Tartalom:

A pozitív és negatív villámok

"Megavillámok"

A villámcsapások lefolyása

Az elővillámok kialakulása és előrehaladása

A fővillám kialakulása

Különbségek a pozitív és a negatív villámok későbbi lefolyásában; többszörös villámok

A villámok hatásai

Villámfészkek és villámklíma

A zivatarok villamos erőterének hatásai a földfelszíni tárgyakon: másodlagos villámütések, csúcskisülések és koronakisülések

Különleges kisülési jelenségek: felhőközi villám, felületi villám, gyöngysorvillám, gömbvillám

Saját villámfotóim

Bevezetés

A villámok lefolyásáról és fizikai lényegéről ma már nagyon részletes ismereteink vannak. Bár a kiinduló jelenségről, a nagy potenciálgrádiensek keletkezési módjáról, ma még különféle elméletek lehetségesek; de a nagy potenciálgrádiens jelenlétében szükségképpen kialakuló hatalmas szikrakisülés lefolyását ma már részletesen ismerjük és ennek összes mozzanatai könnyen meg is magyarázhatók. A villámkutatás a meteorológián belül is fiatal kutatási ágnak számít, holott az egész meteorológia is a fiatal tudományok közül való, amelynek fejlődése csak az anyatudománynak, a fizikának bizonyos előhaladási fokán vált lehetségessé. Ennek fő oka az, hogy a villám a gyorslefolyású jelenségek, közé tartozik. A villámkutatás megvalósulásának nélkülözhetetlen eszköze volt az, hogy a villamos műszertechnika olyan készülékeket állítson elő, amelyek a gyorsan lefolyó természeti jelenségeket egy milliomod másodperc mértékű pontossággal tudják megörökíteni. Jelenleg a villámkutatás fő eszköze a nagy érzékenységű katódsugár-oszcillográf. Segítségével a villamos térerősség rövid ideig tartó változásait a kívánt finomsággal tudjuk tanulmányozni.

A villámkutatás egyik alapténye, hogy a felhő és a földfelszín közt végbemenő kisülések (ún. villámcsapások vagy leütő villámok) lefolyása lényegesen más és sokkal bonyolultabb, mint a felhő két pontja közt lejátszódó felhőközi villámoké (lásd: Különleges kisülési jelenségek).

Már a legelső oszcillográf-felvételekből is kitűnt, hogy a villám nem váltóáramú kisülés, hanem egyenáramú fényív. Eszerint minden villámkisülésnek van pozitív és negatív pólusa, amelyek a kisülés folyamán nem cserélődhetnek fel egymással. A leütő villámoknál ebből a következő érdekes kérdés adódik. A leütő villám egyik pólusa a felhőben van, a másik pedig a földfelszíni beütési helyen. Vajon melyik ezek közül a villámnak a pozitív pólusa melyik a negatív? A katódoszcillogrammok azt bizonyítják, hogy a villámcsapásoknak kb. 50%-ában a felhőben fekszik az anód, a többieknél a földfelszínben. A villámcsapások elnevezése a felhőbeli pólusnak az előjele alapján történik: pozitívnak vagy negatívnak hívjuk a leütő villámot aszerint, hogy a felhő a kisülésnek anódja-e vagy katódja. A pozitív és negatív villámok viselkedésében egyéb lényeges különbségek is megnyilvánulnak. A pozitív villámok válogatás nélkül ütnek bele legkülönfélébb tereptárgyakba, néha fémekbe, máskor gyúlékony szigetelő anyagokba is, de az utóbbiakat nem mindig gyújtják fel (nagy részük úgynevezett ?hideg? villámcsapás, amely túl rövid ideig tart ahhoz, hogy éghető anyagokat gyulladási hőmérsékletig felhevítse). A negatív villám egyik érdekes tulajdonsága, hogy a földfelszíni tárgyak szerint megválogatják leütési helyeiket, elsősorban a jó vezetőkbe és a kiemelkedő tárgyakba ütnek bele; ezekben igen nagy hőhatást fejtenek ki és a velük érintkező gyúlékony anyagokat igen könnyen lángra lobbantják. A továbbiakban a leütő villámok lefolyásának részletesebb leírását adjuk. Meg kell különböztetni az egyes ionok mozgásának irányát és sebességét a kisülési jelenség terjedésének irányától és sebességétől. A kétféle előjelű ionok a térerősségnek megfelelő irányban és olyan sebességgel mozognak, amelyet térerősség és az ellenállási viszonyok szabnak meg. A kisülési jelenség (kisülési csatorna) meghosszabbodása viszont a villamos erőtér átalakulásától függ, és sokkal nagyobb sebességgel mehet végbe, mint maguknak az ionoknak a mozgási sebessége.

