Kategoriler
Yeryüzü & Tabiat

Şimşek ve yıldırım nasıl oluşur?

Reklam

Pek çok insan binlerce yıl boyunca yıldırımları veya şimşekleri tanrıların kırbacı olarak gördü. Bilim adamları son birkaç bin yılda hava ve elektrik hakkında çok şey öğrenmiş olsa da yıldırım gibi elektriğe dayalı atmosferik olaylar bir noktaya kadar hala gizemini koruyor. İşte yıldırım ve şimşek hakkında tüm bildiklerimize genel bir bakış.

Şimşek veya yıldırım nasıl meydana gelir?

şimşek (yıldırım) çarpması

Tırmanma hareketi ile yükselen su damlacıkları fırtınaya doğru taşınıyor ve fırtınanın zirvesindeki soğuk hava ile birlikte bulut halini alıyor. Eğer fırtınanın altında yeterince nem varsa bu yükselme 21 kilometreye kadar çıkabilir. Bu damlacıklar donup düşmeye başladığında daha aşağıdaki sıcak damlacıklarla çarpışarak onları donduruyor ve ısıları etrafa yayılıyor. Bu ısı, düşen buzun yüzeyini çevresinden daha sıcak kılarak onu graupel (grezil) denilen yumuşak doluya dönüştürüyor.

Bir yaz fırtınası baş gösterdiğinde, fırtına, altındaki sıcak ve nemli havayı yukarı vakumlar ve hareket kazanır. "Tırmanma" olarak bilinen bu dikey rüzgarlar, fırtına bulutunu oluşturur ve şimşek ve yıldırımın meydana geldiği o türbülanslı ortamı hazırlar.

Bilim adamları bulutların yıldırım düşmesine neden olan elektrik yükünü nasıl ürettiğini hala bilmiyor. Çoğu kişi bunun nedeninin graupel olduğuna inanıyor. Tahminlere göre, yumuşak dolular fırtınanın etrafında dönüp durmaya ve diğer su damlacıklarına veya buz parçacıklarına çarpmaya başladığında elektrik açığa çıkıyor: Elektronlar yükselen parçacıklardan ayrılıyor ve düşen parçacıklar üzerinde toplanıyor.

Elektronlar negatif yüklü olduğundan, bu durum tıpkı pil gibi negatif tabanı ve pozitif tepesi olan bir bulut oluşmasına yol açıyor. Bununla birlikte, pilin aksine, bulutun elektrik alanı sürekli olarak yükselen hava kuvvetleri ile durmadan şarj olur ve bu da fırtınanın daha uzun süre istiflenmesine neden olarak pozitif tepeyi negatif tabandan uzağa iter.

Reklam

Tabii bu fazla uzun sürmez. Doğa elektrik alanlardan pek hoşlanmaz ve biriken her türlü enerjiyi ilk fırsatta salar. Ancak Dünya'nın atmosferi fena bir yalıtkan değildir. Yani bunun gibi süper yüksek yüklerin havaya galip gelmeden önce belirli eşiğe ulaşması gerekiyor. Ardından ortaya çıkan şeyse bir şimşek ya da yıldırım oluyor. Toprağa inen şimşek yani yıldırım çarpması 100 milyon ila 1 milyar volttur.

İlk şimşek farklı görünür. Buluttaki iki zıt yüklü bölge arasındaki en az dirençli yoldan gider. Bu ilk şimşeğe "kademeli öncü" deniliyor ve yarı sönük bir elektrik akımı gibi görünüyor. Şimşek, karşı bölgedeki en elverişli noktaya ulaştığında, parlak bir akım aynı yol boyunca saniyede 96.000 km hızla geri döner. Bu parlama aynı şimşek kanalı boyunca (genellikle yaklaşık 2,5 ila 5 cm çapındadır) bir veya en fazla 20 yayılıma neden olur. Tabii bunların hepsi bir saniyeden kısa sürede gerçekleşir.

Aşağıda tüm olayı açıklayan "süper ağır çekim" bir video var:

Gök gürültüsü nasıl oluşur?

Gök gürültüsü, şimşeğin çıkardığı sestir. Şimşek, havadaki gaz moleküllerini bir saniyeden kısa sürede 20.000 santigrat dereceye (Güneş'in yüzeyinden üç kat daha yüksek) ısıttığında patlayan gazların çıkardığı ses şiddetli olur. Yırtılmaya benzer ilk gürültü genellikle kademeli öncüden kaynaklanıyor ve ana gürültüden hemen önce duyulan keskin tıklama veya çatlama sesi yerden yukarı yükselen pozitif flamadan doğuyor.

Fırtınadan yaklaşık 40 km uzaklıkta gök gürültüsü duyulmaz. Ancak ışık sesten daha hızlı ve daha uzağa gittiğinden şimşek hala görülebilir. Görünüşte sessiz olan bu tür şimşeklere "ısı şimşeği" deniliyor ancak teknik olarak yanlış bir terim.

