Blitz - Wikipedia

Hochgeschwindigkeits-Slow-Motion-Blitzvideo mit 6.200 Bildern pro Sekunde aufgenommen.

Lightning ist eine plötzliche elektrostatische Entladung, die typischerweise während eines Gewitters auftritt. Diese Entladung tritt zwischen elektrisch geladenen Bereichen einer Wolke (als Intra-Cloud-Blitz oder IC bezeichnet), zwischen zwei Wolken (CC-Blitz) oder zwischen einer Wolke und dem Boden (CG-Blitz) auf.

Die aufgeladenen Regionen in der Atmosphäre gleichen sich vorübergehend durch diese Entladung aus, die als flash bezeichnet wird. Ein Blitz kann auch ein Streik sein, wenn es sich um ein Objekt am Boden handelt. Ein Blitz erzeugt aus dem sehr heißen Plasma, das durch den Elektronenfluss erzeugt wird, Licht in Form einer Schwarzkörperstrahlung und Klang in Form von Donner. Blitze können gesehen und nicht gehört werden, wenn sie in einer Entfernung auftreten, die zu groß ist, als dass das Geräusch das Licht von dem Aufprall oder Blitz befördern könnte.

Elektrifizierung [ edit ]

Der Hauptladebereich bei einem Gewitter tritt im zentralen Teil des Sturms auf, wo sich die Luft schnell aufwärts bewegt (Aufwind) und die Temperaturen im Bereich von -15 bis liegen −25 ° C (5 bis −13 ° F)

Die Einzelheiten des Ladevorgangs werden von Wissenschaftlern noch untersucht, es gibt jedoch allgemeine Übereinstimmung über einige der grundlegenden Konzepte der Gewitterelektrifizierung. Der Hauptladebereich bei einem Gewitter tritt im zentralen Teil des Sturms auf, wo sich die Luft schnell aufwärts bewegt (Aufwind) und die Temperaturen zwischen -15 und -25 ° C (5 bis -13 ° F) liegen (siehe Abbildung rechts). Dort entsteht durch die Kombination von Temperatur und schneller Luftbewegung eine Mischung aus unterkühlten Wolkentröpfchen (kleine Wassertröpfchen unter dem Gefrierpunkt), kleinen Eiskristallen und Graupel (weicher Hagel). Der Aufwind trägt die hochgekühlten Wolkentröpfchen und sehr kleine Eiskristalle nach oben. Gleichzeitig neigt das wesentlich größere und dichtere Graupel dazu, in der aufsteigenden Luft zu fallen oder zu schweben. ^[1]

Wenn die aufsteigenden Eiskristalle mit Graupel kollidieren, werden die Eiskristalle positiv geladen und der Graupel wird negativ geladen

Die Unterschiede in der Bewegung des Niederschlags verursachen Kollisionen. Wenn die aufsteigenden Eiskristalle mit Graupel kollidieren, werden die Eiskristalle positiv geladen und der Graupel wird negativ geladen. Siehe Abbildung links. Der Aufwind trägt die positiv geladenen Eiskristalle nach oben in Richtung der Sturmwolke. Der größere und dichtere Graupel hängt entweder in der Mitte der Gewitterwolke oder fällt in Richtung des unteren Teils des Sturms. ^[1]

Der obere Teil der Gewitterwolke wird positiv geladen, während der mittlere bis untere Teil der Gewitterwolke negativ wird aufgeladen.

Das Ergebnis ist, dass der obere Teil der Gewitterwolke positiv aufgeladen wird, während der mittlere bis untere Teil der Gewitterwolke negativ aufgeladen wird. ^[1]

Die Aufwärtsbewegungen innerhalb der Gewitterwolke Sturm und Wind auf höheren Ebenen in der Atmosphäre neigen dazu, dass sich die kleinen Eiskristalle (und die positive Ladung) im oberen Teil der Gewitterwolke in einiger Entfernung von der Gewitterwolkenbasis horizontal ausbreiten. Dieser Teil der Gewitterwolke wird Amboss genannt. Während dies der Hauptladevorgang für die Gewitterwolke ist, können einige dieser Ladungen durch Luftbewegungen im Sturm (Aufwinde und Abwinde) umverteilt werden. Zusätzlich gibt es einen kleinen, aber wichtigen positiven Ladungsaufbau am unteren Ende der Gewitterwolke aufgrund von Niederschlag und wärmeren Temperaturen. ^[1]

Allgemeine Überlegungen [ edit

Die Blitzfrequenz beträgt ungefähr 44 (± 5) Mal pro Sekunde oder fast 1,4 Milliarden Blitze pro Jahr ^[2] und die durchschnittliche Dauer beträgt 0,2 Sekunden, die aus einer Anzahl von viel kürzeren Blitzen (Schlägen) von etwa 60 bis 70 Mikrosekunden besteht. ^[3]

Viele Faktoren beeinflussen Häufigkeit, Verteilung, Stärke und physikalische Eigenschaften eines typischen Blitzes in einer bestimmten Region der Welt. Zu diesen Faktoren zählen Bodenhöhe, Breitengrad, vorherrschende Windströmungen, relative Luftfeuchtigkeit, Nähe zu warmen und kalten Gewässern usw. Bis zu einem gewissen Grad das Verhältnis zwischen IC (In-Cloud oder Incloud), CC (Cloud-to-Cloud) ) und CG (Cloud-to-Ground) -Blitz können auch in mittleren Breiten je nach Saison variieren.
Da Menschen terrestrisch sind und sich die meisten ihrer Besitztümer auf der Erde befinden, wo Blitze sie beschädigen oder zerstören können, sind CG-Blitze die am besten erforschten und von allen drei Arten am besten verstandenen, obwohl IC und CC üblichere Blitztypen sind. Die relative Unvorhersehbarkeit von Lightning begrenzt eine vollständige Erklärung, wie und warum dies geschieht, selbst nach hunderten von Jahren wissenschaftlicher Untersuchungen.

Ein typischer Blitz von Wolke zu Boden kulminiert in der Bildung eines elektrisch leitenden Plasmakanals durch die über 5 km hohe Luft von der Wolke bis zur Erdoberfläche. Die eigentliche Entladung ist das letzte Stadium eines sehr komplexen Prozesses. ^[4] Auf seinem Höhepunkt erzeugt ein typisches Gewitter drei oder mehr Schläge pro Minute auf die Erde. ^[5] Der Blitz tritt hauptsächlich bei warmer Luft auf gemischt mit kälteren Luftmassen, ^[6] führt zu atmosphärischen Störungen, die zur Polarisierung der Atmosphäre erforderlich sind. ^{[ Zitat erforderlich} Es kann jedoch auch während Staubstürmen, Waldbränden, Tornados, Vulkanausbrüche und selbst in der Kälte des Winters, wo der Blitz als Donnerschnee bekannt ist. ^[7][8] Hurrikane erzeugen normalerweise Blitze, vor allem in den Regenbändern, die bis zu 160 km vom Zentrum entfernt sind. ^{[14] [10] [11]}

Die Wissenschaft des Blitzes wird Fulminologie genannt, und die Angst vor dem Blitz wird Astraphobie genannt .

