العواصف من الظواهر التي أسرت الإنسانية منذ القدم وأثارت الخوف في نفوس الكثير من الناس، خاصة في مرحلة الطفولة. البرق والرعد، العنصران الأساسيان في هذه الأحداث، مثيران للإعجاب بصريًا على الرغم من أنهما في معظم الأحيان يكونان مرعبين للأذن. بعض الناس لا يعرفون بالضبط ما هو البرق أو كيف يتم إنتاجه. بالإضافة إلى ذلك، هناك عدة أنواع من البرق التي، اعتمادًا على مكان سقوطها، يمكن أن تسبب أضرارًا جسيمة. لذلك، سنتناول في هذا المقال بالتفصيل ما هو البرق وكيف يتشكل وأنواع البرق الموجودة، وذلك بهدف تقديم فهم أعمق لهذه الظاهرة الطبيعية.
ما هو البرق
البرق هو تفريغ كهربائي في الغلاف الجوي يولد انبعاثًا قويًا للضوء، يُعرف باسم البرق، ويصاحبه مكون صوتي يسمى الرعد. ويحدث هذا التفريغ عندما تتراكم الاختلافات في الشحنات الكهربائية في السحب أو بين السحب وسطح الأرض، مما يؤدي إلى تأين جزيئات الهواء لإنشاء مسار موصل تنتقل من خلاله الكهرباء بسرعة. تحدث هذه العملية في غضون ميلي ثانية. يسخن الهواء المحيط بقناة الشعاع على الفور، ليصل إلى درجات حرارة عالية للغاية. يؤدي هذا إلى تمدد عنيف للهواء، مما يؤدي إلى ظهور موجة الصدمة الصوتية التي نعرفها باسم الرعد.
ويتراوح متوسط طول الصاعقة بين 1.500 و5.000 متر. ومع ذلك، هناك استثناءات ملحوظة. على سبيل المثال، في عام 2007، تم تسجيل أطول صاعقة في العالم في أوكلاهوما، حيث بلغ طولها حوالي 321 كيلومترًا. ومن المعروف أيضًا أن البرق يمكن أن يصل إلى سرعات تصل إلى 1.400 كيلومتر في الثانية وفوارق محتملة تصل إلى ملايين الفولتات. وبسبب هذه الخصائص يعتبر البرق ظاهرة خطيرة يجب أن تؤخذ على محمل الجد والاحترام. تشير التقديرات إلى أن هناك ما يقرب من 16 مليون عاصفة رعدية كل عام في جميع أنحاء الكوكب.
يحدث البرق عادةً عندما تتطور السحب المشحونة كهربائيًا (المزن الركامي) عموديًا في الغلاف الجوي حتى تصل إلى التروبوبوز، وهي منطقة تنفصل فيها الشحنات الموجبة والسالبة. تؤدي حركة هذه الشحنات عبر الغلاف الجوي إلى ظهور ومضات ضوئية مميزة للبرق، والتي تحدث عندما تتحرك الجسيمات للأعلى وعندما تعود، مما يخلق التأثير البصري للبرق.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يولد البرق ما يصل إلى مليون واط من الطاقة اللحظية، وهو ما يشبه انفجارًا نوويًا صغيرًا. ولهذا السبب يكون البرق مدمرًا للغاية عندما يضرب الهياكل أو الكائنات الحية. يسمى فرع الأرصاد الجوية المسؤول عن دراسة البرق والعواصف الكهربائية بالسيراميك.
تشكيل البرق
تعتبر عملية تشكل البرق ظاهرة معقدة لا تزال تثير أسئلة مهمة للعلم. على الرغم من وجود إجماع على الظروف اللازمة لحدوث البرق، إلا أن الآلية الدقيقة التي تبدأ التفريغ الكهربائي لا تزال موضع نقاش.
والأمر الواضح هو أن البرق يتشكل في السحب الركامية، وهي سحب عاصفة ذات قدرة هائلة على التطور العمودي. وفي هذه السحب تحدث تيارات هوائية صاعدة وهابطة. ومن خلال هذه الحركات، تصطدم بلورات الجليد الموجودة في الأجزاء العلوية من السحابة بجزيئات البَرَد الصغيرة، وتنقل الشحنات الكهربائية. تكتسب البلورات شحنة موجبة بينما يصبح البرد مشحونًا سالبًا.
وبمجرد انفصال هذه الجزيئات، يتم نقل بلورات الجليد الأخف إلى أعلى السحابة، مما يخلق منطقة ذات شحنة موجبة يتراوح ارتفاعها بين 8 و10 كيلومترات. وفي المقابل، يتراكم البَرَد سالب الشحنة في الجزء الأوسط والسفلي من السحابة، على ارتفاع حوالي 5 كيلومترات. وتولد هذه العملية فرقا في الإمكانات الكهربائية بين أعلى السحابة وأسفلها، مما يهيئ الظروف اللازمة لتكوين البرق.