Reklam

Dünya'da saniyede yaklaşık 100 şimşek meydana geliyor ya da günde yaklaşık 8 milyon. Tüm şimşeklerin yüzde 80 kadarı oluştuğu bulutta kalırken, bazıları yere iner ve bunlara yıldırım denilir. Şimşek veya yıldırım çeşitleri arasında örümcek şimşek, mavi jet şimşek, çarşaf şimşek, peri şimşek ve elf şimşek var.

Şimşeklere dair şok edici bilgiler

Yıldırım, herkesi şaşırtan doğal bir fenomen. Tek bir parlamasıyla hayranlık, dehşet, şaşkınlık ve ilkel bir huşu uyandırır. Ve şaşırmamalı; zira yıldırım küçümsenmemesi gereken inanılmaz bir doğal güç. İşte gök gürültülü fırtınalarda dışarı çıkmadan önce iki kez düşünmenize neden olacak bazı gerçekler.

  1. Yıldırım veya şimşek aşırı derecede sıcaktır. Etrafındaki havayı 27.700 Celcius dereceye kadar ısıtabilir, bu da Güneş'in yüzeyinden beş kat daha sıcak demektir!
  2. Şimşek yalnızca fırtınada oluşmuyor. Elektriğin şimşek olarak boşalması kasırgalar, hortumlar, volkanik patlamalar ve hatta toz fırtınaları ile şiddetli kar fırtınalarında görülebilir.
  3. Fırtınanın yarıçapının dışında olsanız dahi güvende sayılmazsınız. Zira yıldırım fırtınanın merkezinden en çok 5 km kadar uzakta oluşabilir ve en fazla 15-22 km uzağa inebilir. Dolayısıyla herhangi bir buluttan uzakta olsanız bile hala yıldırım düştüğünü görebilirsiniz.
  4. Bir insana hayatı boyunca yıldırım çarpma olasılığı yaklaşık 3.000'de 1'dir. Yıldırım çarpmasından sağ çıkmak mümkün ancak insanlar yanıklardan beyin hasarına ve hatta kişilik değişikliğine kadar ciddi ve kalıcı yaralanmalara sahip oluyor.
  5. Dünya'da saniyede yaklaşık 100 şimşek oluştuğu tahmin ediliyor ve bunların yaklaşık yüzde 70'i tropik bölgelerde meydana geliyor. Şimşeklerin kaçının buluttan yere inerek yıldırıma dönüştüğünü merak ediyorsanız bunun oranı yaklaşık yüzde 25'tir. Buluttan buluta ve bulut içi yıldırımlar daha yaygın.
  6. Şimşek türleri arasında roket şimşek, şerit şimşek, top şimşek ve normal şimşekten yaklaşık 100 kat daha parlak olan superbolt gibi birçok tür var.

Şimşek çeşitleri

Şimşek gökyüzünden dünyaya çarptığında buna yıldırım denir. Ancak her şimşek elbette yere inmez. Bulutların arasında ilerleyen veya havada kaybolan çeşitler var. Yere inenlere kıyasla sadece bulutların arasında yol alan 5 ila 10 kat daha fazla şimşek var. İşte herhangi bir fırtına sırasında meydana gelebilecek farklı şimşek türlerine bir bakış.

Buluttan yere inen yıldırımlar

Fırtına esnasında yere inen bir yıldırım.
Fırtına esnasında yere inen bir yıldırım.

Negatif yük fırtınanın tabanında büyüdükçe, aşağıdaki Dünya yüzeyinde pozitif yük birikmeye başlar ve fırtına nereye giderse onu izler. Yukarıdaki resimde görüldüğü gibi buluttan yere inen neredeyse tüm yıldırımların sorumlusu bu mekaniktir. Aşamalı öncü kendini negatif bulut tabanından aşağı doğru bırakır ve "pozitif flama" adı verilen iyonize hava sütünü, pozitif yüklü zeminden yükselerek yıldırımı yarı yolda durdurur. İki uç birbirine bağlandığında, bulut ile yer arasında şiddetli elektrik akımı görülür ve şimşek oluşur. Bazen birden fazla pozitif flama aynı öncüye yol alabiliyor.

Fırtınanın altındaki hemen hemen her topraklanmış nesne veya organizma basamaklı öncüyü çekebilir, ancak şimşek tembeldir. Yani hedef ne kadar yakınsa o kadar iyidir. Ağaçlar, yüksek binalar, kuleler ve antenler bu nedenle yıldırımların favori hedefleri.

Reklam

Bulut içi ve bulutlar arası şimşek

Örümcek şimşek sıklıkla bulutların altında görülür ve uzun ve yatay olarak hareket eder.
Örümcek şimşek sıklıkla bulutların altında görülür ve uzun ve yatay olarak hareket eder.