2011. június 30-án az RTL-KLUB híradója szerint egy megavillám csapott be Budapesten az Óbudai Rendőrfőkapitányság épületébe: http://www.rtlklub.hu/hirek/belfold/video/133615

A megavillámok multicellás (több zivatarfelhő van összeolvadva) zivatarokban fordulnak elő, feltehetőleg akkor, amikor a felhők különböző pontjaiból felhalmozódó hatalmas mennyiségű elektromos töltés kisül és egy vonalba (a villám vonalába) összefüggően koncentrálódva levezetődik a talajba. Egy ilyen megavillám hossza akár 50-100 km hosszú is lehet! Több felvételem is megörökített már hasonló jelenséget: 2007. augusztus 20-án 19 óra körül Pécelen a már távolodó vonalba rendezett zivatarfelhőzet üllőrendszerében hatalmas villám száguldott végig! Az üllőrendszer kb. 10 kilométer magasan szokott lenni. A kép láttán el lehet képzelni a villám hatalmas méretét: A villámot hangfelvételen is sikerült megörökíteni: http://www.freesound.org/samplesViewSingle.php?id=39881 2008 gyakorlatilag a megavillámok éve volt. A Youtube-on megtekinthető ‘Huge Lightning Storms 2008’ című videóm (http://www.youtube.com/watch?v=HncIBNgBhjg) 1. percében szereplő április 21-i viharban keletkező villámok többsége gyakorlatilag megavillám volt. 2008. június 8-án délutánján Pécel környékén kialakult egy hatalmas megavillám. Mivel fényes nappal volt, ezért a villámról nem készült fénykép. Az ablakra akasztott MP3 lejátszóval viszont sikerült megörökíteni a gigászi villám hangját: http://www.freesound.org/samplesViewSingle.php?id=54956 A normál villámok általában elágazóak, a főághoz képest a mellékágak jól látszódnak és sok van belőlük. Hangjuk közelükben aránylag éles, ám távolodva arányosan halkul. A megavillámok főága igen fényes, kevés, de igen erős mellékágaik van, hangjukban a távoli morajlásszerű hangok előtt és után egyaránt lehetnek éles durrogó, remegő hangok, amik feltételezhetően az energia koncentrálódási pontjain keletkeznek. Ezek a villámok több összeolvadt zivatarfelhők együttesében alakulnak ki és minél hosszabb, vagy nagyobb egy zivatarrendszer, annál hatalmasabbak lehetnek.

