twitter google+ facebook

Lynets fysik

Elektrisk opladning

Man kender de forudsætninger, som begunstiger fremkomsten af torden. Derimod er der fortsat diskussion omkring den måde den elektriske ladningsfordeling i skyen opstår.

Den generelle forståelse er at i forbindelse med en cumulonimbus dannes, sker der en separation af elektriske ladninger, således at den nedre del af skyen får et overskud af elektroner, mens den øvre del får et underskud af elektroner.

Skitse af fuldt udviklet bygesky - cumulonimbus med indtegning af lynprocesser.
Skitse af fuldt udviklet bygesky - cumulonimbus med indtegning af lynprocesser.

En populær teori, som forklarer, hvorledes dette sker, går ud på, at de elektriske ladninger fremkommer, når såkaldte graupelpartikler (dvs. snehagl) kolliderer med iskrystaller, hvis der er underafkølede vanddråber til stede. Laboratorieeksperimenter har vist, at tilstedeværelsen af disse vanddråber er nødvendig for, at en signifikant ladningsoverførsel skal kunne ske. Ved kollisionerne bliver graupelpartiklerne negativt ladede og iskrystallerne positivt ladede. Iskrystallerne, som er lettere, transporteres med opvindene til skyens top, mens de større graupelpartikler falder nedad i skyen. I takt med, at områderne med positiv og negativ ladning vokser sig tydeligere, opstår et elektrisk felt mellem skyens base og dens top.

Lynet

Når isoleringsevnen af de luftlag, der adskiller områder med modsat elektrisk ladning, bryder sammen pga. den store spændingsforskel, vil lynet springe. Generelt skelner man mellem to typer af lyn: sky-jord lyn og lyn, som springer mellem skyer eller mellem skyer og luft. Jord-lynene kan have positiv eller negativ polaritet, beroende på fortegnet for ladningen i det område af skyen, der aflades, og kan desuden være både opadgående eller nedadgående. Der findes således fire typer lyn: Negativt nedad-initieret, positivt nedad-initieret, negativt opad-initieret og positivt opad-initieret.

Cirka 90% af alle jordlyn er nedadgående negative, dvs. de fører negativ ladning med sig fra skyen til jorden. De resterende 10 procent udgøres især af nedadgående positive lyn. Selvom vi med det blotte øje ikke kan adskille et positivt lyn fra et negativt, ved vi i dag, at de har forskellige egenskaber. En egenskab som adskiller positive lyn fra negative er multipliciteten (antallet af deludladninger). Negative lyn har ofte to eller flere udladninger til forskel fra positive lyn, der som regel består af én udladning. Desuden er det almindeligt, at et positivt lyn efterfølges af et negativt lyn. Endelig har studier vist, at positive lyn tenderer mod at optræde i tordenskyens opløsningsstadium.

Et lynnedslag kaldes positivt eller negativt afhængig af fortegnet for ladningen i det område af skyen der aflades. Det er det samme som at sige at lynet har positiv eller negativ polaritet. Der er 4 typer af lynnedslag: a) negativ nedad-initeret (>90%), b) positiv nedad-initeret (<10%) c) negativ opad-initeret, d) positiv opad-initeret. Opad-initeret forekommer kun under specielle forhold fx i meget høje master eller i bjerge. Grafik: John Cappelen.
Et lynnedslag kaldes positivt eller negativt afhængig af fortegnet for ladningen i det område af skyen der aflades. Det er det samme som at sige at lynet har positiv eller negativ polaritet. Der er 4 typer af lynnedslag: a) negativ nedad-initeret (>90%), b) positiv nedad-initeret (

Udladningsprocessen

Den mest almindelige type lynnedslag begynder oppefra og udvikler sig ved, at en nedadgående kanal af stærkt ioniserede luftmolekyler forlænges skridt for skridt i retning mod overfladen. Der bygges en lynkanal (step leader) eller flere ned mod jordoverfladen. Denne række af forudladninger, der ofte foregår med et ophold på ca. 50 mikrosekunder mellem hvert skridt, forlænger typisk lynkanalen 50 meter ad gangen og fordeler samtidig den overliggende ladning ned gennem lynkanalen. På et tidspunkt hvor lynkanalen når ned i nærheden af overfladen (100-200 meter), vil det forstærkede elektriske felt imellem spidsen af lynkanalen og selve jordoverfladen starte en opadgående udladning fra jorden (streamers) mod den nederste ende af lynkanalen. Når de to udladninger mødes, kortsluttes systemet, og den egentlige hovedudladning sker igennem den for-ioniserede bane ved, at en elektrisk strøm på op til adskillige hundreder tusinder ampere i løbet af 20 til 50 mikrosekunder udligner spændingsforskellen mellem jord og sky. Den stærke strøm opvarmer kanalen, der begynder at lyse. Temperaturen i kanalen kan nå op på omkring 30.000 °C. Denne proces betegnes hovedudladningen (return stroke). På grund af den hurtige opvarmning genereres en trykbølge, som vi opfatter som buldren.

Efter hovedudladningen kan processen være afsluttet. Dog er det mere almindeligt, at flere udladninger følger efter. Den første udladning tømte blot et lille område af skyen for negativ ladning. Så med ca. 0,05 sekunders mellemrum kan der herefter optræde et større eller mindre antal (typisk 3-4, men i sjældne tilfælde helt op til 20) efterfølgende udladninger, hvor hele lynbanen gennemløbes på én gang. Dette fænomen kaldes deludladninger, og man betegner antallet af deludladninger som lynets multiplicitet. Det kan give en blinkende effekt.

Er høje objekter mere udsat?

De opadgående udladninger (streamers) fra jorden mod den nederste ende af lynkanalen sker inden for en kritisk radius (for en almindelig sejlbåd og et hus ca. 75 -100 m, en person mindre) og behøver således ikke nødvendigvis at være fra det højeste objekt i de nærmeste omgivelser, så længe dette er uden for den kritiske radius.

Det er dog alligevel sådan at opadgående udladninger hyppigt sker fra høje objekter. Objekter over 60 m bevirker en så stor forstærkning af det elektriske felt omkring toppen (ca. 5-600 kV/m), at opadgående udladninger lynkanaler fra toppen af objekterne lettere dannes og kan udløse et lynnedslag, hvis der opnås forbindelse til de elektriske ladninger i skyen.

Af John Cappelen
Redaktion Michella Rasmussen
© DMI, maj 2013.

Tilmeld dig DMI's ugentlige, elektroniske nyhedsbrev
Vejret undervejs på mobil.dmi.dk eller til iPhone eller Android
Følg DMI på Twitter
DMI's -nyheder