Frequenz [ edit ]

Weltkarte mit der Häufigkeit von Blitzeinschlägen in Blitzen pro km² pro Jahr (flächengleiche Projektion) aus kombinierten Daten des Optischen Transienten von 1995–2003 Detector- und 1998–2003-Daten des Lightning-Imaging-Sensors.

Lightning ist nicht gleichmäßig auf dem Planeten verteilt, wie in der Karte dargestellt.

Ungefähr 70% der Blitze treten in den Tropen über Land auf ^[12] wo die atmosphärische Konvektion am größten ist. Dies geschieht sowohl durch die Mischung wärmerer und kälterer Luftmassen als auch durch Unterschiede in der Feuchtigkeitskonzentration und im Allgemeinen an den Grenzen zwischen ihnen. Die Strömung warmer Meeresströmungen an trockeneren Landmassen wie dem Golfstrom erklärt zum Teil die erhöhte Häufigkeit von Blitzen im Südosten der Vereinigten Staaten. Da der Einfluss kleiner oder fehlender Landmassen in den weiten Ozeanen der Welt die Unterschiede zwischen diesen Varianten in der Atmosphäre begrenzt, ist der Blitz dort deutlich seltener als bei größeren Landformen. Die Nord- und Südpole sind in ihrer Gewitterabdeckung begrenzt und führen daher zu Gebieten mit der geringsten Blitzeinwirkung.

Im Allgemeinen machen Blitz-zu-Boden-Blitze (CG) nur 25% aller weltweiten Blitze aus. Da die Basis eines Gewitters normalerweise negativ aufgeladen ist, entstehen hier die meisten CG-Blitze. Diese Region befindet sich normalerweise in der Höhe, in der innerhalb der Wolke ein Einfrieren auftritt. Einfrieren, kombiniert mit Kollisionen zwischen Eis und Wasser, scheint ein entscheidender Teil des Anfangsladungsentwicklungs- und -trennungsprozesses zu sein. Bei Windkollisionen entwickeln Eiskristalle eine positive Ladung, während eine schwerere, matschige Mischung aus Eis und Wasser (als Graupel bezeichnet) eine negative Ladung entwickelt. Transplantate innerhalb einer Gewitterwolke trennen die leichteren Eiskristalle vom schwereren Graupel, wodurch sich im oberen Bereich der Wolke eine positive Raumladung ansammelt, während die untere Ebene eine negative Raumladung ansammelt.

Da die konzentrierte Ladung in der Wolke die Dämmeigenschaften der Luft übersteigen muss und diese proportional zur Entfernung zwischen Wolke und Boden steigt, schlägt der Anteil der CG (gegen Wolke zu Wolke (CC) oder Wolke (IC) entlädt sich), wenn sich die Wolke näher am Boden befindet. In den Tropen, wo der Gefrierpunkt in der Atmosphäre im Allgemeinen höher ist, sind nur 10% der Blitze CG. Auf dem norwegischen Breitengrad (etwa 60 ° nördlicher Breite), wo die Gefrierhöhe niedriger ist, sind 50% des Blitzes CG. ^{[13] [14]}

Lightning is In der Regel werden sie durch Cumulonimbus-Wolken erzeugt, deren Basen normalerweise 1–2 km (0,6–1,25 Meilen) über dem Boden liegen und eine Höhe von bis zu 15 km (9,3 Meilen) erreichen.

Blitz-Hotspots : Der Ort auf der Erde, an dem der Blitz am häufigsten auftritt, befindet sich in der Nähe des kleinen Dorfes Kifuka in den Bergen der Demokratischen Republik Kongo (Ost), wo die Erhebung 975 m beträgt (3.200 ft). Im Durchschnitt erhält diese Region 158 Blitzeinschläge pro Quadratkilometer pro Jahr. ^[16] Der Maracaibo-See in Venezuela ist im Durchschnitt 297 Tage pro Jahr mit Blitzaktivität. ^[17] Zu den anderen Hotspots für Blitze zählen Catatumbo in Venezuela, Singapur. ^[18] und Lightning Alley in Zentralflorida. ^[19][20]

Notwendige Bedingungen [ edit ]

Damit eine elektrostatische Entladung stattfinden kann, sind zwei Vorbedingungen erforderlich: erstens eine ausreichend hohe elektrische Spannung Zwischen zwei Raumbereichen muss ein Potenzial vorhanden sein, und zweitens muss ein hochohmiges Medium den freien, ungehinderten Ausgleich der entgegengesetzten Ladungen behindern.

Es ist bekannt, dass während eines Gewitters in bestimmten Bereichen der Wolke Ladungstrennung und -aggregation stattfinden; Die genauen Prozesse, durch die dies geschieht, sind jedoch nicht vollständig verstanden. ^[21]

Die Atmosphäre bildet die elektrische Isolierung oder Barriere, die den freien Ausgleich zwischen geladenen Bereichen entgegengesetzter Polarität verhindert. Dies wird durch "Blitz", einen komplexen Vorgang, der als "Blitz" bezeichnet wird, überwunden.

Erzeugung eines elektrischen Feldes [ edit ]

Ansicht eines Blitzes von einem Flugzeug, das über einem System fliegt.

Als sich eine Gewitterwolke über der Erdoberfläche bewegt, ist eine gleich hohe elektrische Ladung , aber von entgegengesetzter Polarität, wird auf der Erdoberfläche unter der Wolke induziert. Die induzierte positive Oberflächenladung wird, wenn sie gegen einen festen Punkt gemessen wird, bei Annäherung der Gewitterwolke klein sein. Sie nimmt zu, wenn das Zentrum des Sturms eintrifft, und fällt ab, wenn die Gewitterwolke vorbeizieht. Der Bezugswert der induzierten Oberflächenladung könnte grob als Glockenkurve dargestellt werden.

Die entgegengesetzt geladenen Bereiche erzeugen ein elektrisches Feld in der Luft zwischen ihnen. Dieses elektrische Feld variiert in Abhängigkeit von der Stärke der Oberflächenladung an der Basis der Gewitterwolke - je höher die angesammelte Ladung ist, desto höher ist das elektrische Feld.

Blitze und Streiks [ edit ]

Die am besten untersuchte und begründete Form des Blitzes ist Wolke zu Boden (CG). Intracloud (IC) und Cloud-to-Cloud-Blitze (CC) sind zwar häufiger zu untersuchen, da in den Wolken keine "physischen" Punkte zu überwachen sind. Angesichts der sehr geringen Wahrscheinlichkeit, dass ein Blitz wiederholt und konstant denselben Punkt trifft, ist die wissenschaftliche Untersuchung selbst in den Bereichen mit hoher CG-Frequenz bestenfalls schwierig. Daher ist das Wissen um die Blitzausbreitung unter allen Blitzarten ähnlich, das beste Mittel, um den Prozess zu beschreiben, ist die Untersuchung der am meisten untersuchten Form von Wolke zu Boden.

Ein Blitzschlag aus Wolke zu Boden [19459010inderkalifornischenMojave-Wüste

ein Intracloud -Blitz. Ein Blitz in der Wolke beleuchtet die gesamte Decke.

