Грозовая молния — одно из интереснейших явлений природы, во все время поражавшее воображение людей своим грандиозным великолепием и красотой, таящими смертельную опасность для человека.
Пока человек не изобрел громоотвода, молнии приносили ему огромный ущерб и вызывали немало жертв. Однако и в настоящее время они наносят значительный вред хозяйственной деятельности человека. Об этом свидетельствуют летописи стихийных бедствий и катастроф. По данным Национального комитета страховых агентств США, молния занимает шестое место в ряду причин, вызывающих пожары, а ежегодные потери, вызванные грозовыми молниями, составляют 100 млн. долларов. Удары молний обрушиваются на города, поражают средства связи, линии электропередач, телевизионные мачты, высокие трубы промышленных предприятий, дома людей и их самих.
Наиболее уязвимыми для молний являются возвышающиеся объекты: вершины холмов и высокие здания. С высотой объекта растет число ударов в него молний. Известно, например, что в кафедральный собор в Питсбурге высотой 180 м молния ударяет в среднем два раза в год. В небоскреб Эмпайр Стейт Билдинг, высота которого равна 380 м, за три года молния попадала 68 раз.
Ежегодно на каждые 2,5 км2 площади земной поверхности приходится примерно десять ударов молний. Ученые подсчитали, что на нашей планете каждый год бушует 16 000 000 гроз. Это означает, что каждый час происходит 1800 гроз и каждую секунду вспыхивает 100 огненных стрел. Помимо этого, в облаках остается еще огромный запас неизрасходованного электричества.
Молния в океане.
Самое «грозовое» место на нашей планете — остров Ява. Здесь молнии сверкают 322 дня в году. На материках гроз бывает значительно больше, чем на морях. Исключение составляет часть Атлантики, омывающая берега Южной Америки. Следует отметить, что этот район совпадает с местоположением крупной геомагнитной аномалии. Количество гроз убывает от экватора к полюсам.
Грозовой разряд излучает радиоволны широкого диапазона, что позволяет вести наблюдения за грозой на больших расстояниях. О грандиозной мощности молнии можно судить хотя бы по таким цифрам. Скорость движения огненной стрелы близка к 150 км/сек. (Для сравнения напомним, что для преодоления земного тяготения необходима скорость в 11 км/сек). Динамическое давление ударной волны непосредственно перед головным концом искры достигает 100 кгс/см2. Бывают молнии длиной в несколько километров, в то время как толщина этой гигантской искры составляет всего от 2 до 15 см. Сила тока молнии иногда достигает 100 000 а, а напряжение — 1 000 000 в, что эквивалентно мощности двигателей более чем двух миллионов автомашин. Один электрический разряд молнии мог бы питать в течение часа несколько тысяч телевизоров. Почти три четверти всей этой чудовищной энергии выделяется за доли секунды, превращаясь в тепло. И понятно, что такой мощный электрический разряд может сбить огромный самолет, поразить космическую ракету, вывести из строя самый совершенный аппарат на земле.
Пораженные корабли
Молния всегда считалась опаснейшим врагом деревянных судов. Главным объектом грозовых разрядов служили корабельные мачты. В эпоху парусного флота, до установки на судах громоотводов, поражение кораблей молнией было нередким явлением.
В начале XIX в. англичанин Вильям Сноу Гаррис, основываясь на записях в судовых журналах, составил интересную сводку данных о поражении кораблей молниями за период с 1799 по 1815 г. За 16 лет молнии причинили ущерб 150 кораблям английского военно-морского флота. Полностью было уничтожено около 100 мачт на линейных кораблях и фрегатах. При этом на каждом восьмом корабле удар молнии вызвал пожар и гибель части оснастки парусов. Около 70 моряков было убито и 130 получили серьезные ранения. В десяти случаях корабли были полностью выведены из строя и вынуждены были покинуть свои позиции в самые критические моменты морской блокады, осуществляемой Англией в период наполеоновских войн. Убыток от поражения кораблей молниями исчислялся весьма внушительной по тем временам цифрой — 100 000 фунтов стерлингов.
