I virkeligheden slår lyn op

Flyvemeteorolog Steen Lund, Kastrup, fortæller her, hvad forskerne i dag ved om lyn og lynnedslag. Der findes positive og negative lyn, sjældne superlyn og de farlige, varme lyn, som volder brande og ulykker.

Gennem tiderne har fantasien fået frit løb, når det gjaldt en forklaring på, hvad tordenvejr er. Det var Thor, der kørte med sine bukke, så det gnistrede, eller skyerne, der stødte sammen. Først i 1700-tallet fandt man frem til, at lyn og torden måtte skyldes elektriske spændingsforskelle i atmosfæren over os.

Torden er uvægerligt forbundet med cumulonimbusskyer (CB). Disse skyer dannes, når ”bobler” af varm og fugtig luft fra området ved jordoverfladen begynder at stige op igennem atmosfæren. Der skal forskellige faktorer til at udløse denne opstigning, og man taler om, at luften bliver instabil.

Når tordenskyen er i udvikling, ligner den en kæmpemæssig cumulussky og består udelukkende af kraftige opvinde på op til 30 m/sek. På dette stadie består skyen af vanddråber, som er underkølede i de niveauer, hvor temperaturen er under 0 grader. Underkøling vil sige, at de fine dråber ikke fryser trods frostgraderne.

Fig1

I midterstadiet er skyen begyndt at ”ise” i toppen, dvs. at de underkølede dråber i skytoppen overgår til is- og snekrystaller. Der dannes nu en flot ambolt på toppen af skyen, og da den består af is og sne, bliver den helt hvid. Vanddråberne i resten af skyen giver den her et gråligt udseende. Ved isningen i toppen af skyen er nedbørsprocessen startet, og sne- iskrystaller vil fra toppen af skyen falde mod jorden og vil, hvis vi har positive temperaturer ved jorden, nå os som kraftig regn. Dette fortæller os, at nedbør på vore breddegrader starter som sne. I midterstadiet findes der i skyen både kraftige op- og nedvinde, og som vi siden skal se, er disse vinde med til at frembringe de elektriske felter i en tordensky, og hermed også lynudladningen.

I slutstadiet er tordenskyens liv ved at ebbe ud. Den består udelukkende af nedvinde og har jævnt aftagende nedbør under hele skyen.

Hele processen fra udviklings- til slutstadiet vil normalt tage ½-2 timer, men I løbet af dette tidsrum vil andre luftbobler være begyndt opstigningen for at starte nye cumulonimbusskyer.

Elektrisk fordeling
Selve det videnskabelige arbejde med at forklare, hvorfor den elektriske fordeling i tordenskyen ser ud, som den gør, og hvad der starter lynudladningen, er ikke nået længere, end at man stadig mangler endelige beviser på mange af teorierne. Dog er man, i de senere år, nået langt i forsøget på at fravriste naturen hemmeligheden i en tordensky.

Fig2

På fig. 2. er vist fordelingen af de elektriske ladninger i en tordensky og ved jordoverfladen. Mange undersøgelser og beregninger viser, at de negative hovedladninger befinder sig i området mellem 0 og -15 C, og at den positive hovedladning er placeret lige over. I bunden af skyen er der en eller flere mindre lommer med positiv ladning.

Teorier, der kunne forklare fremkomsten af denne elektriske fordeling i skyen, har været mange, men i dag tror forskerne mest på den såkaldte ”gravitations-adskillelses teori”. Den går kort fortalt ud på, at store regndråber eller hagl, som falder ned gennem det eksisterende elektriske felt, vil blive negativt ladede foroven og positivt ladede i bunden (se fig. 3.). Ved sammenstød med små iskrystaller eller skydråber, vil positive ladninger blive overført til disse. og ved hjælp af opvinde i skyen føres disse lette positivt ladede dråber eller iskrystaller til vejrs, mens de nu negativt ladede regndråber eller hagl fortsætter ned mod bunden af skyen. Herved får vi nu et positivt felt øverst og et negativt felt i underste del af skyen.

Fig3

Når der er oparbejdet tilstrækkeligt kraftige elektriske spændingsfelter i skyen og i jordoverfladen under den, er vi parat til en lynudladning. Disse udladninger kan både foregå inde i skyen, mellem to skyer eller mellem sky og jord.

Umiddelbart kan vi dog ikke få udladningen i gang, idet luft er en dårlig. men som vi skal se, har naturen fundet en udvej.

Lyn
Hvis vi ser på et lyn fra sky til jord, vil det starte med en forudladning (negativ strøm). Den vil kortvarigt bevæge sig et lille stykke nedad fra skybasen og så stoppe. Straks efter vil en ny forudladning følge efter i den nu eksisterende kanal og nå et trin længere ned. Hvert trin er på ca. 50 m. Denne proces fortsætter, til spidsen af kanalen når ned til mellem 10 og 50 m fra jorden (se fig. 4.), og kanalen vil under de trinvise bevægelser være svagt lysende. Herefter vil der ske en kraftig udladning fra jordoverfladen, eller fra en høj genstand på jorden, op til bunden af lynkanalen og videre op til skyen. Herved lyser lynkanalen kraftigt op.

