Şimşek ve yıldırım

küçükresim|Yıldırım
Şimşek ya da çakın, elektrik yüklü bir bulut ile diğer bir bulut arasındaki elektrik boşalmasıdır. Önceden tahmin edilmesi oldukça zordur. Fakat belli hava koşullarında meydana gelir.

Yıldırım ise; bulut ile yeryüzü arasındaki elektrik boşalmaları olarak tanımlanır. Yıldırım, zikzaklı bir yol takip ederek kollar hâlinde aşağı doğru iner. Genellikle şiddetli bir yağmurla birlikte görülür. Yıldırım, gök gürültüsü ve şimşekten oluşan, gökyüzü ile yeryüzü arasındaki elektrik boşalmasıdır.

Şimşek, bir bulut kümesi aşırı miktarda + veya - elektrik yükü ile yüklendiğinde meydana gelen, gözle görülür elektrik boşalmasıdır. Elektrik yükünün hava direncini kıracak kadar çok olması gerekir. Şimşek ve yıldırım sadece kümülonimbüs bulutlarında görülür. Diğer bulutlarda sadece enerji akımı sayesinde görülebilir. Kar fırtınalarında, kum fırtınalarında ve hatta volkanlardan çıkan gaz ve toz bulutlarında da şimşeklere rastlanır. Bir oraj esnasında şimşekler; bulutlar arasında, bulutla hava arasında ve bulutla yer arasında gerçekleşebilir. Dünya genelinde saniyede 50 ila 100 şimşek çakar.

Şimşek için yerel toplum dilinde balkır, çakın, çakım, yalabık, yıldırak gibi sözcükler de kullanılır.

 Elektriklenme 
küçükresim|(Şekil 1) Fırtınadaki ana şarj alanı, havanın hızla yukarı doğru hareket ettiği ve  sıcaklık aralığının değiştiği fırtınanın orta kısmında oluşur.

Elektrik yüklenmesinin ayrıntıları bilim insanlarınca hâlâ incelenmektedir ancak fırtına elektriklenmesinin bazı temel kavramları üzerinde ortak bir kanı vardır. Elektriklenme, çarpışan cisimler arasındaki iyon transferinin sonucu olarak triboelektrik etki ile olabilir. Yüksüz, çarpışan su damlaları, gök gürültüsü bulutunda olduğu gibi, aralarındaki (sulu iyonlar olarak) yük aktarımı nedeniyle elektrik yüklenebilirler.Jennings, S. G. & Latham, J. "The charging of water drops falling and colliding in an electric field". Proc. 3rd Conf. Static Electrification Paper 10. pp.84-92 (1971)

Jennings, S. G. & Latham, J. "The charging of water drops falling and colliding in an electric field" or "Die Aufladung von Wassertropfen, die beim Fallen in einem elektrischen Feld kollidieren". Archiv für Meteorologie, Geophysik und Bioklimatologie, Serie A volume 21, pages 299–306 (1972) Fırtınadaki ana elektrik yüklenme alanı, havanın hızla yukarı doğru hareket ettiği ve sıcaklık aralığının  arasında değiştiği fırtınanın ortasında oluşur. Bkz. Şekil 1. Bu bölgede, sıcaklık ve yukarı doğru hızlı hava hareketinin birleşimi süper soğutulmuş bulut damlacıkları (donma noktasının altındaki küçük su damlacıkları), küçük buz kristalleri ve graupel (yumuşak dolu) karışımı üretir. Yukarı çekiş, süper soğutulmuş bulut damlacıklarını ve çok küçük buz kristallerini yukarı doğru taşır. Aynı zamanda, çok daha büyük ve daha yoğun olan yumuşak dolu, yükselen havada düşer veya asılı kalır. 

küçükresim|sol|(Şekil 2) Yükselen buz kristalleri yumuşak dolu ile çarpıştığında, buz kristalleri pozitif ve yumuşak dolu negatif elektrikle yüklenir.

Yağışların hareketindeki farklılıklar çarpışmalara neden olur. Yükselen buz kristalleri yumuşak dolu ile çarpıştığında, buz kristalleri pozitif ve yumuşak dolu negatif olarak yüklenir. Bkz. Şekil 2. Yukarı çekiş, pozitif yüklü buz kristallerini fırtına bulutunun tepesine doğru yukarıya doğru taşır. Daha büyük ve daha yoğun olan graupel, ya fırtına bulutunun ortasında asılı kalır ya da fırtınanın alt kısmına doğru düşer.

küçükresim|Fırtına bulutunun üst kısmı pozitif olarak yüklenirken, fırtına bulutunun orta ile alt kısmı negatif elektrikle yüklenir.