В 1829 г. Гаррис предложил использовать в качестве громоотвода медные полосы, которые должны были крепиться вдоль мачт и соединяться с килем или другими металлическими частями корпуса, находящимися ниже ватерлинии. Система Гарриса была уже фактически принята в России, однако в Великобритании Гаррису долго не удавалось преодолеть сопротивление своих соотечественников. Пока лорды Британского адмиралтейства раздумывали, молнии поражали все новые и новые корабли. Только между 1829 и 1834 гг. в результате попадания молний 47 кораблям был нанесен значительный ущерб.
Известны ряд кораблекрушений и гибель кораблей со всем экипажем, пораженных огненными стрелами молний.
При попадании молнии 44-пушечный корабль Резистенс взорвался и взлетел на воздух. Погибли все находившиеся на нем люди.
Военный корабль английского королевского флота Суринам находился в море, когда внезапно в него ударила молния. Корабль получил серьезные разрушения. Одно время казалось, что он уже не дойдет до берега. Сохранилась запись, сделанная в корабельном журнале. В ней, в частности, говорится: «…В 11 час. 30 мин. грот-мачта в щепки разбита молнией. Молния пробила палубу. Убиты два и ранены четыре человека. Молнией расколоты две помпы. В 12.00 сигнализировали о бедствии, пускали ракеты голубого огня и жгли фальшфейеры. Подавали сигналы выстрелами из пушек. Поставили малые паруса на корме, чтобы держать корабль к ветру и помешать ему дрейфовать к опасным местам скалистого берега».
В январе 1786 г. фрегат Тизба, следуя из Лиссабона в Англию, недалеко от о. Силли (Юго-Западная Англия) попал в сильную грозу. От удара молнии в грот-мачту загорелись паруса и оснастка, была также повреждена фок-мачта. Чтобы расчистить палубу, капитан приказал рубить ванты. Внезапным шквалом сломало бизань. Ее сбросили за борт. Фрегат потерял все парусное вооружение, от него остался только один остов.
Пораженный молнией.
В 1813 г. капитан фрегата Клоринда Бригз, находясь у берегов Цейлона, записал в судовом журнале: «В три часа пополудни мы увидели грозовую тучу, приближающуюся к нам с наветренной стороны. Я приказал убрать марсели. Примерно час спустя в судно ударила молния. Грот-мачта разлетелась на мелкие куски, остался только ее обломок. Три матроса убиты и многие ранены».
А вот запись капитана Гейдона: «Увидев, что на нас движется шквал, я поставил всех убирать марсели. Пока команда выполняла приказание, верхушку мачты поразил огненный шар, убивший двух и ранивший многих матросов. Более двадцати пострадавших пришлось отправить в кубрик».
В 1835 г. фрегат Родней, не имевший громоотводов, был поражен молнией вблизи о. Мальта. При этом были убиты два матроса, а два других получили сильные ожоги. Загорелся корабельный рангоут. Пожар вызвал на Роднее серьезные повреждения, устранение которых почти на месяц задержало выход корабля в море.
В январе 1850 г. молния ударила в фок-мачту английского корабля Гангес. Ослепляющий пучок света распространился до половины ее высоты. Однако корабль не пострадал. Его защитили врезанные в рангоут громоотводы.
Упомянем еще о воздействии молний на судовые компасы. В июле 1681 г. в корабль Квин, находившийся в ста милях от мыса Род, ударила молния. Она причинила кораблю значительные повреждения: мачты были разбиты в щепки, оснастка и парусное вооружение почти полностью уничтожены. Когда наступила ночь, обнаружилась еще одна неприятность: сравнив показания корабельных компасов с положением звезд на небе, установили, что два компаса вместо севера указывают на юг, третий компас — на запад.
Наблюдаемые в море молнии иногда подобны светящемуся смерчу. В июне 1961 г. один из туристов сфотографировал такой смерч с борта лайнера Алексей Толстой.
