Ο κεραυνός και η προστασία μας

Το άρθρο αυτό είναι αναδημοσίευμα από το προηγούμενο blog μου "mepolyaplalogia". Δημοσιεύεται και εδώ εξαιτίας ατυχημάτων από κεραυνό που έχουν συμβεί πρόσφατα στην Ελλάδα, αλλά κυρίως για να προσθέσει μια ακόμα μέθοδο προστασίας, στην παράγραφο με τίτλο: Στην ύπαιθρο.

Ο κεραυνός είναι  ένα εντυπωσιακό φυσικό φαινόμενο, το οποίο με λίγη προσοχή μπορούμε να απολαύσουμε χωρίς να κινδυνεύουμε απ’ αυτό.

Ας μην ξεχνάμε ότι ο κεραυνός αποτελούσε το χαρακτηριστικό γνώρισμα του Δια, του πατέρα των Ολύμπιων θεών.

Ακόμα ο κεραυνός, ή μάλλον τρισεκατομμύρια κεραυνών που βομβάρδισαν τη Γη στην αρχή της δημιουργίας της, πιθανώς ευθύνονται για την απελευθέρωση φωσφόρου από τα πετρώματα και για τη δημιουργία οργανικών ενώσεών του, που αποτελούν τη βάση των μορίων που είναι απαραίτητα για τη ζωή.

Εκτιμάται ότι κάθε δευτερόλεπτο πέφτουν στη γη συνολικά πάνω από 40 κεραυνοί, ενώ περισσότεροι από 2000 άνθρωποι σκοτώνονται ετήσια από κεραυνούς σ’ όλο τον κόσμο.
Η περιοχή πάντως με τη μεγαλύτερη συχνότητα κεραυνών παγκόσμια, είναι οι εκβολές του ποταμού Catatumbo στη νοτιοδυτική πλευρά του κόλπου του Maracaibo, στη Βενεζουέλα, με πάνω από 200 κεραυνούς ανά ώρα, για όλη τη νύχτα και για τις περισσότερες από τις μισές νύκτες του έτους!   

Και ενώ ένας κατακόρυφος κεραυνός δεν ξεπερνά σε μήκος τα 12km, έχουν καταγραφεί οριζόντιοι κεραυνοί με μήκος πάνω από 500km!

Όλοι λίγο πολύ γνωρίζουμε ότι πρόκειται για ηλεκτρική εκκένωση μέσα ή μεταξύ σύννεφων (το 80 % των κεραυνών), ή σύννεφου και γης (το 20 %).

Τα ηλεκτρικά φορτία δημιουργούνται στα καταιγιδοφόρα σύννεφα (τα πυκνά μαύρα σύννεφα που έχουν μεγάλη κατακόρυφη ανάπτυξη) εξαιτίας των έντονων κατακόρυφων κινήσεων του αέρα και της τριβής που προκαλείται με τους παγοκρυστάλλους που δημιουργούνται σ' εκείνα τα ύψη (άσχετα αν τελικά οι παγοκρύσταλλοι καταλήγουν στο έδαφος σαν βροχή).

Είναι χαρακτηριστικό ότι τέτοια σύννεφα αναπτύσσονται συνήθως τις απογευματινές θερμές ημέρες του καλοκαιριού και συχνά προηγούνται ψυχρών μετώπων.

Έντονη κεραυνική δραστηριότητα παρατηρείται και μέσα στα νέφη σκόνης και αερίων που εκπέμπονται κατά την έκρηξη ενός ηφαιστείου, καθώς σε αυτές τις συνθήκες αναπτύσσονται επίσης ηλεκτρικά φορτία και μάλιστα πολύ ισχυρά εξαιτίας των υψηλών ταχυτήτων των υλικών και της έλλειψης υγρασίας. Τουλάχιστον, απ' αυτούς τους κεραυνούς δεν κινδυνεύουν άνθρωποι.