Lightning Leaders [ edit ]

Ein nach unten gerichteter Anführer geht auf die Erde zu und verzweigt dabei.

Blitzschlag verursacht durch die Verbindung zweier Führer, positiv dargestellt in blau und negativ in rot

In einem nicht gut verstandenen Prozess wird ein bidirektionaler Kanal ionisierter Luft, der als "Führer" bezeichnet wird, zwischen entgegengesetzt geladenen Regionen in einer Gewitterwolke initiiert. Leiter sind elektrisch leitfähige Kanäle aus ionisiertem Gas, die sich durch Bereiche ausbreiten oder auf andere Weise angezogen werden, deren Ladung derjenigen der Leiterspitze entgegengesetzt ist. Das negative Ende des bidirektionalen Leiters füllt einen positiven Ladungsbereich, auch Well genannt, in der Wolke, während das positive Ende einen negativen Ladungsschacht füllt. Anführer spalten sich häufig und bilden Äste in einem baumartigen Muster. ^[22] Außerdem reisen negative und einige positive Anführer diskontinuierlich in einem Prozess, der als "Steppen" bezeichnet wird. Die daraus resultierende ruckartige Bewegung der Anführer kann in Zeitlupenvideos von Blitzen ohne weiteres beobachtet werden.

Es ist möglich, dass ein Ende des Leiters den entgegengesetzt geladenen Brunnen vollständig füllt, während das andere Ende noch aktiv ist. Wenn dies geschieht, kann sich das Ende des Leiters, das den Schacht gefüllt hat, außerhalb der Gewitterwolke ausbreiten und entweder zu einem Wolken-Luft-Blitz oder einem Wolken-Boden-Blitz führen. In einem typischen Blitz zwischen Wolke und Boden initiiert ein bidirektionaler Anführer zwischen den negativen und den unteren positiven Ladungsbereichen in einer Gewitterwolke. Der schwächere positive Ladungsbereich wird schnell durch den negativen Leiter gefüllt, der sich dann in Richtung der induktiv aufgeladenen Masse ausbreitet.

Die positiv und negativ geladenen Führer bewegen sich in entgegengesetzte Richtungen, positiv in der Wolke nach oben und negativ in Richtung Erde. Beide Ionenkanäle verlaufen in ihren jeweiligen Richtungen in mehreren aufeinanderfolgenden Schüben. Jeder Anführer "sammelt" Ionen an den Leiterspitzen, schießt einen oder mehrere neue Anführer aus, sammelt kurzzeitig wieder, um geladene Ionen zu konzentrieren, und dann einen anderen Anführer. Der negative Anführer breitet sich weiter aus und spaltet sich ab, wenn er nach unten geht, und er wird schneller, wenn er sich der Erdoberfläche nähert.

Etwa 90% der Ionenkanallängen zwischen "Pools" haben eine Länge von etwa 45 m. ^[23] Der Aufbau des Ionenkanals dauert im Vergleich zu dem des Ionenkanals vergleichsweise lange (Hunderte von Millisekunden) Entladung, die innerhalb weniger Dutzend Mikrosekunden auftritt. Der elektrische Strom, der zur Herstellung des Kanals benötigt wird, gemessen in den Dutzenden oder Hunderten Ampere, wird durch nachfolgende Ströme während der tatsächlichen Entladung in den Schatten gestellt.

Die Initiierung der Blitzführer ist nicht gut verstanden. Die elektrische Feldstärke in der Gewitterwolke ist normalerweise nicht groß genug, um diesen Prozess von selbst auszulösen. ^[24] Viele Hypothesen wurden vorgeschlagen. Eine Theorie postuliert, dass Duschen relativistischer Elektronen durch kosmische Strahlung erzeugt werden und dann durch einen Prozess, der als Runaway-Zusammenbruch bezeichnet wird, auf höhere Geschwindigkeiten beschleunigt wird. Wenn diese relativistischen Elektronen kollidieren und neutrale Luftmoleküle ionisieren, initiieren sie die Leaderbildung. Eine andere Theorie ruft lokal verstärkte elektrische Felder hervor, die in der Nähe von länglichen Wassertröpfchen oder Eiskristallen gebildet werden. ^[25] Die Perkolationstheorie, insbesondere für den Fall einer voreingenommenen Perkolation, ^{[26] ] [19456522] beschreibt zufällige Konnektivität Phänomene, die eine Entwicklung zusammenhängender Strukturen erzeugen, die der von Blitzeinschlägen ähneln.}

Aufwärtsströmungen [ edit ]

Wenn sich ein gestufter Anführer dem Boden nähert, verstärkt das Vorhandensein entgegengesetzter Ladungen am Boden die Stärke des elektrischen Feldes. Das elektrische Feld ist am stärksten bei geerdeten Objekten, deren Spitzen der Basis der Gewitterwolke am nächsten sind, wie etwa Bäumen und hohen Gebäuden. Wenn das elektrische Feld stark genug ist, kann sich aus diesen Punkten ein positiv geladener Ionenkanal entwickeln, der als positiver oder aufwärts gerichteter Streamer bezeichnet wird. Dies wurde zuerst von Heinz Kasemir theoretisiert. ^{[27] [28]}

Wenn sich negativ geladene Anführer nähern, steigt die Stärke der lokalisierten elektrischen Feldstärke, wenn bereits eine Koronaentladung auftritt Schwelle und bilden aufwärts strömende

Attachment [ edit ]

Sobald sich ein abwärtsführender Leader mit einem verfügbaren aufwärts führenden Leader verbindet, wird ein Prozess, der als Attachment bezeichnet wird, ein Pfad mit niedrigem Widerstand gebildet und eine Entladung kann auftreten. Es wurden Fotos gemacht, auf denen nicht angebrachte Luftschlangen deutlich sichtbar sind. Die ungebundenen abwärts führenden Anführer sind auch in verzweigten Blitzen sichtbar, von denen keiner mit der Erde verbunden ist, auch wenn es so aussieht, als ob sie es wären. Hochgeschwindigkeits-Videos können den laufenden Anhängeprozess anzeigen. ^[29]

Entladung [ edit ]

Rückhub [ edit ]

Hochgeschwindigkeitsfotografie, die verschiedene Teile eines Blitzes während der Entladung zeigt Verfahren wie in Toulouse, Frankreich.

Sobald ein leitender Kanal den Luftspalt zwischen dem negativen Ladungsüberschuss in der Wolke und dem positiven Oberflächenladungsüberschuss darunter überbrückt, nimmt der Widerstand über dem Blitzkanal stark ab. Elektronen beschleunigen sich dadurch rasch in einer Zone, die am Befestigungspunkt beginnt und sich mit einem Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit über das gesamte Leiternetz ausdehnt. Dies ist der "Rückhub" und der leuchtendste und auffälligste Teil der Blitzentladung.