С парохода Алексей Толстой увидели светящийся смерч? Нет, это обычная молния.
Когда в 1969 г. экспедиционное судно Института океанологии Академии наук СССР Витязь совершало свой 46-й рейс в Тихом океане, его сопровождали сильные грозы. Однако Витязь счастливо избежал попадания молнии. А если бы это и случилось, его защитили бы специальные устройства, предохраняющие корабль от грозовых разрядов.
Отметим еще один редкий случай — встречу корабля с шаровой молнией.
В 1970 г. экспедиционное судно гидрометеорологической обсерватории Вестник шло Татарским проливом на север. К вечеру погода испортилась, усилился ветер, над морем нависли грозовые облака. Около двух часов ночи над судном ударил сильный грозовой разряд. Старпом А. Игнатенко и матрос А. Маслов увидели над палубой ослепительно яркий шар красновато-белого цвета. Это была шаровая молния. Через три-четыре минуты разряд повторился, но на этот раз уже на значительном расстоянии от корабля. Шаровые молнии — редкое и малоизученное явление природы. Случаи же наблюдения их на море вообще уникальны, поэтому подробное описание происшествия с указанием точного времени, координат корабля, его курса и метеоусловий было отправлено в Академию наук СССР.
Может ли молния вызвать гибель современного корабля? Казалось бы, со всей уверенностью можно дать только отрицательный ответ. Однако такую возможность не решился отвергнуть морской суд, рассматривавший обстоятельства гибели английского грузового судна Ардгарри. Американский профессор Л. Леб, автор книги «Статическая электризация», считает, что с этой точки зрения современные морские суда, особенно танкеры, только «относительно безопасны».
Данные мировой аварийной статистики, публикуемые Ливерпульской ассоциацией страховщиков, как и статистические таблицы морских аварий, выпускаемые английским Ллойдом, не содержат сведений о поражении судов молниями. Судить о количестве прямых попаданий молний можно только по далеко не полным данным, собранным отдельными исследователями. Так, А. В. Попов и Н. Н. Соловьев в статье «Грозовые разряды над бассейнами с пресной водой и грозозащита судов внутреннего плавания», помещенной в 34-м выпуске Трудов Горьковского института инженеров водного транспорта за 1961 г., указывают, что с 1915 по 1958 г. было зафиксировано десять попаданий молний в речные суда.
С развитием стального судостроения опасность поражения судов молнией значительно уменьшилась, однако необходимость в грозозащитном устройстве на судах с деревянными мачтами или стеньгами не отпала.
Поэтому классификационные организации и общества, осуществляющие контроль за техническим состоянием морских судов, не оставляют вопрос грозозащиты без внимания, предъявляя специальные требования к молниеотводным устройствам судов.
Светящиеся султаны
Еще моряки древности во время грозы наблюдали на мачтах своих судов голубоватое или красноватое свечение, сопровождавшееся слабым потрескиванием. Древние греки видели в появлении таких огней доброе предзнаменование. Это поверье пережило языческий мир, — изменилось лишь название этих огней. Огни Кастора и Поллукса превратились в «огни святого Эльма». Согласно христианской легенде, однажды молодого матроса сильным порывом ветра сбросило в море с марсовой площадки фок-мачты. И тогда матрос обратился к святому Эльму с мольбой о спасении. Тот не замедлил явиться и перенес матроса на корабль, успевший к тому времени удалиться на значительное расстояние.
Существует предание о том, как Христофор Колумб вернул бодрость павшим духом матросам, указав им на «святые огни».
«…Казалось, что буря никогда не утихнет. Измученные тяжелой работой, напуганные сверкающими молниями и свирепым океаном, матросы начали роптать. Во всем винили Колумба, затеявшего это опасное плавание, которому не видно конца. И тогда великий мореплаватель приказал всем подняться на палубу и посмотреть на мачты. На их верхушках горели синеватые огоньки. Матросы обрадовались, посчитав рассыпавшиеся на мачтах огни вестником милости к ним святого Эльма».