A légkori önálló kisülés keletkezéséhez szükséges 104 volt/cm nagyságrendű potenciálgrádiens több nagyságrenddel túlhaladja a szépidőállapotban fennálló függőleges potenciálgrádiens értékét. A villámok keletkezésének egyik előfeltétele tehát abban áll, hogy a levegőben a potenciálgrádiensnek lényegesen meg kell növekednie. Ez a feltétel tapasztalás szerint csakis a Cumulonimbus-felhőknek azokban a részeiben szokott teljesülni, amelyek éppen az igen heves csapadékképződés stádiumában vannak. A Cumulonimbus-felhők pontosabb vizsgálata azt mutatja, hogy a felhőtömeg nem egységesen fejlődik, hanem egy-egy összefüggő zivatarfelhő bizonyos kisebb önálló részekből, úgynevezett zivatarcellákból tevődik össze, amelyek szorosan egymás mellett fekszenek. Mindegyik zivatarcella szabályos fejlődési cikluson megy át, amelyben több időszak különböztethető meg a kezdeti stádiumtól a csapadék megszűnéséig de az egymás melletti cellák különböző sebességgel futják végig ezt a fejlődést. Nagyobb zivatarban a leggyorsabban fejlődő cellák már elhalófélben vannak, amikor a többiek még hevességük tetőfokához közelednek, sőt utólag még egészen új cellák is kialakulhatnak, ami a zivatar tartamát meghosszabbítja. A villámok azonban nem mindegyik cellában egyszerre jelentkeznek, hanem mindig csak azokban, amelyek a heves csapadékképződés ciklusában vannak. Ma még nincsen minden részletében tisztázva, hogy a Cumulonimbus-felhők heves csapadékot szolgáltató részeiben pontosan milyen folyamatok vezetnek a nagy villamos potenciálgrádiensek keletkezésére. Heves csapadékhullás alkalmával ugyanis több olyan folyamat lép fel, amely nagy mennyiségű villamos töltés keletkezésére és az ellentétes előjelű töltések térbeli szétválasztásaira vezethet. Ezt a jelenséget a Cumulonimbus-felhő polarizálódásának szokás nevezni. A heves nagycseppű esők lehullása közben többek közt az ún. balloelektromos jelenség (más néven Lénárd-effektus, vízesés--effektus) termel jelentős mennyiségben villamos töltéseket, ugyanaz a jelenség, amely a nagy vízesések cseppekké szétporladó víztömegen is fellép. A balloelektromos jelenség lényege a következő: A lehulló vízcseppek felszínen a jól ismert villamos kettős réteg található (legkívül egy monomolekuláris réteg negatív töltésekkel és közvetlenül alatta egy másik monomolekuláris réteg pozitív töltésekkel), amelyek egymás hatását kifelé teljesen közömbösítik, a vízcseppet kifelé elektromosan semlegessé teszik. A Cumulonimbusok heves, turbulens jellegű felszálló mozgása azonban a felhőben képződő maximális nagyságú esőcseppek felszínéről igen kis cseppek koszorúját tépi le. Ezek a kis cseppek a negatív töltéseket foglalják magukban és könnyűségük miatt a felszálló áramban gyorsan a magasba emelkednek. Az esőcsepp tömegének túlnyomó része azonban együtt marad, és tovább folytatja lefelé való esését, magával szállítva a pozitív töltéseket. Ez a jelenség kétségtelenül alkalmas arra, hogy a heves esőt adó Cumulonimbusban töltéseket létesítsen, és ellenkező előjelű töltések gyors térbeli szétválasztásáról gondoskodjék. A balloelektromosság azonban nem lehet a zivatarvillamosság egyedüli forrása. Újabb kutatóeszközök (radar) segítségével kiderítették, hogy a Cumulonimbus polarizálódásának folyamata általában a 0 fokos izotermafelület közelében indul meg és a zivatar későbbi fejlődése folyamán még lényegesen nagyobb magasságba is átterjed. Ezek szerint az elektrifikálódás olyan szintekben is végbemegy, ahol elolvadófélben lévő, illetőleg el nem olvadt csapadékelemek vannak jelen. Ezért a Cumulonimbus polarizációjának magyarázatára szolgáló úgynevezett zivatarelméletek sorában a most vázolt Lénárd-Simpson-féle elmélettel szemben más, újabb elgondolások kerültek előtérbe.

