Jak powstaje burza?

Działanie występującej w naturze siły elektrycznej możemy zauważyć wszędzie wokół siebie – czy to w papierku “przyklejonym” do energicznie potartego balona czy w stających dęba włosach po założeniu wełnianego swetra. Najbardziej spektakularnym i groźnym jej przejawem są wyładowania elektryczne podczas burzy, które w naszej szerokości geograficznej najczęściej pojawiają się najczęściej od kwietnia do października. Jak zatem powstają znane wszystkim zjawiska atmosferyczne?

Sposoby tworzenia się burz

W zależności od rodzaju burzy proces jej powstawania i przebieg mogą się od siebie różnić. Dla wszystkich istnieje kilka kluczowych, wspólnych czynników. Do powstania chmur burzowych o strukturze pionowej (najczęściej są to Cumulonimbusy) konieczna jest wilgoć oraz tak zwane niestabilne powietrze, czyli zjawisko które dzięki zmieszaniu się ciepłego, wilgotnego powietrza z zimnym i suchym wytwarza siłę nośną potrzebną do wytworzenia się chmur burzowych. Poszczególne typy różnią się od siebie przede wszystkim źródłem wymienionych różnic temperatur powietrza. Wyróżniamy burze frontalne oraz burze wewnątrzmasowe, dzielące się dodatkowo na konwekcyjne i adwekcyjne.

Burze frontalne

Zgodnie z nazwą powstają na froncie masy chmur. Wywoływane są zazwyczaj chłodnym, polarnomorskim frontem zderzającym się gwałtownie z ciepłym powietrzem zwrotnikowym. Ich przebieg jest zwykle gwałtowny i niebezpieczny przebieg, a ich siła zależy bezpośrednio od aktywności frontów powietrza. Z tego powodu cechują się największą różnorodnością, od potężnych, dynamicznych burz z dużą ilością wyładowań po niegroźne, słabo zorganizowane komórki.

Burze wewnątrzmasowe konwekcyjne

Powstaje kiedy powietrze znajdujące się tuż przy nagrzanej słońcem powierzchni ziemi traci swoją gęstość i dzięki procesowi konwekcji unosi się do góry, powodując “zderzenie” mas powietrza  o różnych temperaturach. Tego typu burze występują wewnątrz chmury i ich konsekwencją często są ulewne, grożące podtopieniem deszcze. Pojawiają się najczęściej w drugiej części dnia lub wczesną nocą.

Burze wewnątrzmasowe adwekcyjne

Kiedy burza tworzy się dzięki zimnemu frontowi powietrza napływającemu do strefy cieplejszego, wilgotniejszego powietrza (najczęściej przy powierzchni ziemi) mamy do czynienia z burzą adwekcyjną. Pojawienie się dużego pionowego gradientu temperatur prowadzi do wspomnianego już zjawiska niestabilności powietrza prowadzącego do rozwoju burzy w chmurze. W odróżnieniu od burz termicznych (konwekcyjnych) ten rodzaj burz rzadko powoduje obfite opady, jednak stosunkowo często występują w ich przebiegu opad gradu oraz silne podmuchy wiatru. Charakteryzują się też niską aktywnością elektryczną w porównaniu do innych typów.

Etapy powstawania burzy

Wszystkie powyższe rodzaje powstają w oparciu o 3 etapy – rozwój, dojrzałość i rozproszenie. W zależności od typu burzy i warunków atmosferycznych ta wartość może się znacząco różnić, ale zazwyczaj każdy etap trwa ok. 30 minut.

Rozwój

Na tym etapie na skutek parowania wilgoci z powierzchni ziemi czy oceanu tworzy się chmura o strukturze pionowej, bez której niemożliwy jest dalszy rozwój burzy (na tym etapie jest to Cumulus). Następnie dzięki procesowi kondensacji para wodna skrapla się oddając do otoczenia energię w postaci ciepła, co umożliwia dalsze wznoszenie się mas powietrza.

Dojrzałość

Kiedy kłębiące się masy powietrza dotrą do granicy warstw atmosfery burza wchodzi w swoją dojrzałą warstwę. Chmura z powodu braku możliwości dalszego rozwoju w górę zaczyna rozchodzić się na boki, przekształcając się w Cumulonimbusa. Kropelki wody powstałe ze skroplonej pary wodnej łączą się w większe, a następnie zamarzają i dzięki sile grawitacji spadają w dół. Podczas spadania topią się z powrotem i ciągnąc za sobą część powietrza powodują równoczesne wystąpienie prądów wschodzącego i zstępującego, czego efektem jest występowanie wyładowań, opadów i silnych wiatrów kojarzonych najczęściej z tym zjawiskiem.

Rozproszenie

Ten etap zaczyna się gdy prąd zstępujący przeważa nad wschodzącym, co często jest bezpośrednim efektem intensywnych opadów. Masy zimnego powietrza są wypychane w dół, przez co odcinają dopływ cieplejszego powietrza i zatrzymują dalszy rozwój chmury. Niebezpieczne w tej fazie bywają bardzo silne podmuchy wiatru. Jeżeli warunki atmosferyczne nie sprzyjają powstaniu superkomórki burzowej (najgroźniejszy typ, obfity w wyładowania i intensywne opady, często gradu) faza rozproszenia kończy przebieg burzy.

Wyładowania atmosferyczne

Opisane siły i zjawiska poza wywoływaniem opadów i wspomaganiu procesów tworzących chmury mają jeszcze jeden efekt – na skutek tarcia kropli wody, lody i drobnego pyłu unoszonego dzięki sile nośnej powstają silne wyładowania elektrostatyczne zwane piorunami. Energia wyzwolona podczas uderzenia pioruna rozprasza się głównie w formie ciepła, a niewielka jej część zostaje przekształcona w efekty wizualne i dźwiękowe, czyli błyskawicę i grzmot. Pozostała energia rozładowuje się w punkcie uderzenia w ziemię, co może stanowić ogromne zagrożenie i jest głównym powodem, dla którego w trakcie burzy należy zawsze zachować szczególną ostrożność, a najlepiej bez potrzeby nie opuszczać bezpiecznego miejsca.