Dünyadaki tüm şimşeklerin yaklaşık dörtte üçü, oluştuğu bulutu asla terk etmez. Fırtına içindeki zıt yüklü parçacıkların başka bir bölgesine yol almakla yetinirler. Bu şimşekler "bulut içi şimşek" olarak biliniyor, ancak bizim bakış açımızdan bulutun yüzeyinde göründüklerinden "şimşek çakması" deriz. "Örümcek şimşeği" (yukarıdaki fotoğraf), bulutun alt tarafında oklar halinde dallanır.

Şimşek bazen bulutu terk eder ancak sadece gökyüzünde kalır ve toprağa inmez. Bu fenomen birçok şekilde olur: Şimşek başka bir buluta atlayabilir veya yakınlarda yeterli yük birikmişse fırtınanın etrafındaki havaya çarpabilir.

Bulut tabanlı yıldırım normalde yüzeydeki insanları rahatsız etmese de, uçaklar, roketler ve diğer uçan makinelere hasar verebiliyor. Uçuş rotaları yolcu jetlerini sık sık büyük gök gürültülü fırtınaların içinden geçirir. Yıldırım uçağın dışına çarparsa elektrik sistemine hasar verecektir.

2009 yılında, şirket yetkilileri Air France Flight 447'nin Atlantik üzerinde kaybolmasının sebebinin yıldırım çarpması olduğunu söyledi. Tropikal fırtına her iki elektrik sisteminde de güç kaybına neden oldumuştu. Ancak bir uçağın şimşek çarpmasıyla düşmesi bu kadar kolay değildir. Dolayısıyla öncesinde muhtemelen başka arızalar da vardı.

Cape Canaveral'daki NASA mühendisleri, sık sık acımasız yaz fırtınalarının hedefi olur ve şimşekleri önleyen pahalı ekipmanları yer yer zarar görür.

Reklam

Pozitif yüklü şimşek

pozitif yüklü şimşek görüntüsü

Yıldırım çarpmalarının çoğu negatiftir ve aşağıdaki pozitif yüklü zemine iner. Ancak büyük gök gürültülü fırtınalarda, bulutun üst bölgelerinden fırlayan aşırı yüklü pozitif bir şimşek görülebilir. Bu beklenmedik şimşekler fırtınadan uzaklaşarak dünyanın negatif yüklü uzak bir bölümüne inebiliyor. Bazen 40 km uzağa düşen bu yıldırımlar yakında gök gürültülü fırtınanın olduğundan bile habersiz insanları şaşırtır. Nadir olmasının yanı sıra, bu şimşekler ayrıca normallerinden çok daha güçlüler ve bu nedenle daha fazla zarar veriyorlar.

Mayıs 2019'da Floridalı bir kadın bu pozitif yıldırımı tesadüfen kayda aldı:

Şimşek topu

Dünyada gök gürültülü fırtınalar sırasında havada yüzen elektrik küreleri görüldüğü rapor edilmiştir. Ancak nadirliği nedeniyle doğrulanmasının zor olduğu belirtilir. Şimşek küreleri uçucu ve düzensizler. Aşağıdaki videoda bunların gerçek olduğuna dair bazı kanıtlar var.

Bilim adamlarının yıldırım topuna dair bazı ilgi çekici teorileri var. Mart 2018'de yayımlanan bir çalışmada araştırmacılar Bose-Einstein yoğunlaşması adı verilen aşırı soğutulmuş bir madde oluşturdular. Ardından maddenin manyetik alanlarını karmaşık bir düğüm haline getirdiler. Bu yaklaşım "Shankar skyrmion" adı verilen kuantum nesnesini üretti. Aynı kuantum nesnesi 40 yıldan fazla bir süre önce teorileştirilmişti ancak hiçbir zaman laboratuvarda başarıyla oluşturulamamıştı.

Amherst Üniversitesi'nden gelen açıklamaya göre, skyrmion, birbirine kenetlenmiş manyetik alan setidir. Yani atomik manyetik momentlerin düğümlü konfigürasyonudur. Bu tür düğümlü manyetik alanların şimşek topu görünümünde sıcak gaz plazmasına nedeni olduğu düşünülüyor. Plazmayı bir arada tutan manyetik düğümü "çözmenin" zorluğundan dolayı şimşek topu normal şimşekten daha uzun ömürlüdür (daha uzun süre havada kalır).

Reklam

Geçici ışık olayları

Şimşek, gök gürültülü fırtınalardan doğan tek elektriksel olay değil. Fırtınaların üstündeki atmosferde bambaşka bir dünya var; buradaki hayaletimsi ışıklar fırtınanın etrafında dans eder ve çoğu insan bunları asla görmez. Geleneksel anlamda yıldırım değiller. Bu yüzden "geçici ışık olayları" veya "atmosferik optik olaylar" terimleri tercih ediliyor. Bu olaylar hakkında hala az bilgimiz var.