Igen nagyszámú oszcillografikus megfigyelésből, valamint forgólencsés fényképfelvételekből tudjuk, hogy a lecsapó villámok kialakulásának és lefolyásának története a következő. A kisülés bevezető része az úgynevezett elővillám (vezetőkisülés), amely többnyire a felhőben kezdődik s onnan lefelé terjeszkedik. Ez még meglehetősen gyenge ívkisülés, amelynek aránylag csekély a fénye, sőt néha nem is eléggé fényes ahhoz, hogy szemünkkel megláthassuk, de forgólencséjű fényképezőgéppel meg lehet örökíteni. Jelentősége abban van, hogy előkészíti azt a kisülési pályát, amelyen az igazi villámkisülés végbe fog menni. A pozitív villámcsapásoknak az elővillámaiban pozitív ionok jönnek a felhőből a földfelszín felé, a negatív villámoknak az elővillámaiban pedig negatív ionok közelednek a felhőből a földfelszínhez. Amikor az elővillám lejut a földfelszínig, akkor ugyanebben a kisülési csatornában megindul egy sokkal erősebb ívkisülés, az ún. fővillám, amely a villám vakító fényét szolgáltatja. Ez az új erőteljes kisülés mindig a földfelszínen kezdődik meg és innen terjeszkedik a felhő felé. A fővillám izzó kisülési csatornájának keresztmetszete eleinte csak néhány négyzetcentiméter, később azonban néhány négyzetdeciméterre is kitágulhat. A pozitív villámcsapások fővillámában negatív ionok száguldanak a földről a felhő felé, a negatív villámok fővillámában pedig a földből pozitív ionok özönlenek felfelé. Az áramintenzitás az elővillámban átlagosan 100 amper, a fővillám teljes kifejlődése idején a fentebb már említett 20 000-30 000 amper átlagos intenzitás lép fel.

Az elővillám fokozatos térbeli meghosszabbodása a felhőtől a földfelszínig aránylag még meglehetősen lassan történik, átlagosan 10000 milliomod másodpercet vesz igénybe. Lefelé való terjedése nem egyenletes sebességgel megy végbe, hanem ismételt előretörésekkel, amelyeket pihenési szintek szakítanak meg. Az egyes előretörések alkalmával az elővillám 50-100 méterrel hosszabbodik meg lefelé és az előretörés 1-2 milliomod másodpercig tart. Utána aránylag hosszú (50 milliomod másodperc) szünet következik. Eközben az elővillám fényessége kissé csökken. A legközelebbi előretörés mindig a meglevő elővillám legelső pontjából indul ki, fellépésekor az egész elővillám-csatorna fényessége megnövekszik, de a legújabb szakasz mindig a legfényesebb. A lefelé terjeszkedő elővillám tekervényes alakú. Nincsenek ugyan rajta olyan éles törések, amilyenekkel a villámot rajzokon jelképezni szokás, de kígyóvonalszerű alakja van. Gyakran megtörténik, hogy a kifejlődő elővillám pillanatnyi végpontjából a legközelebbi előretöréskor nem egy, hanem két irányban halad tovább a kisülés, vagyis az elővillám kettéágazik. Később minden egyes ág önállóan fejlődik tovább és ismételt szétágazások következhetnek be. Hogy az elővillám hány ágra szakad és ezek milyen alakúak, az attól függ, hogy az illető levegőben milyen töltés-felhalmozódások vannak már jelen és ennek megfelelően milyen irányú és erősségű villamos erőtér áll ott fenn. Mire az elővillám a földfelszín közelébe jut, olyan képet nyújthat, amely bizonyos fokig hasonlít egy tengerbe ömlő folyó deltarendszeréhez. Ezek közül az ágak közül azonban csak egy jut el a földfelszínig, csak ez az egy indítja meg ott a fővillám keletkezését. A többi ág meddő marad, mert előrehaladása megszakad, amikor az első ág érintkezésbe jutott a földfelszínnel. A fővillámot az elővillámnak azon ága váltja ki, amely először jut le kb. 5 méternyire a földfelszín valamely kiemelkedő, jól vezető objektumához. Ekkor a földfelszín felől elébe siet egy felfelé tartó, néhány méter hosszúságú kis elővillám. Egyesülésük pillanatában teljessé válik a jól vezető összekötő csatorna a felhőtől a földfelszínig, és ezen keresztül azonnal megindul a földből felfelé a hatalmas fővillám. Természetesen az elővillámok felülről lefelé való terjedésének most leírt folyamata nem azt jelenti, hogy van olyan ion, amely a leírt idő alatt lerohan a felhőből a földfelszínig a megadott sebességekkel. A közölt sebességek magának a kisülési folyamatnak a lefelé való terjedésére vonatkoznak, tehát a villamos erőtér bizonyos megerősödéseinek a továbbhaladási sebességeit képviselik. A tér megerősödése az ionok heves mozgását indítja meg, ezáltal a levegőben nagy energiájú ütközéseket, ütközési ionizációt, hő- és fényfejlődést idéz elő, tehát a kisülési jelenség előhaladását okozza anélkül, hogy maguknak a mozgó ionoknak is ennyire nagy sebességet kelljen felvenniük.