Sonuçta, fırtına bulutunun üst kısmı pozitif olarak yüklenirken, fırtına bulutunun orta ila alt kısmı negatif elektrikle yüklenir.

Fırtına içindeki yukarı doğru hareketler ve atmosferdeki daha yüksek seviyelerdeki rüzgarlar, fırtına bulutunun üst kısmındaki küçük buz kristallerinin (ve pozitif yükün) fırtına bulutu tabanından yatay olarak bir miktar uzağa yayılmasına neden olur. Fırtına bulutunun bu kısmına örs denir. Bu, fırtına bulutu için ana şarj süreci olsa da, bu elektrik yüklerinin bazıları fırtınadaki hava hareketlerince (yukarı çekişler ve aşağı çekişler) yeniden dağıtılabilir. Ayrıca, yağış ve daha yüksek sıcaklıklar nedeniyle fırtına bulutunun dibine yakın bir yerde küçük ama önemli bir pozitif yük birikimi vardır.

Saf sıvı sudaki yükün indüklenmiş ayrılması, tribo-elektrik etkisi ile saf sıvı suyun elektriklenmesi gibi 1840'lardan beri bilinmektedir.Francis, G. W., "Electrostatic Experiments" Oleg D. Jefimenko, Editor, Electret Scientific Company, Star City, 2005

William Thomson (Lord Kelvin), sudaki yük ayrımının dünya yüzeyindeki olağan elektrik alanlarında oluştuğunu ispatladı ve bu bilgiyi kullanarak sürekli elektrik alan ölçüm cihazını geliştirdi. Sıvı su kullanılarak yükün farklı bölgelere fiziksel olarak ayrılması, Kelvin tarafından Kelvin su damlalığı ile gösterilmiştir. En olası yük taşıyan türler, sulu hidrojen iyonu ve sulu hidroksit iyonu olarak kabul edildi.

Katı su buzunun elektriksel şarjı da düşünülmüştür. Yüklü türler yine hidrojen iyonu ve hidroksit iyonu olarak kabul edildi.

Elektron, gök gürültülü fırtınalardaki anlık zamanda hidroksit iyonu artı çözünmüş hidrojene göre sıvı suda kararlı değildir.Buxton, G. V., Greenstock, C. L., Helman, W. P. and Ross, A. B. "Critical Review of rate constants for reactions of hydrated electrons, hydrogen atoms and hydroxyl radicals (OH/O in aqueous solution." J. Phys. Chem. Ref. Data 17, 513–886 (1988).

Yıldırımdaki yük taşıyıcısı esasen plazmadaki elektronlardır.

Sıvı su veya katı su ile ilişkili iyonlar (pozitif hidrojen iyonu ve negatif hidroksit iyonu) olarak yükten yıldırımla ilişkili elektronlar olarak yüklenme süreci, bir tür elektro-kimyayı, yani kimyasal türlerin oksitlenmesi ve/veya indirgenmesini içermelidir.

Hidroksit baz olarak işlev gördüğü ve karbon dioksit asidik gaz olduğu için, negatif yükün sulu hidroksit iyonu biçiminde olduğu yüklü su bulutlarının sulu karbonat iyonları ve sulu hidrojen karbonat iyonları oluşturmak üzere atmosferik karbon dioksit ile etkileşime girmesi mümkündür.

 Yıldırım 
küçükresim|Bulut ile yer arasında yıldırımın oluşumu|upright=1.17

Yıldırım, bulut ile yer arasında oluşan, en tehlikeli şimşek türüdür.Şimşek ve yıldırım  Meteoroloji Genel Müdürlüğü. Erişim: 21 Eylül 2012. Çoğu çakma yeryüzüne negatif yük dağıtır ancak bir kısmı yeryüzüne pozitif yük taşır. Bu pozitif çakmalar sıklıkla bir orajın dağılma aşamasında oluşur. Pozitif çakmalar aynı zamanda kış ayları boyunca düşen toplam yıldırımların yüksek bir yüzdesini oluşturur.

Bulut ve yer arasındaki elektrik potansiyeli farkı 10 ila 100 milyon volttur ve yıldırımın dönüş darbesinin akımı yaklaşık 30.000 ampere, sıcaklığı 30.000 °C'ye ulaşır. Yıldırımın oluşması çok hızlı bir şekilde gerçekleşir. Öncül darbe buluttan yere yaklaşık 30 milisaniyede ulaşır ve yerden bulutun merkezine yaklaşık 100 milisaniyede döner.

