Välk

Välk on võimas nähtav elektriline sädelahendus, mis esineb looduses äikesepilves, pilvede vahel, pilve ja maapinna vahel või ka pilvede ja pilvedest kõrgemal asuva õhukihi vahel. Tavaliselt on ühe välgu kestus 0,2 sekundit. Selle ajaga jõuab säde pilve ja maa vahel üles-alla käia isegi mitukümmend korda. Kõige rohkem esineb joonvälku, mis kujutab endast harilikult 2–3 km pikkust mitmeharulist välgukanalit. Õhus on alati elektrilaenguid ka täiesti puhtas õhus leidub laetud osakesi. Äikesepilves tekib läbilöök väljatugevustel umbes 25–50 kV/m, välgu otste vahel võib pinge ulatuda 1 GV-ni. Välgu energiaallikaks on tõusvad õhuvoolud äikesepilves. Õhuvoolu kiirus võib ulatuda kuni 50 m/s. Vertikaalne õhuvool üles käivitab õhuosakeste hõõrdumisel n-ö staatilise elektrigeneraatori, suured raheterad ja veepiisad omandavad negatiivse laengu ning väikesed piisad positiivse laengu. Tõusev õhuvool viib positiivselt laetud kergemad väikesed piisad elektrilist tõmbejõudu ületades pilve ülaossa, kuni elektrivälja tugevus kasvab läbilöögiks piisavalt suureks. Umbes veerand välkudest on pilve ja maa vahel ning enamik neist kannab maapinnale negatiivset elektrilaengut. Läbilöök algab pilves siksakiliselt mõnekümnemeetriste sammliidriteks nimetatud sädemetena. Liider kannab negatiivset laengut allapoole, kuni liidri ja pilve alla kogunenud positiivse laengu vaheline väljatugevus põhjustab vastassuunalise läbilöögi. Nii sulgub juhtiv voolukanal, mis loob pilve ja maa vahel (või ka kahe erinevalt laetud pilveosa vahel) justnagu lühiühenduse. Sama kuumutatud ja ioniseeritud õhu kanalit läbivad üksteise järel mitu sädelahendust. Voolutugevus välgu kanalis on umbes 100 kA ja välgu võimsus umbes 100 GW, aga kuna välk kestab vaid sekundi murdosa, siis on välgu koguenergia alla megavatt-tunni.[viide?] Päikeselt liigub Maa poole lisaks valgust kandvate neutraalsete (elektrilaenguta) footonite ka laetud osakesi. Neid on aga tunduvalt vähem kui maailmaruumi avarustest tulevas kosmilises kiirguses sisalduvaid vesiniku-, heeliumi-, süsiniku-, hapniku-, raua- jt ioone arvust. Nende energia on miljoneid kordi suurem kui energia, mida on osakestele suudetud anda inimese loodud kiirendites. Kui sellised energiapommid õhumolekulidega kokku põrkavad, tekib ioone veelgi juurde.[viide?] Seetõttu on õhk umbes 50 kilomeetri kõrgusel kosmiliste kiirte mõjul tugevasti ioniseeritud. Ka Maal on küllaltki suur elektrilaeng. Mõlema laengu suurus on umbes 100 000 kulonit: ionosfääril positiivne, maapinnal negatiivne laeng. Elektriväli paneb enda mõju all olevad laetud osakesed liikuma. Tekib elektrivool, mis on suunatud maapinna poole. Voolutugevus pole küll suur: igas mõttelises üheruutmeetrise ristlõikepindalaga õhutorus kulgeb vool tugevusega 10−12 amprit. Selle tulemusena jõuab iga sekundiga maapinna igale ruutmeetrile elektrilaeng, mille suuruseks on vaid üks miljondik miljondikust kulonist. Et meie planeedi pindala on küllalt suur, läbib Maa atmosfääri kokkuvõttes umbes 1800-amprine vool, mis toob maapinnale igas sekundis keskmiselt 1800 kuloni suuruse positiivse laengu.[viide?] Maapinnani jõudnud positiivne laeng peaks kiiresti maapinna negatiivse laengu kompenseerima. Ometi säilib maakeral pidevalt negatiivne laeng suurusjärgus 100 000 kulonit. Põhjus on selles, et lisaks maapinna poole suunduvale voolule kulgeb samas piirkonnas eespoolnimetatule vastassuunas kulgev vool, mis tugevneb just pilvise ja sajuse ilma korral. Nimelt on kihtpilvedes ja kihtsajupilvedes laetud osakesi umbes sada korda rohkem kui pilvedeta atmosfääris. Mida paksem ja ulatuslikum on pilv ning mida suuremad on selles sisalduvad veepiisad, seda suurem on pilve laeng. Pilve sisse võib koguneda märkimisväärselt suur elektrilaeng. Sõltuvalt pilve suurusest tekib välk, kui temasse on kogunenud 10–100 kuloni suurune elektrilaeng.[viide?] Positiivne laeng paikneb 7–10 kilomeetri kõrgusel maapinnast, kus valitseb 20–60-kraadine pakane. Negatiivne laeng on koondunud pilve alumisse ossa, kõrgusele 3–4 kilomeetrit maapinnast, kus temperatuur on 0...–10 °C. Pilve alumist osa ja selle all paiknevat maapinda võib vaadelda hiigelsuure kondensaatori katetena. Selle kondensaatori elektriväli on aga suunatud üles. Seega oleks ka selle välja poolt tekitatav vool vastassuunaline – maapinnast pilve suunas.[viide?] Laboratooriumis tekib tasaste plaatide vahel elektrisäde väljatugevusel umbes 30 kV/cm. Sähvatusele järgnev lööklaine, mis tekib välgu kuumusest plahvatuslikult paisuvast õhust ja magnetväljast, põhjustab kõue ehk müristamise.[viide?] Maapinda lüües võib välk põhjustada purustusi ja tulekahjusid ning ohustab elusolendeid. Pikselöögist tabatud puudes aurustub vesi momentaanselt, purustades sageli need suurteks tükkideks. Veelgi vägevamad kärgatused kostavad äikese ajal kõrbetes, kui välgud tabavad sammaskaktusi, mis on kui hiiglaslikud looduslikud veereservuaarid. Kahjustuste vältimiseks kaitstakse ehitisi piksevarrastega. Äikese ajal on mõistlik toas püsida. Kunagi ei tohi varju otsida suure puu alt, kuna sellesse võib välk sisse lüüa. Välgutaolised nähtused on kettvälk (koosneb helendavaist punktidest) ja keravälk (tulekera mõõtmed, värvus ja kestus on väga erisugused). Äikesenoolest tabatul on tüüpilistel juhtudel rohked verevalumid ja põletushaavad. Pikselöögi tagajärjel võib südamehaigel inimesel süda seiskuda. Uuemate tähelepanekute järgi ei põhjusta inimese või looma surma mitte ainult äikese ajal tekkiv elektrilaeng. Meditsiiniajakirjas Lancet avaldatud artiklis teatatakse, et surma põhjuseks võib olla ka pikselöögi ajal tekkiv magnetväli.[viide?] Piisab sellest, et rohkem kui 100 000-amprine vool tungib inimesest või loomast mõne meetri kaugusel maasse.[viide?] Säärase elektrilöögiga kaasneva magnetvälja toimel võibki süda seisma jääda. Erinevalt otsesest äikesetabamusest ei põhjusta magnetväli inimese kehal põletushaavu ega verevalumeid. Arvatavasti võib just piksega kaasneva magnetvälja arvele kirjutada jalgratturite salapärase hukkumise mitmes paigas.[viide?] Äike