А один из спутников Магеллана, рыцарь Пигафетта, сделал в своем дневнике такую запись: «…Во время бурь мы часто видели свечение, которое называют огнями святого Эльма. Как-то в темную ночь оно явилось нам подобием доброго светоча. Огни оставались на верхушке грот-мачты в течение двух часов. В разгар свирепой бури это было для нас большим утешением. Перед тем как исчезнуть, огонь вспыхнул так ярко, что мы были ошеломлены. Все считали, что сейчас наступит гибель. Однако в то же мгновение ветер стих…»
Действительно, когда над головой бушует гроза и зажигаются огни Эльма, пусть шторм еще силен, — самое худшее уже позади.
Известны случаи массового появления огней Эльма. Так, в 1622 г. после непогоды все галеры, стоявшие в гавани о. Мальта, вдруг осветились этими огнями. Они как бы перепрыгивали с мачты на мачту, приветствуемые троекратным свистом боцманов и возгласами матросов.
11 июня 1686 г. французский военный корабль попал в бурю в 400 милях восточнее Мадагаскара. Находящийся на борту корабля аббат Шаузи записал: «Дул страшный ветер, лил дождь, сверкали молнии, все море было в огне. Вдруг я увидел на всех наших мачтах огни святого Эльма, которые спускались на палубу. Они были величиной с кулак, сверкали, прыгали и вовсе не обжигали. Все почувствовали запах серы, но грома не было. Блуждающие огоньки вели себя на корабле как у себя дома. Это продолжалось до рассвета».
В 1969 г. во время грозы у Балеарских островов огни Эльма наблюдал капитан английского парусника. Вот что он писал впоследствии: «Опасаясь бури, я приказал спустить все паруса. И тут мы увидели в разных местах корабли больше тридцати огней Эльма. Огонь, который находился на флюгере мачты, имел более полутора футов в длину. Я послал матроса снять его. Поднявшись наверх, матрос крикнул нам, что огонь шипит, как ракета из сырого пороха. Ему было приказано снять его вместе с флюгером и спуститься вниз. Но как только он это сделал, огонь перескочил на конец мачты. Оттуда снять его уже было невозможно. Огонь оставался там некоторое время, потом стал гаснуть и постепенно исчез».
30 декабря 1902 г. пароход Моравия находился вблизи Зеленого Мыса. Вся команда была свидетельницей необычного явления. Вот запись в судовом журнале, сделанная капитаном А. Симпсоном: «В течение целого часа в море полыхали молнии. Стальные канаты, верхушки мачт, нок-реи, ноки грузовых стрел — все светилось. Казалось, что на всех штангах через каждые четыре фута повесили зажженные лампы, а на концах мачт и нок-рей засветили яркие огни». Свечение сопровождалось шумом: «…как будто мириады цикад поселились в оснастке или с треском горели валежник и сухая трава», — писал капитан.
Наблюдались огни Эльма во время песчаных бурь.
На море чаще всего огни Эльма наблюдаются в тропических широтах.
Однако не следует думать, что они «посещают» только корабли. Огни Эльма можно наблюдать на куполах и шпилях церквей, верхушках башен, остроконечных скалах высоко в горах, на вершинах деревьев, во время песчаных бурь, на крыльях летящего самолета и даже на штыке винтовки часового. Ведь огни Эльма — это видимые разряды атмосферного электричества, стекающие с остриев предметов, возвышающихся над поверхностью Земли.
Как известно, во время грозы, а иногда задолго до нее напряженность электрического поля атмосферы увеличивается в сотни и даже тысячи раз. На остриях предметов электрический потенциал может достигнуть такого критического значения, при котором наступает электрический «пробой» воздуха, сопровождающийся стеканием электрических зарядов, «зажигающих» огни Эльма.
Разряды с острия создают помехи и затрудняют радиосвязь. «Святые огни» безопасны, но их появление должно настораживать, так как они указывают на места повышенной концентрации атмосферного электричества.