Yıldırımın Elektrik Yüklenme Mekanizması ve Plazma Durumu

Şimşek ve Yıldırım Arasındaki Kavram Ayrımı

Şimşek, bir bulutun tabanı ile yer arasında, iki bulut arasında veya bir bulut içinde elektrik boşalırken oluşan kırık çizgi biçimindeki geçici ışık olarak tanımlanmaktadır. Bu olgu balkır, çakım, çakın, yalabık ve yıldırak gibi yerel toplum dilinde kullanılan sözcüklerle de anılmaktadır. Yıldırım ise gök gürültüsü ve şimşekle görülen, hava ile yer arasındaki elektrik boşalması olup saika olarak da adlandırılmaktadır. Zikzaklı bir yol takip ederek kollar hâlinde aşağı doğru iner ve genellikle şiddetli bir yağmurla birlikte görülür.

Bu iki olgu sadece kümülonimbüs bulutlarında görülmektedir. Diğer bulutlarda sadece enerji akımı sayesinde gözlemlenebilen şimşekler, kar fırtınalarında, kum fırtınalarında ve hatta volkanlardan çıkan gaz ve toz bulutlarında da rastlanır. Bir oraj esnasında şimşekler bulutlar arasında, bulutla hava arasında ve bulutla yer arasında gerçekleşebilir. Dünya genelinde saniyede 50 ila 100 şimşek çarmaktadır.

Elektriklenme Sürecinin Temel Kavramları

Elektrik yüklenmesinin ayrıntıları bilim insanları tarafından hâlâ incelenmektedir, ancak fırtına elektriklenmesinin bazı temel kavramları üzerinde ortak bir kanı bulunmaktadır. Elektriklenme, çarpışan cisimler arasındaki iyon transferinin sonucu olarak triboelektrik etki ile gerçekleşebilir. Yüksüz, çarpışan su damlaları, gök gürültüsü bulutunda olduğu gibi, aralarındaki sulu iyonlar olarak yük aktarımı nedeniyle elektrik yüklenebilir.

Fırtınadaki ana elektrik yüklenme alanı, havanın hızla yukarı doğru hareket ettiği ve sıcaklık aralığının 15 ile -25 °C arasında değiştiği fırtının ortasında oluşur. Bu bölgede sıcaklık ve yukarı doğru hızlı hava hareketinin birleşimi, süper soğutulmuş bulut damlacıkları, küçük buz kristalleri ve graupel (yumuşak dolu) karışımı üretir. Yükselen buz kristalleri yumuşak dolu ile çarpıştığında, buz kristalleri pozitif, yumuşak dolu ise negatif olarak yüklenir. Yukarı çekiş pozitif yüklü buz kristallerini fırtın bulutunun tepesine doğru taşırken, daha büyük ve yoğun olan graupel fırtının ortasında asılı kalır veya alt kısmına doğru düşer. Sonuç olarak, fırtının bulutunun üst kısmı pozitif, orta ila alt kısmı ise negatif elektrikle yüklenir.

Yük Taşıyıcılarının Kimyasal Niteliği

Saf sıvı sudaki yükün indüklenmiş ayrılması ve tribo-elektrik etkisi ile sıvı suyun elektriklenmesi 1840’lardan beri bilinmektedir. William Thomson (Lord Kelvin), sudaki yük ayrımının dünya yüzeyindeki olağan elektrik alanlarında oluştuğunu ispatlamış ve bu bilgiyi kullanarak sürekli elektrik alan ölçüm cihazını geliştirmiştir. Kelvin su damlalığı ile sıvı su kullanılarak yükün farklı bölgelere fiziksel olarak ayrılması gösterilmiştir. En olası yük taşıyan türler sulu hidrojen iyonu ve sulu hidroksit iyonu olarak kabul edilmiştir.

Katı su buzunun elektriksel şarjı da düşünülmüştür ve yüklü türler yine hidrojen iyonu ve hidroksit iyonu olarak kabul edilmiştir. Ancak elektron, gök gürültülü fırtınalardaki anlık zamanda hidroksit iyonu artı çözünmüş hidrojene göre sıvı suda kararlı değildir. Yıldırımdaki yük taşıyıcısı esasen plazmadaki elektronlardır. Sıvı su veya katı su ile ilişkili iyonlar olarak yükten, yıldırımla ilişkili elektronlar olarak yüklenme süreci bir tür elektro-kimyayı içermelidir.

İydroksit baz olarak işlev gördüğü ve karbon dioksit asidik gaz olduğu için, negatif yükün sulu hidroksit iyonu biçiminde olduğu yüklü su bulutlarının atmosferik karbon dioksit ile etkileşime girerek sulu karbonat iyonları ve sulu hidrojen karbonat iyonları oluşturması mümkündür.

Yıldırımın Teknik Özellikleri ve Tehlikesi

Yıldırım, bulut ile yer arasında oluşan en tehlikeli şimşek türüdür. Çoğu çakma yeryüzüne negatif yük dağıtır ancak bir kısmı yeryüzüne pozitif yük taşır. Bu pozitif çakmalar sıklıkla bir orajın dağılma aşamasında oluşur ve kış ayları boyunca düşen toplam yıldırımların yüksek bir yüzdesini oluşturur. Bulut ve yer arasındaki elektrik potansiyeli farkı 10 ile 100 milyon volt arasında değişirken, yıldırımın dönüş darbesinin akımı yaklaşık 30.000 ampere, sıcaklığı 30.000 °C’ye ulaşmaktadır. Öncül darbe buluttan yere yaklaşık 30 milisaniyede ulaşır ve yerden bulutun merkezine yaklaşık 100 milisaniyede döner.

Yıldırım çarpması, elektrik yükü nedeniyle ölümcül sonuçlar doğurabilecek oldukça tehlikeli bir hadisedir. Amerika Birleşik Devletleri’nde her sene ortalama 62 kişi yıldırım çarpması nedeniyle hayatını kaybetmekte, yaklaşık 300 kişi ise yaralanmaktadır. Dünya genelinde ise yılda ortalama 24.000 kişi ölmekte, 240.000 kişi yaralanmaktadır. İstatistiksel olarak yıldırım çarpmasına en çok açık arazide oyun oynarken, açık arazide çalışırken, kayık veya botla gezerken, tarla ve ağır iş makineleri kullanırken, telefonla konuşurken ve elektrikli aletler kullanırken veya tamir ederken rastlanmaktadır.

Bu açıklama Vikipedi kaynaklarından uyarlanmıştır ve şu lisans altında sunulur: CC BY-SA 4.0.