Fysikk og Fascinasjon

en blogg om ny og gammel forskning, og om den fantastiske naturen


1 kommentar

Lyn og torden: Kan skyene virkelig gnisse inntil hverandre?

Det har vel egentlig ikke vært så mye tordenvær hittil i sommer, men jeg har tenkt på torden allikevel.

For en stund siden spurte min sønn (8 år) om hvorfor det blir tordenvær. Jeg svarte at det var fordi det hadde blitt mye flere elektroner i skyen enn på bakken, eller omvendt, og så hoppet elektronene mellom skyen og bakken når de fikk sjansen. Vips så ble det et lyn.

«Men hvorfor har det blitt så mange ekstra elektroner i skyen?»

«Jeg vet ikke helt, men det er vel noe sånn som at skyene gnisser inntil hverandre, omtrent som når man gnir en ballong mot håret og så henger den fast i taket.»

«Men mamma. Skyene kan vel ikke gnisse inntil hverandre.»

Nei du, her i huset har vi tydeligvis snakket såpass mye om skyer at det er helt opplagt at man ikke kan ta en sky og gni den inntil en annen. De består jo bare av massevis av små vanndråper begge to. Som er så små at de ikke faller ned. Og det er masse plass mellom dem.

Så hvorfor blir det egentlig tordenvær?

Heldigvis, tenkte jeg, så har det hengt et oppslag fra realfagsbiblioteket inne på do på fysisk institutt i hele sommer med reklame for en bok som heter An Introduction to Lightening. Jeg lastet den ned og tenkte jeg skulle få svaret. Her står det massevis om hvordan lynene oppstår når det er store ladningsforskjeller mellom overflater (anbefales for den som vet å kose seg med ligninger), men ingenting om hvorfor disse ladningsforskjellene (altså det at det er overskudd på elektroner et sted i forhold til et annet sted) oppstår.

Et enkelt google-søk forteller at «this is not yet well understood».

Da er Google Scholar neste stopp. Det ser ut som om man begynner å få ganske god greie på hva som skjer i tordenskyene, for artiklene fra de aller seneste årene ser mest på spesifikke forskjeller mellom ulike typer tordenskyer.

Tydeligvis er det ikke helt riktig å tenke seg at to skyer gnir seg inntil hverandre. Det som skjer er at inne i en enkelt tordensky er det mye bevegelse. I enkelte områder strømmer lufta fort oppover, og når temperaturen er under null vil det dannes ørsmå iskrystaller og etterhvert også større haglkorn. Når de små iskrystallene kræsjer med haglkornene har elektroner en tendens til å hoppe over på haglkornene (men de kan også hoppe den andre veien, det kommer an på temperatur og luftfuktighet og slikt). Uansett, mange iskrystaller kolliderer med mange haglkorn, og de ender opp med å få forskjellig ladning. Iskrystallene er så små at de farer oppover i luftstrømmen. Haglkornene er tunge og treige, så de blir værende der de er, eller synker langsomt nedover. Og vips, så ble den nederste delen av skyen negativt ladet, og den øverste positivt ladet.

Siden luftstrømmene inne i slike skyer kan være ganske kompliserte, får man stort sett ikke en sky som bare er positiv øverst og negativ nederst, men man vil få områder med forskjellig ladning. Desto mer ladning man kan hope opp i ett avgrenset område, desto større sjanse for å lage et skikkelig kraftig lyn og tordenbrak.

Altså, kort oppsummert: For å lage en tordensky må man ha

  • temperatur under frysepunktet i skyen
  • luft som strømmer fort oppover
  • små og store ispartikler som kræsjer med hverandre.

Men: Man kan få lyn av skyer som ikke er laget av is også. I vulkanskyer, for eksempel. Dette er nok også noe man ikke har en fullgod forklaring på (ennå), men vi kan jo gjette at det har noe med sterke luftstrømmer og kollisjoner mellom store og små askepartikler å gjøre.


Legg igjen en kommentar

Hvordan en tornado oppstår, og hva det har med kakao å gjøre.

Etter den ekstreme tornadoen som herjet i Oklahoma forrige uke fikk jeg lyst til å skrive om hvordan tornadoer blir til, men så ble jeg altså så fascinert av dette med adiabatisk nedkjøling at jeg ble nødt til å skrive om kakao først. Her kommer altså tornadohistorien.

Jeg har dessverre (?) ingen tornadobilder jeg har tatt selv, så dette bildet er fra Wikipedias side om tornadoer.

Jeg har dessverre (?) ingen tornadobilder jeg har tatt selv, så dette bildet er fra Wikipedias side om tornadoer.

Hvordan har det seg egentlig at så mye faenskap kan klumpe seg sammen på en plass i lufta, og fyke rundt og gjøre skade?