Mihelyt az elővillám valamely ága megszakítás nélküli ionizált pályát létesít a felhő és a földfelszín között, megindul ezen a jól vezető pályán át az a sokkal erősebb kisülés, amelyet fővillámnak nevezünk. A fővillám pontosam követi a földig érő elővillám-ágnak a pályáját, alulról felfelé előhaladva hatalmas fénylést okozva benne. Mikor ez a fénylés eljut az elővillám elágazási pontjaiba, akkor a mellékágakba is egymás után behatol. A nagy fénylésnek a földfelszíntől a felhőig való előnyomulásához átlagosan 40 milliomod másodperc szükséges. Ez annyit tesz, hogy a fővillám jelenségének felfelé való előnyomulása sokkal gyorsabban megy végbe, mint az elővillám lefelé való terjeszkedése; a sebesség kb. tizedrésze a fénysebességnek ismét hangsúlyozzuk, hogy nem az egyes ionoknak, hanem a kisülési jelenség tovaterjedésének van ilyen óriási sebessége. A fővillám nagy fényessége kisülési csatornájának felfelé való terjedését szemünk természetesen nem veszi észre, ezt a jelenséget csak a villámkutatás nagy időbeli felbontóképességű műszerei tették kimutathatóvá. Az elővillám befejeződésétől számított kb. 40 milliomod másodperc elteltével, mint említettük, a fővillám már teljes hosszúságában kialakult. Ezzel a jelenségnek azonban még nincsen vége, mert a fővillám a létrehozott, erősen ionizált kisülési pályán át meglehetősen hosszú ideig folyik tovább. A fővillám néhány százezer milliomod másodpercig is fennállhat (tized másodperc). A fővillám áramerőssége ezen az aránylag hosszú időn belül nagy ingadozásoknak van alávetve; ez magyarázza meg a villámok erős indukciós és önindukciós hatásait. Gyakorlatilag a felhőből kiinduló elővillám kialakulási időtartama - a legelső felvillanástól egészen addig eltelt idő, amíg összeér a felhőből kialakult elővillám a földfelszín tereptárgyiból kinyúló kis elővillámokkal - átlagosan kb. 0,02-0,04 másodperc közötti időtartam szokott lenni.

Az elővillám és a fővillám eddig leirt jelenségei egyformán megtalálhatók mind a pozitív, mind a negatív villámoknál, mindössze azzal a különbséggel, hogy a kétféle villámban a töltések ellenkező irányban mozognak. A jelenség későbbi lefolyásában azonban lényeges különbség mutatkozik a pozitív és a negatív villámok között. A pozitív villámok ugyanis a fővillámnak a fokozatos legyengülésével befejeződnek. A negatív villámoknál azonban a fővillám kialvása után egy új elővillám fut le a meglévő pályán, és ennek földre érésekor egy új fővillám indul ki a földfelszínről. Ez a játék még többször is megismétlődhet. A negatív villámok tehát mindenkor egynél több elővillámból és fővillámból állnak, sőt olykor az elővillámok és fővillámok váltakozásának egész sorozatából tevődnek össze. (Kétszeres és többszörös villámok) A második és a későbbi elővillámok annyiban különböznek az első elővillámtól, hogy ezek már nem akadozva, nekifutások sorozatával hosszabbodnak meg lefelé, hanem egyenletes sebességgel végigfutnak a készen meglevő ionozott pályán. Ezeket a gyorsan lerohanó elővillámokat dárdavillámnak vagy rohanóvillámnak nevezi az irodalom. A kétszeres és többszörös villám nem azt jelenti, hogy két vagy több negatív villám sűrű egymásutánban követi egymást. Itt sokkal bensőbb kapcsolat van az egymásra következő fővillámok közt, mert mindegyik ugyanazon a kisülési csatornán halad át, amelyet a legelső elővillám kialakított. A negatív villámok többszörös volta azt jelenti, hogy, a jelenség időtartama is többszöröse a pozitív villámok időtartamának. Így azok a tárgyak, amelyekbe a negatív villám belecsap, huzamosabb időn át vannak kitéve a villám különféle hatásainak, többek közt a hőhatásoknak is. Ez a huzamos hőhatás teszi lehetővé azt, hogy az éghető anyagok elérjék gyulladási hőmérsékletüket. A ?hideg? pozitív és a ?meleg? negatív villámok tehát nem abban különböznek egymástól, hogy a ?hideg? villám csatornájában a levegő alacsonyabb hőmérsékletű volna, hanem abban, hogy a magas hőmérsékletek rövidebb ideig állnak fenn benne.