Μια πρόσφατη θεωρία ισχυρίζεται ότι η δημιουργία των (μη ηφαιστειακής προέλευσης) κεραυνών ξεκινά από δέσμες κοσμικής ακτινοβολίας (πλούσιες σε ακτίνες Χ και γάμμα) που ούτως ή άλλως περιοδικά βομβαρδίζουν τη Γη, εφόσον κτυπήσουν ήδη φορτισμένα με στατικό ηλεκτρισμό σύννεφα.  

Μία από τις σπάνιες και περίεργες περιπτώσεις κεραυνού που ακόμα δεν έχει εξηγηθεί επιστημονικά πλήρως, είναι ο σφαιρικός κεραυνός, που φαίνεται να διαρκεί περισσότερο από τον συνηθισμένο και να κινείται με απρόβλεπτο τρόπο. Οι σφαιρικοί κεραυνοί φαίνεται να προκαλούνται από κλειστές δίνες (vortices), που δημιουργούνται όταν το ηχητικό κρουστικό κύμα ενός κεραυνού περιορίζεται εξαιτίας της διαμόρφωσης του εδάφους, με αποτέλεσμα το πλάσμα από τον ιονισμό της ατμόσφαιρας να παγιδεύεται και να διατηρείται μέσα στη ακουστική αυτή δίνη για αρκετά δευτερόλεπτα. Mία παραπλήσια εξήγηση (και κατά την άποψη του γράφοντος καλύτερη) είναι ότι η δίνη αυτή δεν είναι ηχητική αλλά μαγνητική (συχνά αναφέρεται σαν skyrmion) που παγιδεύει το αγώγιμο πλάσμα για αρκετά δευτερόλεπτα ανάμεσα στις στροβιλιζόμενες μαγνητικές της γραμμές.

Θα πρέπει επίσης να έχουμε υπόψη μας ότι ο κεραυνός μπορεί να χτυπήσει και έξω από την τυπική περιοχή της καταιγίδας, σε ένα κύκλο ακτίνας μέχρι και 20 χιλιόμετρα από το επίκεντρό της (κεραυνός εν αιθρία).
Είναι εξάλλου αυτοί οι κεραυνοί που προκαλούν τις πυρκαϊές, καθώς το έδαφος είναι ακόμα ξερό στη ζώνη αυτή. 

Η ενέργεια που περιέχει ένας κεραυνός δεν είναι πολύ μεγάλη (σχετικά βέβαια με την εντύπωση που προκαλεί), και είναι της τάξης των 1400 kWh (βλ. και ΥΓ2, στο τέλος του κειμένου).
Η ισχύς του όμως είναι πράγματι πολύ μεγάλη, καθώς η τάση και η ένταση του μετριέται σε δεκάδες χιλιάδες βολτ και αμπέρ, ενώ η συνολική διάρκειά του είναι μικρότερη από ένα δευτερόλεπτο.

Φυσικά η ενέργεια του κεραυνού είναι υπεραρκετή για να σκοτώσει έναν άνθρωπο, ακόμα  και χωρίς κατ’ ευθείαν πλήγμα.

Το γεγονός αυτό, καθώς και το απρόβλεπτο του σημείου πτώσης του, δημιουργούν τον ουσιαστικό κίνδυνο για τον άνθρωπο και το περιβάλλον του.

Η Ελλάδα είναι μια χώρα χαμηλής κεραυνικής δραστηριότητας στο μεγαλύτερο μέρος της, γι’ αυτό ο κίνδυνος από κεραυνικό πλήγμα είναι περιορισμένος, αλλά όχι μηδενικός. 

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ: Η προηγούμενη διαπίστωση μοιάζει πάντως αισιόδοξη στην αρχή της δεκαετίας του 2020, καθώς η κεραυνική δραστηριότητα (σαν συνέπεια του αυξημένου αριθμού των καταιγίδων) φαίνεται να έχει επίσης αυξηθεί στην Ελλάδα, και το σημαντικότερο, η χώρα μας έχει αναλογικά υψηλό ποσοστό θανάτων εξαιτίας των κεραυνών.

