A villámkisülések nyomában a levegőnek különféle hangjelenségeit észleljük. A villámcsapás közvetlen szomszédságában a hanghatások aránylag egyszerűek, a távolabbi térrészekben ellenben igen bonyolultak. A beütési hely közvetlen szomszédságában csak egyetlen rövid, de igen erőteljes csattanást hallunk. A távoli villámcsapásból származó égzengés azonban már hosszú, vontatott, morajló hang, amelyen erősségbeli ingadozásokat tapasztalunk. Ezek szerint a villám hangja egy rövid, csattanásszerű hanghatásból áll, amely a villámcsapás helyének közelében észlelhető, és ehhez csatlakoznak bonyolult morajló hangok, amelyek a hangnak a légkörön át való terjedése folyamán, mint szövődmények keletkeznek. Ezeket az utólagos bonyodalmakat részben a hang visszaverődései (visszhangok) okozzák, részben pedig hanginterferencia idézi elő. Ez utóbbi abból keletkezik, hogy a villám kisülési csatornájának különböző pontjaiból érkező hangok találkoznak össze egymással. Maga az alapjelenség, a leütő villámnak a rövid csattanásszerű hangja, következőképpen keletkezik. A fővillám kialakulásakor a villámcsatorna egész hosszúságában (a mellékágakat is beleértve) ugrásszerűen igen nagy áramerősség lép fel kb. 40 milliomod másodperc alatt. Ekkor igen jelentős joule-hő fejlődik. A légköri gázok kis fajhője folytán igen magas hőmérséklet áll elő egy aránylag kis tömegű, de nagy hosszanti kiterjedésű levegőmennyiségben. V. I. ARABADZSI szovjet kutató szerint a főágban és az összes mellékágakban 10000 C0-ig szökik fel a hőmérséklet a fővillám kialakulásakor. Ez a kisülési csatorna levegőjének robbanásszerű hőtágulását okozza, aminek nyomában a környező levegőben egy lökéshullám alakul ki és ez a hangsebességet meghaladó sebességgel halad előre. Bizonyos távolság lefutása után a terjedési sebesség lecsökken a hangsebességre, a lökéshullám közönséges akusztikus hullámmá alakul át. A hangjelenség további átalakulása hosszú, vontatott, morajló hanggá mindenekelőtt annak tulajdonítandó, hogy a dörgés hangja nemcsak a földfelszínen, hanem a levegőben jelenlevő választófelületeken is visszaverődést szenved. Ebből érthető, hogy a morajló hang nemcsak hegyes vidékeken van meg, ahol a hegylejtők bőséges visszaverődési alkalmat nyújtanak, hanem síkságon, sőt még a nyílt tengeren is. Hozzájárul azonban a morajlás kialaku1ásához és a hang erősségbeli ingadozásához az is, hogy a hangforrás nem pontszerű vagy térbelileg szabályos alakú, hanem olyan levegőmennyiség, amely egy kisülési csatornát alkot, tehát hosszú, keskeny, kanyargós, ágakra szakadozó alakja van. Ezért a villámnak vannak az észlelőhöz közel eső és tőle távol eső pontjai, és az utóbbiakból a hangok jelentős késéssel érkeznek hozzá. A szabálytalan alakú villámpálya különböző részeiből hozzánk jutó hangok időnként jobban erősítik egymást, mint a közbeeső pillanatokban. A kisülés helyétől távolodva, a hangnak a színezete is megváltozik. A villámcsapás helyén a hangot magasabbnak halljuk, a távoli dörgést pedig mélyebbnek. Ennek az oka az, hogy a levegőn át való terjedés közben a nagyobb frekvenciájú hangok könnyebben nyelődnek el, messzire csak a mélyebb hangok jutnak el. Magában a mennydörgésnek az eredeti hangjában, a lökéshullámban is erősen képviselve vannak a kis hangfrekvenciák (infrahangok). Az eredeti csattanó hangban a hangenergiának a legnagyobb része a 0,25 és 2 Hz közötti rezgésszámokra, tehát az emberi fül számára nem hallható hangtartományokba esik. Bár a mennydörgés sokszor igen félelmesen hangzik, mégis a villámkisülés hatalmas arányaihoz képest aránylag gyengének mondható és nem is hallatszik el különösen messzire. Robbanások alkalmával, bárha ezekben távolról sem áll elő olyan magas hőmérséklet, mint a villámok kisülési csatornájában, a hanghatások általában sokkal erősebbek és hangjuk lényegesen nagyobb távolságban is megfigyelhető. Ennek a különbségnek a magyarázata a következőkben rejlik. Mindenekelőtt a robbanások energiája aránylag kis térfogatban összpontosul, a hangforrás közelítőleg pontszerűnek tekinthető. A villámokban a hangforrás lineáris jellegű, az energia-felszabadulás több kilométer hosszúságban van elosztva. A lehulló esőcseppek és maguk a felhőelemek is a hangenergiának egy részét elnyelik. Emellett még a zivatarfelhő különleges hőviszonyai (nagy függőleges hőmérsékleti gradiens) a levegőben terjedő hangsugarakon refrakciót okoznak, amely a hangsugarak pályájának felfelé való deformálódására vezet, és ez a talaj mentén tovaterjedő hangenergiának a gyengülését, sőt aránylag kis távolságban már a hallási küszöb alá való csökkenését idézi elő. A villamos kisülések folyamán a villamos energiának aránylag kis része alakul csak át hangenergiává. V. I. ARABADZSI vizsgálatai szerint a mennydörgésben keletkező hangenergia a villám egész energiájának egymilliomod részére becsülhető. A mennydörgés jelenségét a terepen arra szokás felhasználni, hogy közelítőleg megbecsüljük, milyen távolságban játszódott le tőlünk a villám. A villámnak a fénye ugyanis gyakorlatilag időveszteség nélkül jut el a szemünkbe. a dörgés ellenben km-enként kereken 3 s időkéséssel jut a fülünkhöz. A villámlás és a dörgés észlelése közt eltelt másodpercek számának egyharmada tehát durván megadja a villámcsapás távolságát km-ekben. Ebben a közelítő távolságbecslési módban néhány hibaforrás foglaltatik. Elhanyagoljuk azt, hogy a közeledő hang útjának első szakaszait lökéshullám alakjában futja be, a hangsebességet meghaladó sebességgel. Elhanyagoljuk továbbá, hogy a számítás a kisülési csatorna azon pontjának távolságát adja meg, ahonnan először jut hozzánk a hang, tehát a legközelebbi pontjáét. Ez a pont nem feltétlenül a villámnak a földbeütési pontja. A villámcsatornák gyakran igen kacskaringós alakúak és egy közbeeső pontjuk lényegesen közelebb eshet hozzánk, mint a végpontjuk. Mégis ez a becslési mód használható arra, hogy a zivatar erősen fejlett celláinak közeli vagy távoli voltáról tájékozódást szerezzünk magunknak.
Forrás:
Aujeszky László:
A légkör fizikája
Általános geofizika III.
Akadémiai Kiadó, 1957