ברק ורעם

תחילה נסביר מושג נורא חשוב הנקרא אפקט תרמואלקטרי שאומר שכאשר יש גוש קרח מסויים שהטמפרטורה שלו לא אחידה המטענים החיוביים יזרמו לחלקו הקר של הגוש קרח והמטענים השליליים יזרמו לחלקו החם של הגוש קרח.
כיצד זה בא לידי ביטוי בענן?
בענן סערה (קומולונימבוס) ישנם חלקיקי קרח קטנים כגון גבישי קרח, וישנם חלקיקי קרח גדולים כגון ברד. בגלל הזרמים העולים ויורדים בענני הסערה מתנגשים החלקיקים הקטנים והגדולים. קליפת הברד חמה יותר מגביש הקרח בגלל שהיא סופגת אדי מים שמתעבים עליה. תהליך ההתעבות משחרר חום הנקרא חום כמוס ובכך מחמם את קליפת הברד. עקב כך, המטענים החיוביים שבברד יעברו לגביש הקרח הקר יותר. גביש הקרח ימשיך לעלות לפסגת הענן עקב משקלו הקל והברד ירד לבסיס הענן עקב משקלו הכבד יותר. בעקבות תהליך זה נוצר בפסגת הענן מטענים חיוביים ובבסיסו מטענים שליליים.
עד כאן הבנו למה נוצרים מטענים חיוביים בפסגת הענן ומטענים שליליים בבסיס הענן. אבל כיצד נוצר הברק עצמו?
האדמה טעונה גם כן במטענים שליליים. אך מכיוון שבבסיס הענן המטענים השליליים טעונים במטען גדול יותר מהמטענים השליליים שבקרקע הופכים המטענים שבקרקע לחיוביים יחסית לבסיס הענן. בעקבות כך ישנה משיכה בין המטענים שבבסיס הענן למטענים שבקרקע. תחילה זורמים אלקטרוניים מבסיס הענן כלפי מטה לקרקע. במשך כל 50 מטר האלקטרונים נעצרים למשך 50 מיליוניות השנייה. אחרי כל קטע כזה (50 מטר) האלקטרונים משנים טיפה את כיוונם וממשיכים לרדת לכיוון הקרקע (דבר היוצר הסתעפויות). במרחק של עשרות מטרים מן הקרקע הם מתחילים למשוך אליהם את המטענים החיוביים כלפי מעלה. המטענים החיוביים עולים לענן באותו מסלול שעשו האלקטרונים כיוון שמסלול זה נהייה מוליך חשמל. בנקודת המפגש של המטענים החיוביים והשליליים ניתן כבר להבחין בברק בעינינו. ברגע שהמטענים החיוביים מגיעים לבסיס הענן ישנה ירידה נוספת של האלקטרונים מבסיס הענן לכיוון הקרקע בבת אחת באותו מסלול שעשו קודם ואפילו נוספו הסתעפויות חדשות. זהו ההבזק של הברק העיקרי. תהליך זה מתרחש בד"כ בין 3 או 4 פעמים ולפעמים אפילו מגיע ל-10 פעמים עד שהענן מתפרק. ברגע שהענן התפרק מתחילה טעינה חדשה עד לברק הבא.
סוג נוסף של ברקים הוא בתוך הענן. כאשר ישנה פריצה של אלקטרונים מבסיס הענן לכיוון פיסגתו. מתח הפריצה החשמלי באויר שמכיל הרבה לחות הוא כשליש ממתח הפריצה החשמלי שבאויר יבש. לכן הברקים בתוך הענן מקבלים צורה שונה מברקים שבין ענן לקרקע (הם פחות מסתעפים והם נראים כקו ישר בגלל שהם מורכבים מקו מוליך אחד). כל זה קורה כיוון שבתוך הענן הלחות גבוהה בהרבה מתחתית הענן. באזורים הטרופיים גובה בסיס הענן גבוה יותר ולכן אין כל כך משיכה בין הקרקע לבסיס בענן. כתוצאה מכך כ-90% מהברקים שם נוצרים בתוך הענן. מחקרים מראים שבישראל 60% מהברקים הם בתוך הענן.
כיצד נוצר הרעם?
לאחר שהבנו כיצד נוצר ברק נבין מה מקורו של הרעם.
לאורך מסלולו של הברק הטמפרטורה מגיעה עד ל-30,000 מ"צ. ההתחממות גורמת לעלייה פתאומית בלחץ האוויר לאורך מסלול הברק עד כדי פי 100 מסביבתו וכתוצאה מכך ישנה אי רציפות בלחץ האוויר שבין מסלול הברק לסביבתו. בעקבות אי רציפות בלחץ האוויר נוצר גל הלם רב עוצמה שמתפשט באוויר. גל הלם המגיע לאוזנינו הוא למעשה הרעם. ניתן לשמוע את הרעם עד 25 ק"מ מהברק. כאשר ראיתם ברק ולא שמעתם רעם תדעו שהברקים רחוקים ממכם יותר מ-25 ק"מ.
מדוע שומעים את הרעם אחרי שרואים את הברק?
רעם וברק נוצרים בדיוק באותו זמן אבל מכיוון שמהירות האור גבוהה בהרבה ממהירות הקול רואים קודם את הברק ולאחר מכן שומעים את הרעם. הרעם נשמע לאוזנינו כצליל מתמשך מכיוון שגלי הקול מגיעים ברצף בזה אחר זה מאזורים שונים לאורך מסלול הברק.

אני מקווה שנהנתם, בסך הכל זהו הסבר בסיסי על רעמים וברקים. הנושא הזה הוא נושא מסובך מאוד ולא הכל ידוע עליו.