Αν και τυπικά η σημαντικότερη κεραυνική δραστηριότητα στην Ελλάδα συμβαίνει κατά τους μήνες Ιούνιο - Ιούλιο, ειδικά το 2020 η κεραυνική δραστηριότητα μόνον του Αυγούστου έφθασε στο 1/3 της ετήσιας, επικεντρωμένη στο βόρειο Ιόνιο.

Πέρα από τον γνωστό τύπο κεραυνού, υπάρχουν και άλλοι τύποι ηλεκτρικών εκκενώσεων που απαντώνται σε μεγαλύτερο υψόμετρο, και συνήθως δεν είναι ορατοί από το έδαφος. Η δυσκολία της μελέτης τους οφείλεται και στην πολύ σύντομη διάρκειά τους (μερικές δεκάδες ms).

Red Sprites επάνω από το ΝΑ Αιγαίο, φωτογραφημένα από τον Θανάση Παπαθανασίου τον Δεκέμβριο του 2021.

Όμως υπάρχει τρόπος να μειώσουμε στο ελάχιστο τον κίνδυνο, αρκεί να ακολουθήσουμε ορισμένους βασικούς κανόνες τεχνικής, ή συμπεριφοράς, για τους οποίους θα προσπαθήσουμε να δώσουμε παρακάτω τις βασικές αρχές.

 Αλεξικέραυνα. Πρόκειται ουσιαστικά για μια ή περισσότερες σιδερένιες ράβδους που τοποθετούνται για προστασία οικημάτων ή χώρων, σε ψηλά σημεία και συνδέονται με αγωγούς προς μία ή περισσότερες γειώσεις.

Ο ρόλος τους είναι να μειώσουν την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου τοπικά, ή εφόσον ο κεραυνός είναι αναπόφευκτος, να οδηγήσουν το ρεύμα του κεραυνού κατ’ ευθείαν στο έδαφος.

Στα αλεξικέραυνα θα πρέπει να προσεχθούν τα παρακάτω σημεία:

1.      Η τοποθέτηση των ράβδων να γίνει έτσι, που μια νοητή σφαίρα διαμέτρου 30 μέτρων, κινούμενη προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, να αγγίξει πρώτα μια από τις ράβδους πριν έλθει σε επαφή με τον χώρο που θέλουμε να προστατεύσουμε. (Αυτό επειδή έχει βρεθεί ότι η πλειοψηφία των κεραυνών προχωράει με άλματα προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, των 15 μέτρων).

2.      Οι αγώγιμες συνδέσεις να είναι σφικτές, και προστατευμένες από την οξείδωση.

3.      Η όδευση του καλωδίου να έχει τις ελάχιστες καμπύλες, και αυτές να είναι κατά το δυνατόν ανοικτές (μεγάλης ακτίνας καμπυλότητας), καθώς ο κεραυνός συμπεριφέρεται σαν υψίσυχνο ρεύμα.

4.      Η γείωση να είναι τύπου «ακτινική», σε μαλακό (αλλά όχι αμμώδες) και υγρό κατά προτίμηση  έδαφος.

Οικήματα. Σε κάθε περίπτωση (είτε το οίκημα έχει αλεξικέραυνο είτε όχι), αποφεύγετε να χρησιμοποιείτε κατά τη διάρκεια καταιγίδας ενσύρματες ηλεκτρικές συσκευές (ακόμα καλύτερα, βγάλτε τις νωρίτερα από την πρίζα για να τις προστατεύσετε) και μη χρησιμοποιείτε ενσύρματο τηλέφωνο.

Επίσης μη χρησιμοποιείτε το υδραυλικό σύστημα του οικήματος (μην πλένετε πιάτα και μην κάνετε μπάνιο), κλείστε τα παράθυρα και μη στέκεστε κοντά τους.