Fig4

Denne sidste udladning kaldes ”returudladningen” eller ”hovedudladningen”. I realiteten slår lynet ikke ned, men op. Lynet kan være overstået med denne ene returudladning, men oftest kommer der flere udladninger efter hinanden.

Den første udladning har skabt en ”åben kanal”, der dannes 10 gange hurtigere end den trinvise kanal, men er 20 gange langsommere end returudladningen. Vi vil pã få hundrededele af et sekund få endnu en returudladning, derpå en pause, en åben kanal, en returudladning, derpå en pause, en åben kanal, en returudladning osv., indtil afladningen sky/jord har fundet sted.

Hele denne proces opfattes af det menneskelige øje som ét lyn, og det hele varer tiendedele af et sekund. Det er kun med fotografiske hjælpemidler, at vi kan følge lynets komplicerede adfærd. Normalt forekommer der fire udladninger i hvert lyn og sjældent over 20. Øverst på fig. 4. ses varigheden af de forskellige processer i sekunder.

Lynkanalen vil ikke gå direkte fra sky til jord, men bugte sig og finde de mest egnede områder for at nå jorden. Kanalen er ca. 5 km lang og 1-10 m i diameter, og i et aktivt tordenvejr vil det lyne og tordne ca. 1 gang i minuttet.

Ved forsøg fra Empire State Building i New York har det vist sig, at den trinvise kanal her startede fra bygningen op til skyen, og ikke som forventet fra sky til jord. Selve udviklingen af den trinvise kanal forløb som normalt, men der var ikke nogen returudladning fra sky til jord, men en konstant lysende kanal. Senere forsøg fra høje bjerge, bl.a. San Salvatore i Schweiz, har givet samme resultat.

Vinter- og sommertordenvejr
De lynnedslag (eller opslag) vi indtil nu har set på, er de såkaldte negative lyn, idet de neutraliserer de negative ladninger i skyens nedre del. I de senere år har man opdaget, at der også findes positive lynnedslag, altså lyn der neutraliserer de øvre positive ladninger. Disse positive lyn vil hovedsageligt forekomme i vinterhalvåret, hvor toppen af tordenskyerne på vore breddegrader ligger højst 5 km oppe mod 10 km i sommerhalvåret. Endvidere er skyerne vippet i et mere horisontalt plan (se fig. 5.) grundet på den lavere temperatur. De øvre positive ladninger er kommet ned i et niveau, der giver mulighed for at udløse positive lyn fra sky til jord.

Fig5

Positive lyn består sædvanligvis kun af én udladning, som vil have længere varighed end ved et negativt lyn. Mens negative lyn optræder sammen med nedbør, vil positive lyn kunne forekomme uden for nedbør og derfor virke mere overraskende.

Da tordenskyerne i efterår og vinter har en lavere skybase end om sommeren, er chancen for sky/jord-udladninger altid forøget sidst på året. Det gælder også de negative lyn.

Torden
I Orienten siger man, at torden er lyden fra dæmoner, der trommer, men i midten af 1800-tallet blev det normalt accepteret, at torden skyldes den kraftige opvarmning af lynkanalen.

I dag ved vi, at temperaturen kan komme op omkring 30.000 grader C. og at det giver kraftige trykbølger, der af os opfattes som torden.

Forskellige lyn
Lyn kan optræde i forskellige variationer. De kan som tidligere nævnt være negative eller positive, men de kan også være ”varme” eller ”kolde”. Ved kolde lyn er udladningstiden fra 1/100 mill. til 1/1000 sekund.

Grundet på den korte udladningstid sker der ingen antænding af huse eller træer, men en splintring på grund af den enorme varmeudvidelse. Lynets temperatur er 30-40.000 grader C, og strømstyrken når op til 200.000 amp.

Ved varme lyn er udladningstiden op til ½ sekund, og derfor sker der som reglen antændelse. Temperaturen er lavere end i det kolde lyn, og strømstyrken når op til 300 amp. Ved lyn i almindelighed er spændingen 50 mill. Volt i udladningen.

For få år siden opdagede amerikanerne et såkaldt ”superlyn”, som havde en udladningstid på ca. 1/l000 sekund og en effekt på l000 mia. watt, altså l000 gange kraftigere end normale lyn. Kun 1 ud af 2 mill. lyn er et superlyn.

På landjorden beskytter man en udsat, fritliggende ejendom med lynafledere. Til søs er der delte meninger om nytten af det, og i det norske blad ”Seilas og Båtliv” taler en meteorolog ligefrem imod brugen af lynafledere. De tiltrækker bare lynene, mener han. I Meteorological Magazine juli 1981 er der en gennemgang af statistisk materiale over dødsulykker i Singapore, forårsaget af lyn. Af 54 tilfælde blev 7 dræbt, mens de var på havet i både (simple træbåde), mens 8 blev dræbt på strand eller kystområde.

Nu er torden langt mere almindelig i Singapore end her, men tallene siger alligevel noget om risikoen, også til søs. Lynaflederen sørger jo for at dirigere lynet ad en ufarlig bane, så besætningen ikke rammes.

Af Steen Lund, d. 17. maj 2020