Ein großer elektrischer Strom fließt entlang des Plasmakanals von der Wolke zum Boden und neutralisiert die positive Bodenladung, während Elektronen vom Angriffspunkt in die Umgebung fließen. Dieser große Stromstoß erzeugt große radiale Spannungsunterschiede entlang der Bodenoberfläche. Als Schrittpotential bezeichnet, sind sie für mehr Verletzungen und Todesfälle verantwortlich als der Streik selbst. ^{[] Zitat benötigt ]} Der Strom nimmt jeden verfügbaren Weg. ^[30]
Ein Teil des Rückhubs Der Strom fließt häufig bevorzugt durch ein Bein und aus einem anderen, wobei ein unglücklicher Mensch oder ein Tier in der Nähe des Punktes, an dem der Blitz zuschlägt, einen Stromschlag erleidet.

Der elektrische Strom des Rückhubs beträgt durchschnittlich 30 Kiloampere für einen typischen negativen CG-Blitz, oft als "negativer CG" -Blitz bezeichnet. In einigen Fällen kann ein GC-Blitz aus einer positiv geladenen Region am Boden unterhalb eines Sturms stammen. Diese Entladungen stammen normalerweise von der Oberseite sehr hoher Strukturen, wie z. B. von Kommunikationsantennen. Die Geschwindigkeit, mit der sich der Rückhubstrom bewegt, betrug etwa 100.000 km / s. ^[31]

Der massive Stromfluss, der während des Rückhubs auftritt, kombiniert mit der Geschwindigkeit, mit der er zurückkehrt (gemessen in Mikrosekunden) überhitzt den fertigen Führungskanal schnell und bildet einen elektrisch gut leitenden Plasmakanal. Die Kerntemperatur des Plasmas kann während des Rückhubs 50.000 K übersteigen, wodurch es mit einer blauweißen Farbe brillant abgestrahlt wird. Sobald der elektrische Strom aufhört zu fließen, kühlt sich der Kanal über zehn oder hunderte von Millisekunden ab und verschwindet oftmals als fragmentierte glühende Gasflecken. Die fast sofortige Erwärmung während des Rückhubs bewirkt, dass sich die Luft explosionsartig ausdehnt und eine starke Schockwelle erzeugt, die als Donner zu hören ist.

Re-strike [ edit ]

Hochgeschwindigkeitsvideos (Frame für Frame untersucht) zeigen, dass die meisten negativen CG-Blitze aus 3 oder 4 Einzelschlägen bestehen. Es kann sogar bis zu 30 geben. ^[32]

Jeder Wiederangriff ist durch eine relativ große Zeitspanne voneinander getrennt, typischerweise 40 bis 50 Millisekunden, da andere aufgeladene Regionen in der Wolke entladen werden in nachfolgenden Schlägen. Wiederzündungen verursachen oft einen spürbaren "Blitzlicht" -Effekt. ^[33]

Um zu verstehen, warum mehrere Rückhübe denselben Blitzkanal verwenden, muss man das Verhalten positiver Anführer verstehen, was typisch ist Ground Flash wird effektiv nach der Verbindung des negativen Leaders mit dem Boden. Positive Führer verfallen schneller als negative Führer. Aus Gründen, die nicht gut verstanden werden, neigen bidirektionale Führer dazu, sich auf die Tipps der verfallenen positiven Führer einzulassen, bei denen das negative Ende versucht, das Führungsnetzwerk wieder zu ionisieren. Diese Führer, die auch 19459009 als Rückstoßführer bezeichnet werden, verfallen gewöhnlich kurz nach ihrer Gründung. Wenn es ihnen gelingt, Kontakt mit einem leitfähigen Teil des Hauptleiternetzwerks herzustellen, findet ein Rückhub-ähnlicher Prozess statt, und ein Dartanführer reist über alles oder einen Teil der Länge des ursprünglichen Anführers. Der Dartanführer, der Verbindungen mit dem Boden herstellt, verursacht die Mehrheit der nachfolgenden Rückschläge. ^[34]

Vor jedem aufeinanderfolgenden Schlag werden Dartanführer-Zwischenstöße vorangestellt, die eine schnellere Anstiegszeit haben, jedoch eine geringere Amplitude als der anfängliche Rückhub. Bei jedem nachfolgenden Hub wird normalerweise der Auslasskanal des vorherigen wieder verwendet, der Kanal kann jedoch von seiner vorherigen Position versetzt werden, da der heiße Kanal durch den Wind verdrängt wird. ^[35]

Seit dem Rückstoß- und Dartanführer Prozesse treten nicht auf negativen Leitern auf, nachfolgende Rückhübe verwenden sehr selten den gleichen Kanal für positive Bodenblitze, die später in dem Artikel erläutert werden. ^[34]

Transiente Ströme während des Blitzens [ edit

] Der elektrische Strom innerhalb einer typischen negativen CG-Blitzentladung steigt innerhalb von 1 bis 10 Mikrosekunden sehr schnell auf seinen Spitzenwert an und fällt dann über 50 bis 200 Mikrosekunden langsamer ab. Die vorübergehende Natur des Stroms innerhalb eines Blitzes führt zu mehreren Phänomenen, die beim wirksamen Schutz bodengestützter Strukturen berücksichtigt werden müssen. Schnell wechselnde Ströme neigen dazu, auf der Oberfläche eines Leiters zu wandern, was im Gegensatz zu Gleichströmen, der als Skin-Effekt bezeichnet wird, den gesamten Leiter wie Wasser durch einen Schlauch "durchfließt". Daher neigen Leiter, die zum Schutz von Einrichtungen verwendet werden, dazu, mehrdrähtig zu sein, wobei kleine Drähte miteinander verwoben sind. Dies erhöht die Gesamtbündelfläche umgekehrt proportional zum individuellen Strangradius für eine feste Gesamtquerschnittsfläche.

Die sich schnell ändernden Ströme erzeugen auch elektromagnetische Impulse (EMPs), die vom Ionenkanal nach außen abstrahlen. Dies ist ein Merkmal aller elektrischen Entladungen. Die abgestrahlten Impulse schwächen sich mit zunehmendem Abstand vom Ursprung rasch ab. Wenn sie jedoch über leitfähige Elemente wie Stromleitungen, Kommunikationsleitungen oder Metallrohre laufen, können sie einen Strom induzieren, der zu seinem Abschluss nach außen wandert. Dies ist der "Anstieg", der meistens zur Zerstörung empfindlicher Elektronik, elektrischer Geräte oder Elektromotoren führt. Geräte, die als Überspannungsschutz (SPD) oder Überspannungsschutz (TVSS) bezeichnet werden, die parallel zu diesen Leitungen angebracht sind, können den unregelmäßigen Blitzstrom des Blitzes erkennen und durch eine Änderung seiner physikalischen Eigenschaften die Spitze zu einer angeschlossenen Erdung leiten. Dadurch wird das Gerät vor Beschädigungen geschützt.

Es gibt drei Haupttypen von Blitzen, die durch die "Enden" eines Blitzkanals definiert werden.

• Intracloud (IC), die innerhalb einer einzelnen Gewitterwolke auftritt.


• Wolke zu Wolke (CC) oder Zwischenwolke, die zwischen zwei verschiedenen "funktionalen" Gewitterwolkeneinheiten beginnt und endet


• Wolke zu Boden (CG), dh stammt hauptsächlich aus der Gewitterwolke und endet auf einer Erdoberfläche, kann aber auch in umgekehrter Richtung auftreten, dh in Wolken geschliffen werden

Von jedem Typ gibt es Variationen, wie beispielsweise "positive" gegenüber "negativen" CG-Blitzen unterschiedliche physikalische Eigenschaften, die jeweils gemessen werden können. Verschiedene gebräuchliche Namen, die zum Beschreiben eines bestimmten Blitzereignisses verwendet werden, können denselben oder unterschiedlichen Ereignissen zugeordnet werden.