Το μεταλλικό περίβλημα δεν είναι απαραίτητο να είναι συνεχές για να εξασφαλιστεί επαρκής προστασία από τον κεραυνό. Η προστασία αυτή, που αναφέρεται συχνά σαν κλωβός Faraday, οφείλεται στο ότι το ρεύμα του κεραυνού σαν υψίσυχνο αναπτύσσει έντονο επιδερμικό φαινόμενο, οπότε έχει την τάση να ρέει στην εξωτερική επιφάνεια των μεταλλικών κατασκευών.

Οχήματα. Τα κλειστά μεταλλικά οχήματα (όχι τα cabrio με υφασμάτινη οροφή) και εφόσον έχουν κλειστά παράθυρα, προσφέρουν επαρκή προστασία για τον οδηγό και τους επιβάτες*. 

*Αν και συχνά ο κεραυνός προκαλεί ζημιές σε εξωτερικά εξαρτήματα, όπως κεραίες, λάστιχα κλπ, μόνο σε σπάνιες περιπτώσεις έχει διεισδύσει στο εσωτερικό του οχήματος.

Ο ουσιαστικός πάντως κίνδυνος, εφόσον το όχημα κινείται, είναι να χάσει ο οδηγός τον έλεγχο από το «ξάφνιασμα» του πλήγματος.

Ανεπηρέαστα από τους κεραυνούς είναι και τα μεγάλα επιβατικά αεροπλάνα*.

*Και εδώ έχουν συμβεί μικροζημιές στην εξωτερική επιφάνεια του αεροσκάφους σε κάποιες περιπτώσεις, χωρίς όμως να τεθεί σε κίνδυνο η πτήση.

Στην ύπαιθρο. Λογικό είναι να αποφύγουμε κατ’ αρχήν να βρεθούμε στην ύπαιθρο σε ώρα καταιγίδας, όπως και να κάνουμε εργασίες σε ταράτσες, ιδιαίτερα όταν το κτήριο ξεχωρίζει, ή υπάρχουν κεραίες τηλεόρασης, ιστοί κλπ.

Αν είναι αναπόφευκτο, θα πρέπει να αποφύγουμε να καλυφθούμε κάτω από ψηλά μεμονωμένα δένδρα ή κατασκευές, όπως και να σταθούμε κοντά σε στύλους, ή γενικά σε σημεία που προεξέχουν σημαντικά από το γύρω έδαφος.

Αν και αυτό είναι ανέφικτο, τότε να αποφύγουμε τουλάχιστον να αγγίζουμε τα προεξέχοντα σημεία (ιδιαίτερα τα μεταλλικά), και να «κάτσουμε στα πόδια μας» με σκυφτό κεφάλι και τα πόδια ενωμένα, πατώντας κατά το δυνατόν επάνω σε ξερά ξύλα.

Ο κεραυνός, αν πέσει κοντά μας, δημιουργεί σημαντική διάφορα δυναμικού (τάση) στο έδαφος και έτσι μπορεί να πάθουμε ηλεκτροπληξία.

Για τον λόγο αυτόν, αν πρέπει να περπατήσουμε ή να τρέξουμε σε ανοικτό χώρο (όπως εάν βρεθούμε σ' ένα γήπεδο και αιφνιδιαστούμε από ξαφνική καταιγίδα), θα πρέπει να το κάνουμε με τρόπο ώστε μόνο το ένα πόδι μας να πατάει στο έδαφος κάθε φορά, δηλαδή κάπως χοροπηδηχτά.

Ίχνη από πτώση κεραυνού σε γρασίδι.

Στη θάλασσα.  Αν κολυμπάμε, μια μόνο λύση: Να βγούμε από τη θάλασσα και να μη μείνουμε ούτε στη υγρή άμμο. Αν είμαστε σε μικρό σκάφος να μείνουμε καθιστοί και σκυφτοί, ενώ αν είναι ιστιοφόρο να απομακρυνθούμε από το κατάρτι (ακόμα και αν δεν είναι μεταλλικό).