في بعض الحالات، يمكن أن ينشأ فرق الجهد ليس فقط داخل السحابة، ولكن أيضًا بين السحابة وسطح الأرض، الذي يصبح مشحونًا بشكل إيجابي تحت تأثير الشحنات السالبة في السحابة. عندما يكون فرق الجهد كبيرًا بدرجة كافية، تنكسر مقاومة الهواء ويحدث تفريغ كهربائي: البرق.
ويعد الجليد عنصرًا أساسيًا في هذا النوع من العمليات لأنه يسهل فصل الشحنات وبالتالي استقطاب السحابة. في الواقع، يمكن أن يحدث البرق في سحب الرماد البركاني أو سحب الغبار الناتجة عن حرائق الغابات الكبيرة، مما يدل على أن النشاط الكهربائي لا يقتصر على ظروف العواصف التقليدية.
من بين الفرضيات الأكثر قبولًا حول تكوين البرق، هناك ظاهرة الحث الكهروستاتيكي، حيث تصبح الجسيمات مستقطبة عند مرورها عبر المجال الكهربائي الطبيعي للأرض. وفي هذه الحالة، تصطدم حبيبات الجليد والبرد وتنقل الشحنات الكهربائية، مما يساهم في تراكم الشحنات السالبة في الجزء السفلي من السحابة والشحنات الموجبة في الأجزاء العلوية، وهي الظاهرة التي تولد في النهاية ظروفًا مناسبة لتفريغ البرق.
أنواع البرق
هناك عدة أنواع من البرق، تعتمد على البيئة التي يتشكل فيها والنقاط التي ينتقل بينها. ومن بينها يبرز ما يلي:
- البرق من السحابة إلى الأرض: وهو النوع الأكثر شهرة وانتشارا. ينشأ هذا الشعاع من السحب ويتجه نحو سطح الأرض. وهو الأكثر خطورة نظرًا لقدرته على التأثير بشكل مباشر على الأشخاص والهياكل والنباتات.
- البرق السحابي السحابي: ويحدث هذا النوع من البرق بين سحابتين مختلفتين، دون أن يصل إلى سطح الأرض. على الرغم من أنها لا تشكل خطرا كبيرا على البشر، إلا أنها مثيرة للإعجاب بصريا.
- برق السحابة الأرضية: وهذا النوع من التفريغ الكهربائي أقل شيوعًا بكثير من البرق من السحابة إلى الأرض، ويحدث في اتجاه تصاعدي، من الأرض نحو السحابة. وعادة ما يتم ملاحظتها في المناطق ذات الشحنات الموجبة الواضحة على سطح الأرض، مثل الأبراج الشاهقة أو الجبال.
- البرق داخل السحابة: البرق داخل السحابة هو البرق الذي يحدث داخل نفس السحابة. وهذا النوع من البرق غير مرئي بالعين المجردة من السطح، إذ يحدث بالكامل داخل السحابة.
- بيرل راي: نوع آخر غريب من البرق هو البرق اللؤلؤي، والذي يظهر مجزأ إلى سلسلة من الأجزاء المضيئة. على الرغم من أنه أيضًا نوع من البرق من السحابة إلى الأرض، إلا أن عرضه مميز بسبب مظهره.
- الشعاع المتفرع أو المتشعب: ويحدث ذلك عندما يتفرع مسار الشعاع في اتجاهات متعددة، مما يؤدي إلى عرض الفروع البصرية التي تبدو ممتدة من نقطة مركزية نحو السطح.
يحمل كل نوع من هذه الأنواع من البرق مخاطر وخصائص بصرية مختلفة، ولكنها جميعًا تشترك في نفس الظاهرة الأساسية: التفريغ الديناميكي للاختلافات في الشحنات الكهربائية عبر الغلاف الجوي.
لا تزال دراسة البرق والعواصف الرعدية تذهل العلماء وأخصائيي الأرصاد الجوية، الذين يسعون إلى فهم الأسباب والآليات الكامنة وراء إحدى أقوى الظواهر في الطبيعة.
آمل أنه بعد قراءة هذا المقال، سيكون لديك نظرة أكثر تفصيلاً وعمقًا عن البرق، بدءًا من تكوينه وحتى الأنواع المختلفة الموجودة. في حين أن البرق يمكن أن يكون خطيرًا، إلا أنه رائع أيضًا لتعقيده وجماله، فضلاً عن لعبه دورًا مهمًا في تنظيم الشحنة الكهربائية العالمية للغلاف الجوي.