Wolke zu Boden (CG) [ edit ]

Wolke zu Boden Blitz

Bei einem Wolken-zu-Boden-Blitz (CG) handelt es sich um eine Blitzentladung zwischen einer Gewitterwolke und der Boden. Es wird von einem gestuften Anführer initiiert, der sich von der Wolke nach unten bewegt, auf den ein Streamer trifft, der sich vom Boden nach oben bewegt.

CG ist die am wenigsten verbreitete, aber von allen Blitzarten am besten verstandene. Es ist einfacher wissenschaftlich zu studieren, weil es an einem physischen Objekt, nämlich der Erde, endet und sich durch Instrumente am Boden messen lässt. Von den drei Haupttypen des Blitzes stellt er die größte Bedrohung für Leben und Eigentum dar, da er die Erde abbricht oder "schlägt".
Die Entladung, die als Blitz bezeichnet wird, setzt sich aus einer Reihe von Prozessen zusammen, wie vorläufiger Zusammenbruch, gestufte Anführer, Verbindungsleiter, Rückschläge, Dartanführer und nachfolgende Rückschläge. ^[36]

Positiver und negativer Blitz [ edit ]

Der Blitz zwischen Wolken (CG) ist entweder positiv oder negativ, wie durch die Richtung des konventionellen elektrischen Stroms von der Wolke zur Erde definiert. Die meisten CG-Blitze sind negativ, was bedeutet, dass eine negative Ladung auf den Boden übertragen wird und Elektronen entlang des Blitzkanals nach unten wandern. Das Gegenteil geschieht in einem positiven CG-Blitz, bei dem Elektronen entlang des Blitzkanals aufwärts wandern und eine positive Ladung auf den Boden übertragen wird. Positiver Blitz ist seltener als negativer Blitz und macht im Durchschnitt weniger als 5% aller Blitzeinschläge aus. ^[37]

Ein Blitz aus dem blauen Blitzeinschlag, der vom klaren, aber turbulenten Himmel aus zu beginnen scheint über der Ambosswolke und treiben Sie einen Plasmabolzen durch die Wolke direkt auf den Boden. Sie werden allgemein als positive Blitze bezeichnet, obwohl sie in der Regel eine negative Polarität aufweisen.

Es gibt sechs verschiedene Mechanismen, die die Bildung eines positiven Blitzes nach unten zur Folge haben. ^[38] [19589102] Die vertikale Windscherung verschiebt den oberen positiven Ladungsbereich einer Gewitterwolke und setzt sie dem Boden darunter frei.

Verlust der unteren Ladungsbereiche in der dissipierenden Phase eines Gewitters, wodurch der primäre positive Ladungsbereich verlassen wird.

Eine komplexe Anordnung von Ladungsregionen in einer Gewitterwolke, die zu einem invertierten Dipol oder 19459009 (19459019) führte, in dem der negative Hauptladungsbereich oberhalb des positiven Hauptladungsbereichs statt unter diesem liegt.

Eine ungewöhnlich große untere positive Ladungsregion in der Gewitterwolke.

Abschneiden eines ausgedehnten negativen Anführers von seinem Ursprung, der einen neuen bidirektionalen Anführer schafft, in dem das positive Ende schlägt Dies ist der Boden, der häufig bei Spinnenblitzen mit Amboßkriechen zu sehen ist.

Die Einleitung eines nach unten gerichteten positiven Zweigs von einem Intracloud-Blitzeinschlag.

Entgegen der landläufigen Meinung haben positive Blitze nicht zwangsläufig ihren Ursprung vom Amboss oder der oberen positiven Ladungsregion und schlagen Sie außerhalb des Gewitters in einen regenfreien Bereich. Diese Überzeugung basiert auf der überholten Vorstellung, dass Blitzführer unipolar sind und aus ihrer jeweiligen Ladungsregion stammen.

Positive Blitzeinschläge sind tendenziell viel intensiver als ihre negativen Pendants. Ein durchschnittlicher Blitz mit einem negativen Blitz führt einen elektrischen Strom von 30.000 Ampere (30 kA) und überträgt 15 Coulomb elektrische Ladung und 500 Megajoule Energie. Große Blitze mit negativem Blitz können bis zu 120 kA und 350 Coulomb tragen. ^[39] Der durchschnittliche positive Grundblitz hat ungefähr den doppelten Spitzenstrom eines typischen negativen Blitzes und kann Spitzenströme von bis zu 400.000 Ampere (400 kA) und Ladungen erzeugen von mehreren hundert Coulombs. ^[40][41] Weiterhin folgen auf positive Bodenblitze mit hohen Spitzenströmen im Allgemeinen lange anhaltende Ströme, eine Korrelation, die bei negativen Bodenblitzen nicht zu sehen ist. ^[42]

Als Ergebnis von Ihre größere Macht sowie das Fehlen einer Warnung sind positive Blitzeinschläge wesentlich gefährlicher. Aufgrund der oben genannten Tendenz, dass positive Bodenblitze sowohl hohe Spitzenströme als auch lange anhaltende Ströme erzeugen, können sie Oberflächen auf viel höhere Werte erwärmen, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass ein Feuer gezündet wird.

Es wurde auch gezeigt, dass ein positiver Blitz das Auftreten von aufwärts gerichteten Blitzen von hohen Bauten auslösen kann. Er ist größtenteils verantwortlich für die Initiierung von Sprites, die mehrere zehn Kilometer über dem Boden liegen. Positive Blitze treten bei Winterstürmen häufiger auf, wie bei Gewitter, bei intensiven Tornados ^[43] und in der Zerstörungsphase eines Gewitters. ^[44] Große Mengen von extrem niederfrequenten (ELF) und sehr niederfrequenten (VLF) Radios Wellen werden ebenfalls erzeugt. ^[45]

Es gibt eine einzigartige Form von Wolken-zu-Boden-Blitzen, bei denen der Blitz aus der Cumulonimbus-Wolke auszutreten scheint und sich vor der Abzweigung durch klare Luft weit ausbreitet markant der Boden. Aus diesem Grund werden sie als "Bolzen aus heiterem Himmel" bezeichnet. Trotz des weit verbreiteten Missverständnisses, dass dies positive Blitzeinschläge sind, die scheinbar aus dem positiven Ladungsbereich stammen, haben Beobachtungen gezeigt, dass es sich tatsächlich um negative Blitze handelt. Sie beginnen mit dem Aufblitzen der Wolke innerhalb der Wolke, der negative Anführer verlässt dann die Wolke aus dem positiven Ladungsbereich, breitet sich dann durch klare Luft aus und schlägt den Boden etwas weiter weg. ^[46][47]

Wolke an Wolke (CC) und Intra-Wolke (IC) [ edit ]

Zwischen den Wolkenbereichen können Blitzentladungen auftreten, ohne den Boden zu berühren. Wenn es zwischen zwei getrennten Wolken auftritt, ist es als Interwolkenblitz bekannt, und wenn es zwischen Gebieten mit unterschiedlichem elektrischem Potential innerhalb einer einzelnen Wolke auftritt, wird es als Intrawolkenblitz bezeichnet. . Der Intra-Cloud-Blitz ist der am häufigsten vorkommende Typ. ^[44]

Der Intra-Cloud-Blitz tritt am häufigsten zwischen dem oberen Ambossbereich und den Unterläufen eines bestimmten Gewitters auf. This lightning can sometimes be observed at great distances at night as so-called "sheet lightning". In such instances, the observer may see only a flash of light without hearing any thunder.