Μερικές φορές, αν υπάρχει η γνωστή… ησυχία πριν την καταιγίδα, ένας επικείμενος κεραυνός μπορεί να προκαλέσει στην περιοχή του μελλοντικού πλήγματος ένα διάχυτο ελαφρύ βόμβο (σαν μελίσσι), ή παρόμοιο με αυτό των γραμμών υψηλής τάσης, και να ανορθώσει επίσης τρίχες και μαλλιά, εξαιτίας της μεγάλης έντασης του ηλεκτρικού πεδίου τοπικά.

Με τέτοιες συνθήκες, μην προσπαθείτε να απομακρυνθείτε τρέχοντας, αλλά πάρτε τη σκυφτή θέση που αναφέρθηκε προηγούμενα.

Τέλος, σ’ ένα θύμα έμμεσου κεραυνικού πλήγματος πρέπει να παρασχεθεί άμεσα η ίδια φροντίδα (δεν υπάρχει κίνδυνος για τους επεμβαίνοντας, το θύμα δεν έχει παραμένοντα ηλεκτρισμό) όπως σ’ ένα θύμα ηλεκτροπληξίας, δηλαδή τεχνική αναπνοή και ενδεχομένως και καρδιακές μαλάξεις.

ΥΓ1. Σ' ένα πείραμα στις ελβετικές Άλπεις το 2022 και σε υψόμετρο 2500m, επιστήμονες έστειλαν μία ακτίνα laser υπέρυθρου φωτός (με 1000 παλμούς το δευτερόλεπτο) να στοχεύσει σύννεφα στην περιοχή, με σκοπό να λειτουργήσει σαν αλεξικέραυνο ευρείας κλίμακας. Το πείραμα πέτυχε, καταγράφοντας 4 πλήγματα μέσα σε 6 ώρες, πολλά περισσότερα από τον μέσο όρο της περιοχής. Στην εικόνα κάτω, φαίνεται το πράσινο laser που χρησιμοποιείται για τη σκόπευση του (αόρατου) υπέρυθρου laser, το οποίο περνάει δίπλα σε έναν μεταλλικό πύργο ύψους 124m, πάνω στον οποίον καταλήγει ο κεραυνός.

ΥΓ2. Πολλοί αναρωτιούνται αν θα μπορούσαμε να αξιοποιήσουμε την ενέργεια των κεραυνών.

Όμως, παρότι τα οπτικά και ηχητικά φαινόμενα ενός κεραυνού είναι εντυπωσιακά, το μεγάλο μέρος της ενέργειάς του ξοδεύεται σ' αυτά (ουσιαστικά στην τροφοδότηση του πλάσματος που δημιουργείται από την υπερθέρμανση του αέρα), και μόνο το 10% θα μπορούσε να συλλεχθεί σαν ηλεκτρική ενέργεια.

Ένας τυπικός κεραυνός των 30.000Α, εκλύει ενέργεια περίπου 5GJ, που αντιστοιχούν σε λιγότερες από 1400kWh. Το 10% απ' αυτήν την ενέργεια, που είναι αξιοποιήσιμη ηλεκτρικά, είναι 140kWh, όση περίπου είναι η ηλεκτρική κατανάλωση ενός μέσου σπιτιού για σχεδόν 10 ημέρες.

Και βέβαια χωρίς να υπολογίσουμε την υποδομή που χρειάζεται για να σταλεί αυτή η ενέργεια στο δίκτυο, και την απροθυμία του κεραυνού να χτυπήσει επανειλημμένα στο ίδιο σημείο, κάτι που έχει σχολιαστεί ακριβώς πριν (ΥΓ1).

                                                                                                                    Γ. Μεταξάς