדי לפענח את התהליכים נערכו מדידות רבות בתוך עננים, ניסויים במעבדה והדמיות בתכניות מחשב משוכללות.

המדענים משערים שבענני סופות ברקים מתרחש התהליך הזה: הכמויות הגדולות של טיפות מים וגבישי קרח בגדלים שונים יוצרות התנגשויות רבות בין חלקיקי קרח מגדלים שונים, ואלה גורמות להפרדת מטענים בענן. כאשר כמות המטען החשמלי גדולה די הצורך נוצר בענן מתח עצום, וכאשר הוא עובר את הערך הקריטי (בערך מיליון וולט למטר) - מתרחשת התפרקות ברק.



הדרך המפותלת אל הקרקע


לברק הפוגע באדמה יש נתיב מסובך אשר רובנו מציירים בצורת קו שבור ומפוצל. נתיב זה נוצר בעת שזרם של אלקטרונים מפלס את דרכו באוויר בין בסיס הענן והאדמה.

תחילתה של התפרקות ברק בפריצה חשמלית של האוויר באזור מסוים בתוך הענן. באותו אזור מתחיל להיווצר מעין "ראש" המפלס את דרכו בקטעים קצרים, בצורת מעין "זיג זג". שלב זה סמוי מהעין, ואנו לא רואים עדיין את הברק. ראש הברק יורד מן הענן לעבר הקרקע, ואז עולה לקראתו ניצוץ הפורץ מעצמים גבוהים - עצים, מגדלים, עמודי חשמל. כאשר ראש הברק והניצוץ מהקרקע נפגשים, מתחיל השלב הזוהר והמבהיק של הברק: מיליארדי אלקטרונים זורמים אל האדמה, הזרם מלהיט את האוויר - וכל המסלול המפותל של הברק מואר. התהליך כולו נמשך פחות משנייה אחת!



הכימיה המיוחדת באוויר


כאשר זרם חזק מאוד עובר באוויר, הוא גורם להתפרקות של מולקולות האוויר, ותוצרים חדשים מופיעים. אפשר לזהות את ההרכב הכימי של התרכובות שנוצרות באמצעות ניסויים במעבדה ועל ידי מדידות בזמן אמת, בעת שמתרחשת סערת ברקים.

חלק מהתרכובות הנוצרות כמו, למשל, תחמוצות חנקן, מתמוססות בטיפות העננים והגשם ויוצרות "גשם חומצי" טבעי, הנשטף אל הקרקע. באופן זה מועבר היסוד חנקן מהאטמוספרה אל הביוספרה.

תוצר של תגובה כימית בין תחמוצות החנקן, שמופיעות בעת התפרקות הברק, היא מולקולה חשובה אחרת: הגז אוזון. כידוע, האוזון מצוי בכמות גדולה בסטרטוספרה, אך רק בריכוז מועט ביותר בגבהים נמוכים. בעת סופת ברקים עולה ריכוז האוזון סמוך לקרקע, וזו כנראה הסיבה לריח החריף והמיוחד שיש לאוויר בעת סופת ברקים. לאחר מספר דקות, מתפרק האוזון ונעלם.

אחת ההשערות המעניינות על מוצא החיים בכדור הארץ מתבססת על פעילותם של ברקים באטמוספרה הקדומה של כדור הארץ. התגובות הכימיות המיוחדות שיצרו סופות הברקים, יצרו חומרים שנשטפו לארץ, התמוססו באוקיינוסים ובאגמים ויצרו את "המרק הקדמוני" - אוסף של תרכובות אורגניות שמהן הופיעו, כנראה, החיים.



קול הרעם


רעם הוא גל הלם המתפשט באוויר מיד לאחר שזרם הברק עבר. התלהטות האוויר יוצרת בעקבותיה גם התגברות בלחץ, ונוצר גל קול המתפשט לכל העברים. בדרך כלל אפשר לשמוע רעמים מברק שפגע באדמה עד לטווח של 2 ק"מ. אם הברק היה בתוך הענן, הרעם יכול להישמע לטווח של 25 ק"מ.

בשל העובדה שמסלול הברק איננו קו ישר, אלא דווקא מפותל ושבור, הרעם איננו מתפשט בצורה אחידה וסימטרית, ועקב כך הצליל משנה את עצמתו ואת תדירותו (מכאן הביטוי "רעם מתגלגל"). גל הקול יכול להיות גם מוחזר מהקרקע (כמו הד), וכך נוצר "צל רעם" - מצב שבו אנו רואים את הברקים, אך לא שומעים את הרעם.



אנרגיה מסוכנת


מדי שנה נהרגים מאות אנשים ברחבי העולם בשל פגיעות ברקים. הזרם החשמלי העצום העובר דרך הגוף גורם לשיבוש הקצב של פעימות הלב ועלול לגרום למוות.

חשוב לפיכך להיזהר מאוד לא להיות חשוף או בולט בשטח בעת סופות, משום שהברקים "נמשכים" לעצמים גבוהים (עצים, אנטנות, מגדלים). מומלץ להסתתר בתוך מבנה או אפילו בתוך הרכב.



לחזות ולהתגונן


העולם המתועש והטכנולוגי תלוי מאוד באספקה תקינה של זרם חשמל מתחנות הכוח. ציוד אלקטרוני, ובמיוחד מחשבים, רגישים לכל שינוי פתאומי וקיצוני בזרם החשמל. פגיעה של ברק בבניין תגרום נזק לכל המכשירים החשמליים - הטלוויזיה תישרף, וגם המחשב, המזכירה האוטומטית והממיר של הכבלים...

ברור לפיכך שברקים מהווים סיכון משמעותי, וחייבת להימצא דרך להזהיר מפני סופה מתקרבת ולהגן על ציוד אלקטרוני רגיש.

לשם כך פותחו מערכות מעקב אחרי האותות הנוצרים בעת התפרקויות ברקים. אותות אלה מאפשרים לנו לזהות, היכן פגע הברק ומה עצמתו. שילוב של תמונת מכ"ם עננים עם נתוני הברקים מלמד על כיוון התקדמות הסופה, ועל פיו אפשר לחזות ברקים ולהתריע עליהם בפני גורמי תעופה, תחנות הכוח וצרכנים אחרים התלויים בחשמל.

ביבליוגרפיה:
כותר: ברקים ורעמים
שם  התקליטור: רוח ים : מאגר מידע מתוקשב להכרת מערכות האטמוספירה וההידרוספירה
מחברים: יאיר, יואב (ד"ר) ; קליין, רמי (ד"ר)
תאריך: 1999
הוצאה לאור: מטח : המרכז לטכנולוגיה חינוכית; אוניברסיטת תל אביב. בית ספר לחינוך. המרכז לחינוך מדעי וטכנולוגי
הערות: 1. התכנית פותחה בשיתוף אוניברסיטת תל-אביב. בית הספר לחינוך. המרכז לחינוך מדעי וטכנולוגי - מדע וטכנולוגיה לחטיבות הביניים.