Anvil Crawler over Lake Wright Patman south of Redwater, Texas on the backside of a large area of rain associated with a cold-front

Another term used for cloud–cloud or cloud–cloud–ground lightning is "Anvil Crawler", due to the habit of charge, typically originating beneath or within the anvil and scrambling through the upper cloud layers of a thunderstorm, often generating dramatic multiple branch strokes. These are usually seen as a thunderstorm passes over the observer or begins to decay. The most vivid crawler behavior occurs in well developed thunderstorms that feature extensive rear anvil shearing.

Observational variations[edit]

• Anvil crawler lightningsometimes called Spider lightning is created when leaders propagate through horizontally-extensive charge regions in mature thunderstorms, usually the stratiform regions of mesoscale convective systems. These discharges usually begin as intracloud discharges originating within the convective region; the negative leader end then propagates well into the aforementioned charge regions in the stratiform area. If the leader becomes too long, it may separate into multiple bidirectional leaders. When this happens, the positive end of the separated leader may strike the ground as a positive CG flash or crawl on the underside of the cloud, creating a spectacular display of lightning crawling across the sky. Ground flashes produced in this manner tend to transfer high amounts of charge, and this can trigger upward lightning flashes and upper-atmospheric lightning.^[34]


• Ball lightning may be an atmospheric electrical phenomenon, the physical nature of which is still controversial. The term refers to reports of luminous, usually spherical objects which vary from pea-sized to several meters in diameter.^[48] It is sometimes associated with thunderstorms, but unlike lightning flashes, which last only a fraction of a second, ball lightning reportedly lasts many seconds. Ball lightning has been described by eyewitnesses but rarely recorded by meteorologists.^[49][50] Scientific data on natural ball lightning is scarce owing to its infrequency and unpredictability. The presumption of its existence is based on reported public sightings, and has therefore produced somewhat inconsistent findings. Brett Porter,^[51] a wildlife ranger, reported taking a photo at Queensland of Australia in 1987.

• Bead lightning is the decaying stage of a lightning channel in which the luminosity of the channel breaks up into segments. Nearly every lightning discharge will exhibit beading as the channel cools immediately after a return stroke, sometimes referred to as the lightning's 'bead-out' stage. 'Bead lightning' is more properly a stage of a normal lightning discharge rather than a type of lightning in itself. Beading of a lightning channel is usually a small-scale feature, and therefore is often only apparent when the observer/camera is close to the lightning.^[52]


• Cloud-to-air lightning is a lightning flash in which one end of a bidirectional leader exits the cloud, but does not result in a ground flash. Such flashes can sometimes be thought of as failed ground flashes. Blue jets and gigantic jets are a form of cloud-to-air or cloud-to-ionosphere lightning where a leader is launched from the top of a thunderstorm.


• Dry lightning is used in Australia, Canada and the United States for lightning that occurs with no precipitation at the surface. This type of lightning is the most common natural cause of wildfires.^[53]Pyrocumulus clouds produce lightning for the same reason that it is produced by cumulonimbus clouds^{[citation needed]}.

• Forked lightning is cloud-to-ground lightning that exhibits branching of its path.


• Heat lightning is a lightning flash that appears to produce no discernible thunder because it occurs too far away for the thunder to be heard. The sound waves dissipate before they reach the observer.^[54]

• Ribbon lightning occurs in thunderstorms with high cross winds and multiple return strokes. The wind will blow each successive return stroke slightly to one side of the previous return stroke, causing a ribbon effect.^[55]


• Rocket lightning is a form of cloud discharge, generally horizontal and at cloud base, with a luminous channel appearing to advance through the air with visually resolvable speed, often intermittently.^[56]

• Sheet lightning is cloud-to-cloud lightning that exhibits a diffuse brightening of the surface of a cloud, caused by the actual discharge path being hidden or too far away. The lightning itself cannot be seen by the spectator, so it appears as only a flash, or a sheet of light. The lightning may be too far away to discern individual flashes.

• Smooth channel lightning is an informal term referring to a type of cloud-to-ground lightning strike that has no visible branching and appears like a line with smooth curves as opposed to the jagged appearance of most lightning channels. They are a form of positive lightning generally observed in or near the convective regions of severe thunderstorms in the north central United States. It is theorized that severe thunderstorms in this region obtain an "inverted tripole" charge structure in which the main positive charge region is located below the main negative charge region instead of above it, and as a result these thunderstorms generate predominantly positive cloud-to-ground lightning. The term "smooth channel lightning" is also sometimes attributed to upward ground-to-cloud lightning flashes, which are generally negative flashes initiated by upward positive leaders from tall structures.


• Staccato lightning is a cloud-to-ground lightning (CG) strike which is a short-duration stroke that (often but not always) appears as a single very bright flash and often has considerable branching.^[57] These are often found in the visual vault area near the mesocyclone of rotating thunderstorms and coincides with intensification of thunderstorm updrafts. A similar cloud-to-cloud strike consisting of a brief flash over a small area, appearing like a blip, also occurs in a similar area of rotating updrafts.^[58]

This CG was of very short duration, exhibited highly branched channels and was very bright indicating that it was staccato lightning near New Boston, Texas.

• Superbolts are bolts of lightning around a hundred times brighter than normal. On Earth, it is estimated that they occur in one in a million lightning strikes.^[59][60]

• Sympathetic lightning is the tendency of lightning to be loosely coordinated across long distances. Discharges can appear in clusters when viewed from space.

