Ο κύκλος ζωής μιας Καταιγίδας

Η Καταιγίδα είναι ένα μετεωρολογικό φαινόμενο που συνοδεύεται από αστραπές, κεραυνούς, μερικές φορές χαλάζι και σχεδόν πάντα με έντονη βροχόπτωση και ισχυρούς ανέμους. Σπανιότερα εμφανίζονται και σίφωνες μαζί με τις καταιγίδες, αν και ορισμένα σημεία στον κόσμο είναι πιο ευάλωτα. Γενικά, καταιγίδα λέγεται κάθε βίαιη ατμοσφαιρική διατάραξη, και συνεπώς κακοκαιρία, που συνοδεύεται από ηλεκτρικές εκκενώσεις.

Δημιουργία

Προϋποθέσεις

Για να δημιουργηθεί μια καταιγίδα πρέπει να εκπληρωθούν 3 προϋποθέσεις:

1. Υγρασία
2. Ασταθής μάζα αέρα
3. Ανυψωτική δύναμη (θερμότητα)

Η πιο σημαντική από αυτές, είναι να συμβεί μια μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας ανάμεσα στο έδαφος και στην ανώτερη ατμόσφαιρα, δηλαδή η καθ’ ύψος θερμοκρασία πρέπει να μειώνεται έντονα σταδιακά με ρυθμό τουλάχιστον 0,6 βαθμούς Κέλβιν ανά 100 μέτρα. Έτσι η αέρια μάζα που θερμαίνεται έχει ως συνέπεια να ανυψώνεται, αφού είναι πιο ζεστή και επομένως πιο ελαφριά από ότι ο περιβάλλων αέρας της. Έτσι συνεχίζει να ανεβαίνει στην ατμόσφαιρα.

Ένας άλλος εξίσου σημαντικός παράγοντας για την δημιουργία μιας καταιγίδας, είναι η ύπαρξη αυξημένης υγρασίας στα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, κοντά στο έδαφος. Και για να αρχίσει να ανεβαίνει η υγρή και θερμή αέρια μάζα χρειάζεται ένα «σπρώξιμο» προς τα πάνω. Αυτό το σπρώξιμο συνήθως είναι η ηλιακή ενέργεια ή ενδέχεται, συμπληρωματικά, και ένα βουνό.

Κύκλος ζωής

Όλες οι καταιγίδες, ανεξάρτητα από το είδος όπου ανήκουν, περνούν έναν κύκλο ζωής αποτελούμενο από 3 στάδια: φάση ανάπτυξης, φάση ωριμότητας και φάση διάλυσης. Μία μέση καταιγίδα έχει διάμετρο της τάξης των 24 χιλιομέτρων (15 μιλίων).

Φάση ανάπτυξης

Αφού όλες οι απαιτούμενες προϋποθέσεις έχουν εκπληρωθεί, η αέρια μάζα με τους υφιστάμενους σε αυτήν υδρατμούς αρχίζει να ανυψώνεται. Όταν φτάσει σε ένα ορισμένο ύψος, στο σημείο δρόσου, τότε ψύχεται. Το υψόμετρο στο οποίο θα φτάσει στο σημείο δρόσου και επομένως να συμπυκνώνεται, εξαρτάται από την σχετική υγρασία. Έτσι δημιουργούνται τα σύννεφα κατακόρυφης ανάπτυξης που λέγονται σωρείτες (Cumulus) και για τον λόγο αυτό, η φάση ανάπτυξης ονομάζεται και φάση σωρείτη. Αν το ανοδικό ρεύμα συνεχίσει να υφίσταται, τα σύννεφα μεγαλώνουν περαιτέρω και διογκώνονται κατακόρυφα και όταν το ανώτερο μέρος του νέφους έχει φτάσει σε τέτοιο υψόμετρο ώστε αρχίζει να παγώνει, τότε μιλάμε για νέφη σωρειτομελανίες (Cumulonimbus). Συνήθως το επίπεδο παγιοποίησης αυτών των σύννεφων είναι γύρω στα 10 χιλιόμετρα από την επιφάνεια του εδάφους, ενίοτε και 12 χιλιόμετρα. Στις τροπικές περιοχές φτάνουν σε ύψος ακόμα και τα 18 – 20 χιλιόμετρα.