 Gök gürültüsü 
küçükresim|Yıldırım çarpması fotoğrafı
Gök gürültüsü, şimşek çakması esnasında oluşan, patlamaya benzer çok yüksek sestir. Ses, ışıktan çok daha yavaş hareket ettiği için (deniz seviyesinde yaklaşık ses hızı 340 m/s)speed of sound at sea level  Google.com. Erişim: 26 Şubat 2012. gök gürültüsü -gözlemcinin uzaklığına bağlı olarak- şimşeğin gözlenmesinden kısa bir süre sonra duyulur.

Gök gürültüsü, şimşek hattı boyunca havanın aniden ısınması ve hava basıncının artması nedeniyle oluşur. Aşırı basınç şimşek hattının sesten hızlı şekilde genişlemesine ve gök gürültüsü olarak adlandırılan sesi oluşturmasına neden olur. Gök gürültüsünü karakterize eden şaklama, patlama, gümbürtü gibi çeşitli farklı sesler şimşek hattının karmaşık geometrisi, atmosferin özellikleri, yerel arazi şekilleri ve yansımalar nedeniyle oluşur.

 Yıldırım çarpması 

Yıldırım çarpması, bulut ile yer arasında oluşan bir şimşeğin canlılara isabet etmesidir. Yıldırım çarpması, elektrik yükü nedeniyle ölümcül sonuçlar doğurabilecek, oldukça tehlikeli bir hadisedir. Örneğin Amerika Birleşik Devletleri'nde her sene ortalama 62 kişi yıldırım çarpması nedeniyle hayatını kaybetmekte, yaklaşık 300 kişi yaralanmaktadır.Lightning Deaths 1998-2008  Infoplease.com. Erişim: 12 Nisan 2013 Dünya genelinde ise yılda ortalama 24.000 kişi ölmekte, 240.000 kişi yaralanmaktadır.Annual rates of lightning fatalities by country  Ronald L. Holle

İstatistiksel olarak yıldırım çarpmasına en çok şu altı durumda rastlanır:Lightning safety  NASA. Erişim: 21 Eylül 2012.

 Açık arazide oyun oynarken 
 Açık arazide çalışırken
 Kayık veya botla gezerken, balık tutarken veya yüzerken
 Tarla ve ağır iş makineleri kullanırken
 Telefonla konuşurken
 Elektrikli aletler kullanırken veya tamir ederken

 Korunma ve müdahale 
Binalara monte edilen ve paratoner denen metal kondüktörler, yıldırımın mümkün olan en düşük hasarla yeryüzüne transfer edilmesine yardımcı olurlar.

Eğer açık alanda iken civarda bir yere yıldırım düştüyse ve saçlarınız dikilmeye başladıysa hemen en yakındaki binaya girmelisiniz. Eğer yakında bina yoksa civardaki en alçak bölgeye gidip ayaklarınız yere basacak şekilde yere çömelmeli ve mümkün olduğunca bir top gibi küçülmelisiniz. Yıldırım tehlikesi varken "kesinlikle" yere yatılmamalıdır.

Eğer birine yıldırım çarptıysa sırasıyla şu işlemler yapılmalıdır:

 Birden fazla yaralı varsa ilk önce öldüğü düşünülenlerle (ölmüş gibi hareketsiz duranlarla) ilgilenilmelidir.
 Yaralının solunumu ve kalp atışı kontrol edilmelidir.
 Yaralı nefes almıyorsa suni solunum (hayat öpücüğü) uygulanmalıdır.
 Nabız yoksa, uzman biri tarafından kalp masajı yapılmalıdır.

 Yanlış bilinenler 

Halk arasında, lastik tabanlı ayakkabıların veya otomobil lastiklerinin yıldırımdan koruyacağına inanılır. Bunların hiçbir faydası yoktur ancak otomobilin metal çerçevesi (vücuda temas etmiyorsa) çarpmanın etkilerinden korumada yardımcı olur.

Yine halk arasında aynı noktaya iki kere yıldırım düşmeyeceğine inanılır oysaki bunun gerçekleştiği pek çok olay kaydı mevcuttur.

 Notlar 
Şimşek veya gökgürültüsünden kaynaklanan korku astrafobi olarak adlandırılır."astrafobi" dictionary.com  Erişim: 2 Kasım 2009

 Galeri 

 Kaynakça 

*