Vanligvis er det jo sånn at ting har en tendens til å spre seg utover. Rot, for eksempel. Det er veldig lett å få et gjevnt lag med lego i hele stua, men det krever mer innsats å få den tilbake i kassa. Vind pleier å ha den samme effekten: Har du raket sammen en svær haug med løv og overlater den til seg selv, vil den etterhvert være spredt (for alle vinder!). Vinden kommer ikke og samler sammen løvet for deg. Men når en tornado oppstår er det akkurat som om vinden samler seg på et sted, ikke for å rydde i hagen, men for å gjøre mest mulig ugagn.

Det er egentlig sånne prosesser som gjør planeten vår til det spennende stedet den faktisk er. Hadde alt bare spredt seg utover, hadde jorda vært flat og grå. Noen ganger fungerer heldigvis naturen sånn at en ting på ett sted fører til mer av den samme tingen på det samme stedet. Dette kalles for en selvforsterkende prosess, eller en ustabilitet. Rennende vann er et typisk eksempel. Når vannet har fått begynne å grave ett sted, gjør det at det blir lettere for mer vann å renne akkurat der, så får du gravd bort mer, du får mer vann, og vips har du fått ett nytt elveleie.

For å danne en tornado er vi nødt til å ha en eller flere selvforsterkende prosesser. Vi må også ha en kilde til energi. Hus kan ikke bli ødelagte helt av seg selv.

På jordoverflaten er det nesten alltid sola som står for energien. Når flomvann gjør ødeleggelser har sola først brukt energi på å flytte vann fra havet og høyt opp på land. Det er denne energien vannet kan bruke til å flytte hus når det renner nedover mot havet igjen. Energien som skal brukes i tornadoen ligger lagret i varm, fuktig luft ved bakken. Da lufta lå over Mexicogulfen, brukte sola energi på å rive vannmolekyler løs havoverflaten og sende dem opp i lufta. Dette er energi som kan bli frigjort om vannmolekylene setter seg sammen og blir til flytende vann igjen. Sola har også brukt energi på å varme opp lufta, både da den lå over havet og etter at den flyttet seg nordover og ble liggende over prærien i Oklahoma.

I Oklahoma møtes ofte denne varme, fuktige lufta sørfra med tørr, kjølig luft fra nord. Kald luft er tyngre enn varm luft, så når den kalde lufta flytter seg sørover, sklir den langs bakken og dytter den varme lufta opp.

Når den varme lufta stiger oppover, kommer den etterhvert opp i luft som har mindre trykk enn den selv. Og akkurat som når lufta du blåser med munnen blir kald fordi den utvider seg, bruker denne lufta en del av den varmeenergien den har fått fra sola til å utvide seg og dytte vekk lufta rundt seg, og den blir kaldere. Kald luft har ikke plass til like mye vanndamp i seg som det varm luft har. Når lufta blir avkjølt, begynner vannmolekylene å klumpe seg sammen på ørsmå partikler og bli til vanndråper. Da frigjøres energien som ble brukt til å fordampe vannet over havet, og den energien gjør at lufta blir varmere, igjen. Når den blir varmere, blir den igjen lettere enn lufta rundt seg – og den stiger videre oppover. Den kan selvfølgelig ikke bare stige opp og etterlate seg et tomrom, så lufta lenger ned blir trukket oppover. Dette er altså en selvforsterkende mekanisme. Luft stiger, vanndråper dannes, lufta stiger mer, trekker med seg mer luft, som igjen utvider seg og lager vann og vil stige, og trekker mer, og så videre.

Når vanndråpene som dannes blir store nok vil de begynne å dette ned som regn. Dette vil etterhvert avkjøle lufta og bakken under slik at mekanismen som løfter luft oppover stoppes. Men, om det er litt vind høyt oppe som dytter regnet vekk fra den stigende lufta, vil du få en sirkulasjon der luft stiger opp ett sted, og regn detter ned et annet sted. Er det i tillegg sånn at vinden blåser litt fortere på den ene siden enn den andre, kan dette systemet begynne å rotere. Da blir det omtrent som en snurrebass – har du først fått noe til å begynne å snurre, er det ikke så lett å stoppe det. Og nå kan situasjonen bli virkelig farlig. Luft suges inn fra sidene og oppover, kald luft og regn faller ned på sidene, det hele roterer og flytter seg og kan suge med seg hus, biler, kuer og trær når det farer forbi. Jo mer varm og fuktig luft som er tilgjengelig langs bakken, og jo tørrere og kaldere lufta rundt er, jo lengre kan tornadoen holde på.

Det som gjør tornadoen synlig er vanndråpene som er kondensert i den kalde lufta, akkurat som i en sky. Nederst ser man selvfølgelig også støv som blir virvlet opp.