ברק ורעם

סופת ברקים (צילום: איי פי)

ענן סערה הוא גוש גדול של אדי מים מעובים בחלקם, שגובה בסיסו מעל פני הקרקע כמה מאות מטרים או פחות (גובה ראשו עשוי להגיע לקילומטרים רבים). בתוך הענן נוצרים פתיתי שלג, גושי ברד וטיפות גשם, ואלה מתנגשים זה בזה בהתמדה עקב הרוחות העזות שמטלטלות את הענן. תוך כדי כך, בתהליך שפרטיו המדויקים עדיין אינן ברורים עד תום, מתרכז מטען חשמלי שלילי בחלקו התחתון של הענן, ואילו חלקו העליון רוכש מטען חיובי.

נראה שהסיבה לכך נוגעת לדינמיקה הפנימית של גושי קרח גדולים יחסית (כדורי ברד למשל). גוש כזה אינו קופא בבת אחת: חלקו החיצוני הופך לקרח תחילה, והחלק הפנימי נשאר נוזלי וחם יותר לפרק זמן קצרצר (הרבה פחות משנייה אחת). במצב זה גורם התוצא (אפקט) התרמו-חשמלי לכך שהחלק שכבר קפא רוכש מטען חיובי, ואילו החלק החמים יותר נעשה שלילי. אז קופא גם החלק הפנימי, ומכיוון שהמים מגדילים את נפחם כשהם קופאים, מתרסק גוש הקרח. רסיסיו הקטנים יותר, נושאי המטען החיובי, מרחפים כלפי מעלה בענן, ואילו החלק הפנימי הגדול והכבד יותר שוקע מטה.

כך מצטבר בהדרגה מטען שלילי גדול בבסיס הענן, ונוצר הפרש פוטנציאלים (מתח חשמלי) בין בסיס הענן לבין הקרקע. האוויר הוא מבודד חשמל טוב למדי, אבל הפרש הפוטנציאלים גובר בסופו של דבר על התנגדותו, וזרם של אלקטרונים מתחיל לנוע כלפי מטה, לעבר הקרקע.

תנועת הזרם מייננת את האוויר במקום שבו נע הזרם, וכאשר הזרם מגיע לגובה של כמה עשרות מטרים מעל פני הקרקע, מתחילים מטענים חיוביים לזרום לעברו מן הקרקע. מהנקודה שבה נפגשים שני הזרמים ממשיך הזרם החיובי לעלות אל הענן, בנתיב האוויר המיונן שנעשה לפיכך מוליך טוב. כשהוא מגיע אל הענן, נשלח זרם שוב מן הענן, והפעם הוא מגיע עד פני הקרקע. זהו בעצם הברק שאנו רואים.

התהליך כולו מתרחש פעמים אחדות בזו אחר זו, אולם הפרש הזמנים בין פעם לפעם נמדד במאיות שנייה, ולכן אנו רואים הבזק יחיד שהוא בו-זמני לכל אורכו. לרוב הברק נע בזיגזג ואף מסתעף; הדבר תלוי בשוני בין התנגדויות מקומיות באוויר שבו הוא עובר.

כמויות האנרגיה המעורבות בתהליך זה הן אדירות. המתח בין בסיס הענן לבין הקרקע נע בין 20 ל-100 מיליון וולט. עוצמתו של זרם הברק מגיעה בדרך כלל עד 10,000 אמפר (אם כי היא עשויה להגיע לערך גדול מזה פי עשרה או עשרים), וההספק - עד מיליארד קילווט.

ברקים בצפון הארץ, 2004 (צילום: חגי אהרון)

סוג אחר של ברקים אנו מוצאים בתוך העננים עצמם, או בין ענן לענן. כאמור, חלקו העליון של הענן רוכש מטען חיובי בעוד שהחלק התחתון שלילי, וגם כאן יש הפרש פוטנציאלים המתפרק לעתים. ככל שבסיס הענן גבוה יותר מעל פני הקרקע, כן גדלים הסיכויים שהברק יהיה פנימי.

מעבר הזרם החשמלי באוויר ויינונו גורמים להתחממות האוויר לאורך הנתיב עד כדי 30,000º צלזיוס. התפשטות האוויר עקב החום העז יוצרת גל הלם, דומה ל"בום" העל-קולי של מטוסי סילון. התפשטות גל הלם באוויר אינה אלא גל קול, הקרוי בפינו רעם. מהירותו של האור גבוהה במידה ניכרת מזו של גלי הקול ועל כן אנו רואים את אור הברק לפני שמיעת קול הרעם.

תופעה מוזרה מאוד, שעודנה בגדר תעלומה מבחינות רבות, היא כדור הברק. צופים רבים דיווחו על הופעתו של כדור זוהר בחלל האוויר, לרוב קרוב לפני הקרקע אך לעתים אף בתוך מטוסי נוסעים ברום גבוה, או ליד קווי חשמל על-קרקעיים. קוטר הכדור עשוי להגיע עד מטר אחד, וצבעו לבן בדרך כלל, אך לעתים כחול או כתום. לפעמים הוא מרחף בעצלתיים, ולפעמים הוא טס במהירות עצומה. היו כדורי ברק שחדרו לתוך בתים, דרך חלונות, דלתות וארובות.

המדע טרם מצא הסבר לתופעה זו, אם כי ייתכן שאפשר להסבירה כיינון מקומי באוויר בתנאי הפרש הפוטנציאלים הכרוכים בסערת ברקים "רגילה".

הברק הוא תופעת טבע מרשימה, אך סכנותיה חמורות. פגיעת ברק באדם עלולה לגרום למותו, או לפחות לפגיעה גופנית קשה. ברקים גורמים לשריפות, עקב חימומו העז של האוויר בנתיבם. פגיעת ברק בתחנת כוח עלולה להוציאה מכלל פעולה, כפי שקרה באשקלון בדצמבר 1992.

בנג'מין פרנקלין, המדינאי והמדען האמריקאי, היה הראשון שעמד על כך שהברק הוא תופעה חשמלית, כאשר הפריח

עפיפון בעיצומה של סערת ברקים, נגע במפתח ברזל שהיה קשור לחוט העפיפון, ספג הלם קשה - וקבע לשביעות רצונו שהברק הוא התפרקות חשמלית.

במהלך השנים לאחר מכן ניסו מספר חוקרים לחזור על הניסוי, אחדים מהם אשר לא נקטו אמצעי זהירות הולמים שילמו על כך בחייהם.

ב-1749 הגה פרנקלין את רעיון "כליא הברק". מוט מוליך שיוצב במקום גבוה יגרום לכך שהמטען החשמלי היוצא מהאדמה בתהליך הברק יעבור דרכו, ולפיכך לא יפגע במקומות אחרים. רעיון זה יושם במהירות באמריקה, וכיום הוא נפוץ בכל רחבי העולם.