Jak vzniká blesk aneb energie, o které nevíme vše
Blesk je přírodní fenomén, známý jako elektrostatický výboj, který dokáže zahřát vzduch až na teplotu přes 30 000 °C, tedy několikrát vyšší, než je teplota povrchu Slunce. V tomto článku se zaměříme na to, jak blesk vzniká, jaké jsou jeho typy a zda lze využít jeho sílu pro výrobu energie.
Jak blesk vzniká
Ačkoliv to nemusí být vždy každému zřejmé, opravdu se blesky vytvářejí při každé bouřce. Blesk je její přirozenou součástí, stejně jako je součástí globálního elektrického obvodu naší Země. Ačkoliv jsme schopni relativně dobře popsat jeho typy a proces vzniku, mnoho věcí o něm dodnes nevíme.
Centrum vzniku blesku se nachází zhruba ve středu bouřkového mraku cumulonimbus, kde dochází k míchání a kolizi kladných a záporných nábojů vodních kapek, ledových krystalků a krup. Kladně nabité krystaly jsou lehčí, takže stoupají vzhůru, zatímco těžší záporné kapky zase klesají dolů. Při kolizi zjednodušeně mezi sebou přeskakují elektrony a vytváří ionizaci bouřkového mraku. Síla a typ blesku se odvíjejí od rozdílu ionosféry a zemského povrchu. Vliv má ve vysokých výškách dokonce i meziplanetární magnetické pole, které je extrémně vodivé a sluneční vítr jej unáší okolo planet naší sluneční soustavy.
Předvýboj je vlastně taková pomocná ruka mezi kladně nabitou zemí a záporně nabitým oblakem. Jak bouřka postupuje krajinou, vytváří se jejich vzájemné spojení pomocí kanálů s kladným nábojem. Jakýkoliv vyvýšený vodivý předmět tuto cestu ještě zkrátí a záporný náboj mraku se tak dostane na zem. Náboje se ještě jednou vymění a kanál blesku se ohřeje na extrémní teplotu. To má za následek expanzi plazmatu s obrovským tlakem, tedy blesk.
Jistě si pamatujete, když vám rodiče říkali, ať počítáte vteřiny od záblesku, až po zvuk hromu, které tak měly znázorňovat, jak daleko blesk udeřil. Hrom je nadzvuková rázová vlna, která se krajinou šíří, jako by byla výrazně pomalejší, než blesk. Síla blesku je ale jednoduše tak enormní, že lze zvuk této vlny zaznamenat několik kilometrů od výboje. Jeho rychlost v atmosféře dosahuje více jak 300 m/s a během tří sekund se tak dostane do vzdálenosti přes 1 kilometr.
Typy blesků
Mezi nejznámější typy blesků patří ty, které vycházejí z dolního okraje nebo středu bouřkového mraku. Tím nejjednodušším je čárový blesk, který představuje jednu souvislou větev. Pokud je větev větší, jde pak o blesk stuhový. Při znatelném rozvrstvení vzniká blesk rozvětvený.
Suchý blesk je takovým klasickým typem, který se ovšem projevuje bez dešťových přeháněk. Právě suchý blesk způsobuje časté lesní požáry. Předpověďmi suchých blesků se zabývá například americká NOAA.
Zatímco bouřka se bez blesků neobejde, blesky bez ní ano. Mohou být totiž součástí vulkanické činnosti. Při erupci sopky dochází k extrému, při kterém mezi částicemi vzniká chaos a to i ve spojení s horkým popelem. To vše rychle ionizuje prostředí mraku a dochází k bleskům.
Blesky se neprojevují jen mezi oblakem a zemí, ale také mezi oblaky samotnými. Tyto blesky jsou vůbec nejčastější. Obvykle jen několik z nich se spojí se zemí a dokonce i z nich se vytváří dva druhy - se zápornou a kladnou polaritou. Blesky s kladnou polaritou mají původ ve vrchní vrstvě oblaku a paradoxně nemusí být provázeny bouřkou. Takový blesk může mít délku několik kilometrů a až ke konci jeho kanálu se stáčí k zemi.
Naprosto fascinujícím jevem je pak kulový blesk, který působí až mystickým dojmem, jelikož má tvar drobné, či větší koule a někdy je zaměňován s UFO. Jeho pozorování není v našich končinách nijak ojedinělé. Ze všech blesků trvá zdaleka nejdéle a oproti klasickému blesku se pohybuje pomaleji. Vědci dosud nebyli schopni přesně popsat, jak kulový blesk vzniká. Od roku 2006 ale pracují s teorií, že významným prvkem pro vznik kulového blesku jsou nanovlákna křemíku, které mohou pocházet z části půdy, do které uhodil klasický blesk.
Nadoblačný blesk je také vzácný, ionosferický fenomén, který vzniká nad oblaky ve výšce 20 až 100 kilometrů nad povrchem Země. Tzv. Elf (anglicky ELVE) například trvá extrémně krátce, ale extrémní bývá i jeho délka stovek kilometrů. Celou řadu nadoblačných blesků je téměř nemožné zachytit, přesto se to i v České republice již podařilo. Dalšími typy jsou skřítci nebo modrý výtrysk.
Vhodný pro výrobu energie?
Již Nikola Tesla experimentoval s umělým bleskem a snaha vědců, vytvořit jej v nepřírodních podmínkách, pokračuje dodnes. V minulém roce se například podařilo evropskému týmu na vrcholku hory South Baldy Peak v Novém Mexiku pomocí laserového zařízení vyrobit plazmová vlákna, která v mracích způsobila ionizované výboje, ač se nepodařilo vytvořit blesk ve spojení se zemí.
Faktem je, že jediná silná bouřka, při níž se projeví desítky, až stovky blesků, dokáže vyvinout ohromné množství energie, která by v podstatě vyřešila veškeré energetické problémy naší planety na více jak jedno století. Využití blesku je však v současných technologických podmínkách nereálné, jelikož blesk se sice dá teoreticky zachytit, nebo vytvořit spojením ideálních podmínek, technických řešení a určité míry náhodnosti, ovšem nikdo neví, jak jej dále přeměnit na využitelnou energii.
Respektive to nikdo nedokázal reálně provést protože:
- K zachycení blesku je zapotřebí supravodič jako bleskosvod, který snižuje napětí.
- Dále je nutné transformovat proud pomocí toroidního jádra.
Podstatou tohoto řešení je natáhnout vývoj elektrické energie v okolí elektromagnetického pole blesku v čase. Právě takovému projektu se věnovali odborníci Elektrotechnického ústavu Slovenské akademie věd od roku 2004. Zatím se však nepodařilo prototyp technického řešení z laboratorních podmínek reálně přesunout do komerční sféry.
Využít blesk pro naše energetické potřeby je dosud hudbou budoucnosti. A ne náhodou, jelikož mnohé procesy vzniku blesků ještě stále neumíme s jistotou popsat, natož je bezpečně zachytit.