• Upward lightning or ground-to-cloud lightning is a lightning flash which originates from the top of a grounded object and propagates upward from this point. This type of lightning can be triggered by a preceding lightning flash, or it may initiate entirely on its own. The former is generally found in regions where spider lightning occurs, and may involve multiple grounded objects simultaneously. ^[61]The latter usually occurs during the cold season and may be the dominant lightning type in thundersnow events.^[62]


• Clear-air lightning describes lightning that occurs with no apparent cloud close enough to have produced it. In the U.S. and Canadian Rockies, a thunderstorm can be in an adjacent valley and not observable from the valley where the lightning bolt strikes, either visually or audibly. European and Asian mountainous areas experience similar events. Also in areas such as sounds, large lakes or open plains, when the storm cell is on the near horizon (within 26 km (16 mi)) there may be some distant activity, a strike can occur and as the storm is so far away, the strike is referred to as a bolt from the blue.^[63] These flashes usually begin as normal intracloud lightning flashes before the negative leader exits the cloud and strikes the ground a considerable distance away.^[46][47] Positive clear-air strikes can occur in highly sheared environments where the upper positive charge region becomes horizontally displaced from the precipitation area.^[64]

Effects[edit]

Lightning strike[edit]

Objects struck by lightning experience heat and magnetic forces of great magnitude. The heat created by lightning currents traveling through a tree may vaporize its sap, causing a steam explosion that bursts the trunk. As lightning travels through sandy soil, the soil surrounding the plasma channel may melt, forming tubular structures called fulgurites. Even though roughly 90 percent of people struck by lightning survive,^[65] humans or animals struck by lightning may suffer severe injury due to internal organ and nervous system damage. Buildings or tall structures hit by lightning may be damaged as the lightning seeks unintended paths to ground. By safely conducting a lightning strike to ground, a lightning protection system can greatly reduce the probability of severe property damage. Lightning also serves an important role in the nitrogen cycle by oxidizing diatomic nitrogen in the air into nitrates which are deposited by rain and can fertilize the growth of plants and other organisms.^[66][67]

Thunder[edit]

Because the electrostatic discharge of terrestrial lightning superheats the air to plasma temperatures along the length of the discharge channel in a short duration, kinetic theory dictates gaseous molecules undergo a rapid increase in pressure and thus expand outward from the lightning creating a shock wave audible as thunder. Since the sound waves propagate not from a single point source but along the length of the lightning's path, the sound origin's varying distances from the observer can generate a rolling or rumbling effect. Perception of the sonic characteristics is further complicated by factors such as the irregular and possibly branching geometry of the lightning channel, by acoustic echoing from terrain, and by the typically multiple-stroke characteristic of the lightning strike.

Light travels at about 300,000,000 m/s, and sound travels through air at about 343 m/s. An observer can approximate the distance to the strike by timing the interval between the visible lightning and the audible thunder it generates. A lightning flash preceding its thunder by one second would be approximately 343 m (0.213 mi) in distance; a delay of three seconds would indicate a distance of about one kilometer (0.62 mi) (3×343 m). A flash preceding thunder by five seconds would indicate a distance of approximately one mile (1.6 km) (5×343 m). Consequently, a lightning strike observed at a very close distance will be accompanied by a sudden clap of thunder, with almost no perceptible time lapse, possibly accompanied by the smell of ozone (O₃).

Lightning at a sufficient distance may be seen and not heard; there is data that a lightning storm can be seen at over 100 miles whereas the thunder travels about 20 miles. Anecdotally, there are many examples of people saying 'the storm was directly overhead or all-around and yet there was no thunder'. There is no coherent data available.^{[citation needed]}

High-energy radiation[edit]

The production of X-rays by a bolt of lightning was theoretically predicted as early as 1925^[68] but no evidence was found until 2001/2002,^[69][70][71] when researchers at the New Mexico Institute of Mining and Technology detected X-ray emissions from an induced lightning strike along a grounded wire trailed behind a rocket shot into a storm cloud. In the same year University of Florida and Florida Tech researchers used an array of electric field and X-ray detectors at a lightning research facility in North Florida to confirm that natural lightning makes X-rays in large quantities during the propagation of stepped leaders. The cause of the X-ray emissions is still a matter for research, as the temperature of lightning is too low to account for the X-rays observed.^[72][73]

A number of observations by space-based telescopes have revealed even higher energy gamma ray emissions, the so-called terrestrial gamma-ray flashes (TGFs). These observations pose a challenge to current theories of lightning, especially with the recent discovery of the clear signatures of antimatter produced in lightning.^[74] Recent research has shown that secondary species, produced by these TGFs, such as electrons, positrons, neutrons or protons, can gain energies of up to several tens of MeV.^[75][76]

Air quality[edit]

The very high temperatures generated by lightning lead to significant local increases in ozone and oxides of Nitrogen. Each lightning flash in temperate and sub-tropical areas produces 7kg of NOx on average^[77]. In the troposphere the effect of lightning can increase NOx by 90% and ozone by 30% ^[78].

Volcanic[edit]

Volcanic material thrust high into the atmosphere can trigger lightning.

Volcanic activity produces lightning-friendly conditions in multiple ways. The enormous quantity of pulverized material and gases explosively ejected into the atmosphere creates a dense plume of particles. The ash density and constant motion within the volcanic plume produces charge by frictional interactions (triboelectrification), resulting in very powerful and very frequent flashes as the cloud attempts to neutralize itself. Due to the extensive solid material (ash) content, unlike the water rich charge generating zones of a normal thundercloud, it is often called a dirty thunderstorm.

• Powerful and frequent flashes have been witnessed in the volcanic plume as far back as the 79 AD eruption of Vesuvius by Pliny The Younger.^[79]


• Likewise, vapors and ash originating from vents on the volcano's flanks may produce more localized and smaller flashes upwards of 2.9 km long.


• Small, short duration sparks, recently documented near newly extruded magma, attest to the material being highly charged prior to even entering the atmosphere.^[80]

Lightning has been observed within the atmospheres of other planets, such as Jupiter and Saturn. Although in the minority on Earth, superbolts appear to be common on Jupiter.

Lightning on Venus has been a controversial subject after decades of study. During the Soviet Venera and U.S. Pioneer missions of the 1970s and 1980s, signals suggesting lightning may be present in the upper atmosphere were detected.^[81] Although the Cassini–Huygens mission fly-by of Venus in 1999 detected no signs of lightning, the observation window lasted mere hours. Radio pulses recorded by the spacecraft Venus Express (which began orbiting Venus in April 2006) may originate from lightning on Venus.

Human-related phenomena[edit]

• Airplane contrails have also been observed to influence lightning to a small degree. The water vapor-dense contrails of airplanes may provide a lower resistance pathway through the atmosphere having some influence upon the establishment of an ionic pathway for a lightning flash to follow.^[82]


• Rocket exhaust plumes provided a pathway for lightning when it was witnessed striking the Apollo 12 rocket shortly after takeoff.


• Thermonuclear explosions by providing extra material for electrical conduction and a very turbulent localized atmosphere, have been seen triggering lightning flashes within the mushroom cloud. In addition, intense gamma radiation from large nuclear explosions may develop intensely charged regions in the surrounding air through Compton scattering. The intensely charged space charge regions create multiple clear-air lightning discharges shortly after the device detonates.^[83]

Scientific study[edit]

Properties[edit]

Thunder is heard as a rolling, gradually dissipating rumble because the sound from different portions of a long stroke arrives at slightly different times.^[84]

When the local electric field exceeds the dielectric strength of damp air (about 3 million volts per meter), electrical discharge results in a strikeoften followed by commensurate discharges branching from the same path. (See image, right.) Mechanisms that cause the charges to build up to lightning are still a matter of scientific investigation.^[85][86] New study confirming dielectric breakdown is involved. Rison 2016. Lightning may be caused by the circulation of warm moisture-filled air through electric fields.^[87] Ice or water particles then accumulate charge as in a Van de Graaff generator.^[88]

Researchers at the University of Florida found that the final one-dimensional speeds of 10 flashes observed were between 1.0×10⁵ and 1.4×10⁶ m/s, with an average of 4.4×10⁵ m/s.^[89]

Detection and monitoring[edit]

Lightning strike counter in a museum

The earliest detector invented to warn of the approach of a thunder storm was the lightning bell. Benjamin Franklin installed one such device in his house.^[90][91] The detector was based on an electrostatic device called the 'electric chimes' invented by Andrew Gordon in 1742.