Φάση ωριμότητας

Κατά κανόνα, η ανύψωση σταματάει στην τροπόπαυση, καθώς στο ύψος αυτό η θερμοκρασία της ατμόσφαιρας αρχίζει πάλι να ανεβαίνει, με αποτέλεσμα η αέρια μάζα να συναντάει θερμότερα στρώματα και να μην μπορεί να ανυψωθεί άλλό. Οι σφοδροί άνεμοι που επικρατούν στα μεγάλα υψόμετρα, δίνουν στην κορυφή του σωρειτομελανία ένα ιδιαίτερα αναγνωρίσιμο σχήμα σαν αμόνι.

Οι υδροσταγόνες στο εσωτερικό των νεφών κυριολεκτικά αναρπάζονται στροβιλιζόμενες προς τα πάνω από πολύ ισχυρά ανοδικά ρεύματα που επικρατούν σε αυτά τα νέφη. Οι σταγόνες αυξάνουν μεν κατά μέγεθος, πλην όμως δεν μπορούν απεριόριστα. Όταν αυτές αποκτήσουν ένα ορισμένο μέγεθος (διάμετρο 5-6 χιλιοστά) λόγω της αντίστασης του αέρα διασπώνται σε μικρότερες. Κατά την διάσπασή τους, απελευθερώνονται ηλεκτρικά φορτία θετικά και αρνητικά, που όμως κατανέμονται χωριστά στα διάφορα μέρη του νέφους μεταξύ της βάσης του και της κορυφής του. Όταν το δυναμικό μεταξύ των θετικών και αρνητικών φορτίων αυξηθεί αρκετά, επέρχεται εκκένωση υπό μορφή ηλεκτρικού σπινθήρα. Η εκκένωση αυτή μπορεί να γίνει μεταξύ του νέφους και της Γης ή μεταξύ δύο νεφών ή ακόμα και μεταξύ επιμέρους τμημάτων του ίδιου του νέφους.

Αστραπή ονομάζεται η λάμψη της ηλεκτρικής αυτής εκκένωσης.
Βροντή ονομάζεται ο κρότος που συνοδεύει αυτή την εκκένωση.
Κεραυνός ή αστροπελέκι (κατά τη δημώδη έκφραση) ονομάζεται η εκκένωση που συμβαίνει μεταξύ νέφους και επιφάνειας της Γης (ξηρά ή θάλασσα). Αν το καταιγιδοφόρο νέφος βρίσκεται πολύ μακριά, πιθανώς η βροντή να μην ακούγεται.
Γενικότερα, κατά το στάδιο της ωριμότητας παρατηρούνται όλα αυτά τα έντονα ηλεκτρικά φαινόμενα (που αναλύονται παρακάτω), καθώς και η συνύπαρξη των ισχυρών ανοδικών και καθοδικών ρευμάτων. Λόγω της ταυτόχρονης ύπαρξης των οριζόντιων ρευμάτων, κοινώς ανέμων, με τα ισχυρά ανοδικά και καθοδικά ρεύματα, μπορεί να προκληθούν μεγάλες αναταράξεις του αέρα μέσα στο σύστημα της καταιγίδας, ικανές να προκαλέσουν σφοδρούς ανέμους, χαλαζόπτωση και ενίοτε ακόμα και σίφωνες.

Φάση διάλυσης

Κατά την τελική φάση, τα ανοδικά ρεύματα έχουν πια σταματήσει και ολόκληρη η καταιγίδα κυριαρχείται από τα καθοδικά ρεύματα. Ως αποτέλεσμα, η συνολική μάζα της καταιγίδας κυριολεκτικά «ξεσπάει» προς τα κάτω, συνήθως με έντονη βροχόπτωση. Αν οι ατμοσφαιρικές συνθήκες δεν ευνοήσουν τη δημιουργία ενός είδους σοβαρών καταιγίδων που ονομάζονται υπερκύτταρα, τότε το στάδιο αυτό έρχεται σε 30 λεπτά και τελειώνει γρήγορα, συνήθως σε 20 – 30 λεπτά, οπότε τελικώς ο σωρειτομελανίας διασπάται σε μικρότερα νέφη.