Sprite

Bir uçaktan çekilmiş sprite görüntüsü
Bir uçaktan çekilmiş sprite görüntüsü

Sprite'lar bunlara bir örnek. Doğrudan gök gürültülü fırtınaların üzerinde oluşurlar. Genelde aşağısındaki buluttan yere inen güçlü, pozitif yüklü yıldırımlara karşılık gelen devasa ışıklardır. Çoğunun kırmızı parlaması nedeniyle "kırmızı sprite" olarak da bilinen bu ince işaret fişeği görünümlü ışıklar zayıf yüklüler ve nadiren birkaç saniyeden uzun sürerler. Ancak buluttan 100 km yukarıda oluşabilirler.

Sprite'ın şekli sütun, havuç ve denizanasına benzetilir, ancak zayıf yükleri ve yumuşak parıltıları nadiren çıplak gözle görülmelerini sağlarmmm. Hatta 1989'a kadar bunları fotoğraflı bir kanıtı yoktu. Ancak o zamandan beri binlerce Sprite yerden, uçaktan ve uzaydan fotoğraflandı ve filme alındı.

Mavi jet

Mavi jetler bir saniyeden daha kısa sürüyor.
Mavi jetler bir saniyeden daha kısa sürüyor.

Mavi jetler, gök gürültülü fırtınanın tepesinden çevreye atılan mavi enerji ışınlarıdır. Buluttan yere inmediklerinden şimşeklerle doğrudan ilişkili değiller ve yerel manyetik alanla uyum göstermezler. Mavi-beyaz parlayan bu gizemli ışınlar bir buluttan çıkarak dar koniler halinde yukarı doğru uzanır. Yavaş yavaş yayılır ve yaklaşık 50 km yükseklikte dağılır. Mavi jetler bir saniyeden daha kısa sürüyor ancak pilotlar tarafından tanık olunmuş ve hatta videoya çekilmiştir.

Elf

Elf şimşeğinin çemberli görüntüsü
Elf şimşeğinin çemberli görüntüsü

Elf şimşeği tıpkı sprite gibi buluttan yere inen yıldırımların olduğu alanda meydana geliyor ve de iyonosferde oluşuyor. Hızla genişleyen disklerdir ve 480 km kadar uzanabilirler. Ancak havada saniyenin binde birinden daha az kalırlar. Bu da tespit edilmelerini zorlaştırır. NASA bir tanesini 1992'de kendi uzay mekiğinden kaydetti. Bilim adamları elfin, fırtınadan iyonosfere fırlatılan elektromanyetik darbenin sonucu olduğuna inanıyor.

Reklam

Yıldırımdan korunmak

Özellikle yoğun hava olaylarının yaşandığı iklimlerde hortum ve kasırgaya kıyasla daha fazla insan yıldırım düşmesinden ölmektedir. ABD buna bir örnek. Ancak ölümler seyrek gerçekleştiğinden yıldırım düşmesi en küçümsenen hava tehlikesi. Bazı nedenlerden dolayı, daha fazla erkek kadınlara kıyasla yıldırım düşmesinden ölmüştür. Bir araştırmada 2006'dan bu yana ABD'deki yıldırım ölümlerinin yüzde 78'inden fazlasının erkek olduğu görüldü. Türkiye'de buna benzer bir veri yok.

Yıldırım çarpmaları insanları çeşitli şekillerde etkiliyor. Fırtına sırasında açık alanda olmak iyi bir fikir değil. Aynı şekilde ağaç veya direk gibi yüksek nesnelerin yanında durmaksa daha riskli. İdeal olan yine içeride kalmak.

Şimşekten korunmak için en iyi yer su ve elektrik tesisatı olan binalardır. Çünkü elektriği bir insan vücudundan daha iyi iletirler. Gökyüzüne açıklıkları olan yapılar, barakalar, sundurmalar, piknik barınakları ve açık hava stadyumları güvenli sayılmaz. Dışarıda kaldıysanız, üstü kapalı metal bir taşıta binin ve pencereleri kapalı tutmaya çalışın. Üstü açık olan araçlar koruma sağlamaz.

Su elektriği çok kolay ilettiği için yüzme havuzları gök gürültülü fırtınalar sırasında çok tehlikelidir.

Reklam

Yazar Berkay Alpkunt

Coğrafya ve astronomi üzerine geniş kapsamlı içerikler hazırlıyor. Diğer ilgi alanları canlı hayatı, bilim tarihi ve ülkeler olarak sıralanır. Aynı zamanda bağımsız video oyunlarıyla ilgilidir.