تعريف البرق والرعد
البرق هو شرارة عملاقة للكهرباء في الغلاف الجوي، وتحدث عندما يعزل الهواء - في المراحل الأولى من حدوث البرق - بين الشحنات الإيجابية والسلبية في السحابة وبين السحابة والأرض، وعندما تتراكم الشحنات العكسية بما فيه الكفاية تتعطل هذه القدرة العازلة للهواء وهنا يحدث تفريغ سريع للكهرباء التي تُعرف باسم البرق، ويُذكر أن ومضة البرق تعادل المناطق المشحونة في الغلاف الجوي حتى تتراكم الشحنات المعاكسة مرة أخرى، ويمكن أن يحدث البرق بين الشحنات المعاكسة داخل سحابة العاصفة الرعدية (البرق داخل السحابة) أو بين الشحنات المعاكسة في السحابة وعلى الأرض (البرق من السحابة إلى الأرض)، ويُذكر أن البرق هو أحد أقدم الظواهر الطبيعية المرصودة على وجه الأرض، ويمكن رؤيته في الثورات البركانية وحرائق الغابات الشديدة للغاية والانفجارات النووية السطحية والعواصف الثلجية الكثيفة والأعاصير الكبيرة.
يعد البرق سببًا لحدوث الرعد، حيث تسخّن الطاقة الناتجة عن البرق الهواء لفترة وجيزة إلى حوالي 50000 درجة فهرنهايت، وهذا أكثر سخونة من سطح الشمس، مما يتسبب في انفجار الهواء إلى الخارج وانخفاض الضغط الهائل في موجة الصدمة الخارجية الأولية بسرعة مع زيادة المسافة، وفي غضون عشرة ياردات أو ما يُقارب ذلك ينخفض الضغط بما يكفي ليتكون الصوت الذي يُعرف بالرعد، ومن الممكن سماع الرعد حتى 25 ميلاً من تفريغ البرق، ويُذكر أن تردد الصوت يتغير مع المسافة من قنوات البرق التي تنتجها لأن الترددات الأعلى تُمتص بسرعة أكبر من الهواء، وأول رعد يمكن سماعه هو من أقرب قنوات البرق ويكون بترددات عالية، وبعد بضع ثوانٍ تُسمع نقرة حادة أو صدعًا صاخبًا من قنوات البرق البعيدة نسبيًا.
نظرًا لأن الضوء ينتقل عبر الهواء تقريبًا مليون مرة أسرع من الصوت يمكن استخدام الرعد لتقدير المسافة بينه وبين البرق، ويكون ذلك من خلال حساب عدد الثواني من الوقت الذي يُرى فيه ضوء البرق حتى يُسمع الرعد، ومن خلال معرفة أن الصوت ينتقل تقريبًا خُمس ميل في الثانية أو ثلث كيلو متر في الثانية فإن قسمة عدد الثواني على 5 يعطي عدد الأميال إلى وقت ظهور ضوء البرق وتقسيمه على 3 يعطي عدد الكيلو مترات.[1]
طريقة حدوث البرق والرعد
من خلال التالي من الممكن الاطلاع على الطريقة التي يتكون فيها البرق والرعد، كالتالي:[2]
- يبحث المجال الكهربائي عن أقرب وأسهل مسار لتحرير شحنته، وغالبًا ما يحدث البرق بين الغيوم أو داخل السحابة، ولكن البرق الأكثر شهرة هو الذي ينتقل من السحب إلى الأرض.
- يحدث البرق بين السحابة والأرض بسبب جذب الشحنة السلبية القوية في السحابة شحنات إيجابية في الأرض، حيث تنتقل هذه الشحنات الإيجابية إلى أعلى المناطق على الأرض مثل الأشجار وأعمدة الهاتف والمنازل، وتنحدر الشحنات السالبة من السحابة بحثًا عن مسار نحو الأرض، وعلى الرغم من أن هذه المرحلة من مراحل حدوث البرق سريعة للغاية بالنسبة لعيون الإنسان إلا أنه من الممكن ملاحظتها.
- عندما تقترب الشحنة السالبة من الأرض تنجذب مع شحنة موجبة مكونة قنوات الاتصال التي يحدث البرق من خلالها، وقد تحدث عدة ضربات من البرق من خلال نفس المسار المكون مما يعطي صاعقة البرق مظهرًا وميضًا قبل اكتمال التفريغ الكهربائي.
- في جزء من الثانية يسخّن البرق الهواء من حوله إلى درجات حرارة مذهلة قد تزيد عن 50000 درجة فهرنهايت مما يؤدي إلى تمدد الهواء الساخن بسرعة كبيرة مما يخلق موجة صدمة مع ضغط الهواء المحيط بسرعة، ثم ينقبض الهواء بسرعة عندما يبرد وهذا يؤدي إلى إنشاء صوت تصدع أولي، ثم يحدث الهدير حيث يستمر عمود الهواء في الاهتزاز.
- يُرى البرق قبل أن سماع الرعد وذلك لأن الضوء ينتقل أسرع بكثير من الموجات الصوتية، وكما أُشير يمكن تقدير مسافة البرق عن طريق حساب عدد الثواني التي تُستغرق حتى يُسمع الرعد حيث يستغرق الصوت حوالي 5 ثوانٍ ليقطع مسافة ميل واحد.