Ηλεκτρικά φαινόμενα στις καταιγίδες

Από παρατηρήσεις, έχει γίνει γνωστό πως οι καταιγίδες που συνοδεύονται από «αστραπόβροντα και κεραυνούς» όπως δημωδώς χαρακτηρίζει ο ελληνικός λαός τις ηλεκτρικές καταιγίδες, σχετίζονται με την παρουσία σωρειτομελανιών που χαρακτηρίζονται από τις κρυσταλλικές κορυφές τους και τα ισχυρά ανοδικά ρεύματα που συμβαίνουν σ΄ αυτά. Τα νέφη αυτά στα ανώτερα μέρη τους φέρουν θετικά ηλεκτρικά φορτία ενώ στα κατώτερα αρνητικά φορτία με εξαίρεση μια λεπτή στοιβάδα κοντά στη βάση τους που είναι φορτισμένη θετικά. Η κατανομή αυτή του ηλεκτρικού φορτίου στα κατώτερα τμήματα του νέφους, φορτίζει «εξ επαγωγής» θετικά το έδαφος που βρίσκεται ακριβώς κάτω από το νέφος. Παρότι σε μικρή κάτω του νέφους περιοχή, η επιφάνεια της Γης φέρει αρνητικό φορτίο.

Έτσι η πρώτη ηλεκτρική εκκένωση συμβαίνει στα πρώτα 10 μέχρι 20 λεπτά της ώρας από την στιγμή που θα εντοπιστούν οι πρώτες βροχοσταγόνες από το ραντάρ.
Μια σημαντική, επίσης, φάση στο φαινόμενο αυτό θα μπορούσε να χαρακτηρισθεί όταν οι υπέρτηκτες υδροσταγόνες παγώνουν. Οπότε και οι πυρήνες πήξης φορτίζονται αρνητικά, ενώ οι μικροσκοπικές σχίζες τους, που αποσπώνται από τους παγοκρυστάλλους και κινούνται προς τα πάνω, φορτίζονται θετικά.
Ωστόσο, τα ηλεκτρικά φαινόμενα, όπως και άλλα που συμβαίνουν μέσα στα καταιγιδοφόρα νέφη, δεν είναι μέχρι σήμερα πλήρως γνωστά.

Ναυτιλία

Ειδικά οι ναυτιλλόμενοι θα πρέπει να έχουν ιδιαίτερα υπ’ όψη τους πως όταν παρουσιασθεί καταιγίδα κοντά στο πλοίο τους, και μάλιστα κατά τον απόπλου ή κατάπλου ή διέλευση στενών κ.λπ. είναι δυνατόν ο άνεμος να αυξηθεί απότομα για μερικά λεπτά και να αλλάξει στη συνέχεια διεύθυνση επίσης απότομα, όπως ακριβώς συμβαίνει στο μπουρίνι. Για το λόγο αυτό και για πληρέστερη ασφάλεια, συνιστάται σε διελεύσεις πλοίων εντός στενών, πορθμών, διωρύγων κ.λπ. εφόσον δεν συνοδεύονται από ρυμουλκά, να έχουν κρεμασμένη και σε ετοιμότητα πόντισης την μία τουλάχιστον άγκυρα. Σε περίπτωση απόπλου ή κατάπλου ή εργασιών μεθόρμισης ή φορτοεκφόρτωσης, συνιστάται η αναβολή τους για μικρό σχετικά διάστημα ή ακόμα και η προσωρινή διακοπή τους, κάλυψη των κυτών (αμπαριών), ειδικότερα σε περιπτώσεις «χύδην φορτίου», μέχρι την παρέλευση της καταιγίδας.

Wikipedia