Lightning discharges generate a wide range of electromagnetic radiations, including radio-frequency pulses. The times at which a pulse from a given lightning discharge arrives at several receivers can be used to locate the source of the discharge. The United States federal government has constructed a nationwide grid of such lightning detectors, allowing lightning discharges to be tracked in real time throughout the continental U.S.^[92][93]

The Earth-ionosphere waveguide traps electromagnetic VLF- and ELF waves. Electromagnetic pulses transmitted by lightning strikes propagate within that waveguide. The waveguide is dispersive, which means that their group velocity depends on frequency. The difference of the group time delay of a lightning pulse at adjacent frequencies is proportional to the distance between transmitter and receiver. Together with direction finding methods, this allows locating lightning strikes up to distances of 10,000 km from their origin. Moreover, the eigenfrequencies of the Earth-ionospheric waveguide, the Schumann resonances
at about 7.5 Hz, are used to determine the global thunderstorm activity.^[94]

In addition to ground-based lightning detection, several instruments aboard satellites have been constructed to observe lightning distribution. These include the Optical Transient Detector (OTD), aboard the OrbView-1 satellite launched on April 3, 1995, and the subsequent Lightning Imaging Sensor (LIS) aboard TRMM launched on November 28, 1997.^[95][96][97]

Artificially triggered[edit]

• Rocket-triggered lightning can be "triggered" by launching specially designed rockets trailing spools of wire into thunderstorms. The wire unwinds as the rocket ascends, creating an elevated ground that can attract descending leaders. If a leader attaches, the wire provides a low-resistance pathway for a lightning flash to occur. The wire is vaporized by the return current flow, creating a straight lightning plasma channel in its place. This method allows for scientific research of lightning to occur under a more controlled and predictable manner.^[98]

  The International Center for Lightning Research and Testing (ICLRT) at Camp Blanding, Florida typically uses rocket triggered lightning in their research studies.



• Laser-triggered
  

  Since the 1970s,^{[99][100][101][102][103][104]} researchers have attempted to trigger lightning strikes by means of infrared or ultraviolet lasers, which create a channel of ionized gas through which the lightning would be conducted to ground. Such triggering of lightning is intended to protect rocket launching pads, electric power facilities, and other sensitive targets.^{[105][106][107][108][109]}

  
  

  In New Mexico, U.S., scientists tested a new terawatt laser which provoked lightning. Scientists fired ultra-fast pulses from an extremely powerful laser thus sending several terawatts into the clouds to call down electrical discharges in storm clouds over the region. The laser beams sent from the laser make channels of ionized molecules known as "filaments". Before the lightning strikes earth, the filaments lead electricity through the clouds, playing the role of lightning rods. Researchers generated filaments that lived a period too short to trigger a real lightning strike. Nevertheless, a boost in electrical activity within the clouds was registered. According to the French and German scientists who ran the experiment, the fast pulses sent from the laser will be able to provoke lightning strikes on demand.^[110] Statistical analysis showed that their laser pulses indeed enhanced the electrical activity in the thundercloud where it was aimed—in effect they generated small local discharges located at the position of the plasma channels.^[111]

Physical manifestations[edit]

Lightning-induced remanent magnetization (LIRM) mapped during a magnetic field gradient survey of an archaeological site located in Wyoming, United States.

Magnetism[edit]

The movement of electrical charges produces a magnetic field (see electromagnetism). The intense currents of a lightning discharge create a fleeting but very strong magnetic field. Where the lightning current path passes through rock, soil, or metal these materials can become permanently magnetized. This effect is known as lightning-induced remanent magnetism, or LIRM. These currents follow the least resistive path, often horizontally near the surface^[112][113] but sometimes vertically, where faults, ore bodies, or ground water offers a less resistive path.^[114] One theory suggests that lodestones, natural magnets encountered in ancient times, were created in this manner.^[115]

Lightning-induced magnetic anomalies can be mapped in the ground,^[116][117] and analysis of magnetized materials can confirm lightning was the source of the magnetization^[118] and provide an estimate of the peak current of the lightning discharge.^[119]

Solar wind and cosmic rays[edit]

Some high energy cosmic rays produced by supernovas as well as solar particles from the solar wind, enter the atmosphere and electrify the air, which may create pathways for lightning bolts.^[120]

In culture and religion[edit]

In many cultures, lightning has been viewed as part of a deity or a deity in and of itself. These include the Greek god Zeus, the Aztec god Tlaloc, the Mayan God K, Slavic mythology's Perun, the Baltic Pērkons/Perkūnas, Thor in Norse mythology, Ukko in Finnish mythology, the Hindu god Indra, and the Shinto god Raijin.^[121] In the traditional religion of the African Bantu tribes, lightning is a sign of the ire of the gods. Verses in the Jewish religion and in Islam also ascribe supernatural importance to lightning. In Christianity, the Second Coming of Jesus is compared to lightning.^{[Matthew 24:27][Luke 17:24]}

The expression "Lightning never strikes twice (in the same place)" is similar to "Opportunity never knocks twice" in the vein of a "once in a lifetime" opportunity, i.e.something that is generally considered improbable. Lightning occurs frequently and more so in specific areas. Since various factors alter the probability of strikes at any given location, repeat lightning strikes have a very low probability (but are not impossible).^[122][123] Similarly, "A bolt from the blue" refers to something totally unexpected.

Some political parties use lightning flashes as a symbol of power, such as the People's Action Party in Singapore, the British Union of Fascists during the 1930s, and the National States' Rights Party in the United States during the 1950s.^[124] The Schutzstaffel, the paramilitary wing of the Nazi Party, used the Sig rune in their logo which symbolizes lightning. The German word Blitzkrieg, which means "lightning war", was a major offensive strategy of the German army during World War II.

In French and Italian, the expression for "Love at first sight" is coup de foudre and colpo di fulminerespectively, which literally translated means "lightning strike". Some European languages have a separate word for lightning which strikes the ground (as opposed to lightning in general); often it is a cognate of the English word "rays". The name of Australia's most celebrated thoroughbred horse, Phar Lap, derives from the shared Zhuang and Thai word for lightning.^[125]

The bolt of lightning in heraldry is called a thunderbolt and is shown as a zigzag with non-pointed ends. This symbol usually represents power and speed.

The lightning bolt is used to represent the instantaneous communication capabilities of electrically powered telegraphs and radios. It was a commonly used motif in Art Deco design, especially the zig-zag Art Deco design of the late 1920s.^[126] The lightning bolt is a common insignia for military communications units throughout the world. A lightning bolt is also the NATO symbol for a signal asset.

The Unicode symbol for lightning is ☇ U+2607

See also[edit]

References[edit]

Notes[edit]

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 This article incorporates public domain material from the National Oceanic and Atmospheric Administration document "Understanding Lightning: Thunderstorm Electrification".

Further reading[edit]

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External links[edit]

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