أنواع العواصف الرعدية
تتضمن أنواع العواصف الرعدية على:[3]
- العواصف الرعدية أحادية الخلية: وهي عواصف صغيرة وجيزة وضعيفة تحدث وتتلاشى في غضون ساعة أو نحو ذلك، وتعرف عاصفة الخلية الواحدة أيضًا باسم العاصفة الرعدية "النبضية" وتتكون من طور محدث قصير العمر من الهواء الرطب المتصاعد الذي سرعان ما يُوقَف تصاعده بسبب المطر مما يؤدي تلاشي هذا النوع من العواصف الرعدية بسرعة ويحدث هذا لأن الرياح العلوية ضعيفة، وعادة ما تكون هذه العواصف غير شديدة وقد ينتج عنها أمطار غزيرة قصيرة وبرق.
- العواصف متعددة الخلايا: وهي عواصف رعدية شائعة إلى حد ما تشهد تطورات كبيرة على طول الحافة الأمامية للهواء المبرد بالمطر في السحب الهابطة للعاصفة (الجبهة العاصفة)، وعلى الرغم من أن الخلايا الفردية أو أحادية الخلية عادة ما تستمر من 30 إلى 60 دقيقة إلا النظام ككل قد يستمر لعدة ساعات، وتميل الرياح العليا إلى أن تكون أقوى مما كانت عليه عندما تتشكل الخلايا المفردة، وهذه العواصف غير شديدة بصورة عامة ولكن في بعض الأحيان قد تتسبب في الطقس القاسي المعزول، وقد ينتج عنها بردًا ورياحًا شديدة وأعاصير قصيرة و / أو فيضانات.
- عاصفة Squall line: هي مجموعة من العواصف مرتبة في خط (المعروف أيضًا باسم نظام الحمل الحراري شبه الخطي أو QLCS)، وغالبًا ما تكون مصحوبة برياح شديدة وأمطار غزيرة، ويُذكر أن الخطوط العشوائية لهذه العاصفة تميل إلى المرور بسرعة وتكون أقل عرضة لإنتاج الأعاصير، ويمكن أن يصل طولها إلى مئات الأميال ولكن عرضها لا يتجاوز 10 أو 20 ميلاً، ويمكن أن تنتج الطقس القاسي مع هبوب رياح مدمرة محليًا تزيد عن 50 ميل في الساعة والفيضانات السريعة.
- عاصفة Supercell: عبارة عن عاصفة طويلة الأمد تمتد إلى أكثر من ساعة واحدة، وينتج عنها ما يُعرف باسم الميزوسيكلون، وتكون على صورة دوامة يبلغ قطرها 10 أميال ويصل ارتفاعه إلى 50000 قدم، وتسبب الأعاصير والبرد الكبير الحجم بالإضافة إلى عواصف الرياح الضارة، وعادة ما تتكون مع مزيج من عدم الاستقرار القوي والقص العمودي للرياح (انحراف الرياح مع الارتفاع) مما يؤدي إلى تدوير الهواء كالدوامة.
- نظام الميزوسكال الحراري (MCS): عبارة عن مجموعة من العواصف الرعدية التي تعمل كنظام واحد، ويمكن أن تنتشر "MCS" عبر عدة مقاطعات وتستمر لأكثر من 12 ساعة، ويمكن أن تحتوي أنظمة العواصف هذه على خلايا عظمى وأحيانًا يمكن أن تُحدِث دورانًا منخفض الضغط أو دوامة الحمل الحراري المتوسطة (MCV)، وعادة ما تكون مدفوعة بقص سرعة الرياح القوية عاليًا، وفي حال كان القص العمودي (الرياح المتعرجة مع الارتفاع) قويًا فمن الممكن وجود خلايا عظمى مدمجة ينتج عنها نظم الطقس القاسي خاصة البرد الضخم والرياح المدمرة والفيضانات والأعاصير ممكنة أيضًا.
- عاصفة Derecho: إذا امتد الضرر الناتج عن الرياح إلى أكثر من 240 ميلاً (400 كيلو متر) وكانت سرعة الرياح لا تقل عن 58 ميلاً في الساعة أو أكثر فمكن الممكن تصنيف الحدث على أنه "derecho"، وهي عاصفة رياح واسعة النطاق طويلة الأمد مرتبطة بعدد من العواصف الرعدية ويمكن أن تنتج دمارًا مشابهًا لتدمير الأعاصير، وعادة ما يوجّه الضرر في هذا النوع في اتجاه واحد (رياح خط مستقيم) على طول مسطح مستقيم نسبيًا، وبالنظر إلى التعريف تنتج "Derechos" رياحًا مدمرة مصحوبة أحيانًا ببرد كبير وأمطار شديدة أيضًا وطقس شديد.
أضرار العواصف الرعدية
ترتبط العديد من الأحداث المناخية الخطرة بالعواصف الرعدية، وفي ظل الظروف المناسبة يتسبب هطول الأمطار من العواصف الرعدية في حدوث فيضانات مفاجئة مما يؤدي إلى مقتل عدد كبير من الناس كل عام، وبالإضافة إلى ذلك يتسبب البرق في العديد من الحرائق في جميع أنحاء العالم كل عام ويسبب الوفاة، أما البرد الكبير الحجم الناتتج عن هذه العواصف فيدمر الممتلكات والمرافق العامة ويقتل الماشية ويتلف المحاصيل الزراعية، والرياح القوية (حتى أكثر من 120 ميلا في الساعة) المرتبطة بالعواصف الرعدية تهدم الأشجار وخطوط الكهرباء والمنازل المتنقلة، ويمكن أن تدمر الأعاصير (التي تصل رياحها إلى حوالي 300 ميل في الساعة) جميع المباني التي لا تتضمن أساسات ودعامات قوية وكافية لمواجهتها.[4]