Egy többszörös lecsapó villám lecsapásának folyamata. (A képkockák között 1/30-ad másodperc a különbség):

A villámok leütési helyei

Régóta ismeretes, hogy a villámok jelentős része a földfelszínből kimagasló vezető testekbe üt bele. A régebbi megfigyelések azonban látszólag úgy mutatták, hogy a villám szeszélyesen választja meg a leütési helyeit: elég gyakran az említett szabálytól eltérően, a kiemelkedő fémtestekkel nem törődve, egy szomszédos mélyedésbe sújthat bele. Előfordulnak villámcsapások mély útbevágásokban is, mégpedig úgy, hogy a bevágásnak a szélén álló kiemelkedő fákat és fémes vezetőket nem éri a villám. Ma már sok adat szól amellett, hogy a villám kétféle viselkedése a pozitív és negatív villámok eltérő természetéből származik. A negatív villámok elsősorban. a kiemelkedő fémtestekbe ütnek bele, a pozitív villámok ellenben a földalatti jólvezető rétegeket keresik. Ebből az is következik, hogy az épületek kimagasló pontjai fölé kinyúló villámhárítók elsősorban a negatív villámokat fogják fel, a pozitívok ellenben könnyen érhetik az épület alacsonyabb részeit. Minthogy a gyújtó villámok a negatív villámok közül kerülnek ki, ez már egymagában is azt mutatja, hogy a jól szerkesztett villámhárító berendezés az épületeket lényeges védelemben részesíti. A pozitív villámok ellen való védekezés biztosítása érdekében a korszerű villámhárítók az épület alacsonyabb részeinek tetőzetét is behálózzák levezető fémpályákkal, amennyiben az egész épületet madárkalitkához hasonló módon fogják közre fémes vezetőpályákkal. A villámkutatásnak egyik sokat használt és egyszerű eszköze, hogy a távvezetékek nagyszámú oszlopaira könnyen mágneseződő hengerkéket helyeznek és a villámok nyomán előálló mágneseződés alapján állapítják meg az illető vezetékoszlop közelében lejátszódó villámcsapások irányát, így elsősorban azokét, amelyek magába a távvezetékbe ütöttek bele. Ez az adatgyűjtési mód azt mutatta, hogy a felvételeken többségben vannak a negatív villámok. Ezért sokáig az a felfogás volt elterjedve, hogy a villámok közt több a negatív villám, mint a pozitív. Ma tudjuk, hogy ez csak az észlelési módszer egyoldalúságából származó tévedés volt. Vannak zivatarok, amelyekben valóban többségben vannak a negatív villámok, de vannak olyan zivatarok is, amelyek túlnyomólag pozitív villámokat hoznak. Hosszabb időszakokból és nagyobb területekről képzett átlagértékek azt mutatják, hogy a kétféle villám a természetben nagyjában egyenlő számban képződik.

Évszázadok óta megfigyelt, de a legutóbbi időkig meg nem magyarázott tény volt az, hogy bizonyos helyeken a villámcsapások gyakoribbak, mint máshol: az egyes területek villámklímájában lényeges különbségek vannak. Nem tekintve azt az eltérést, hogy maguk a zivatarok sem ugyanolyan gyakran lépnek fel a különböző vidékeken, meg az egyes zivatarokon belül is a villámoknak bizonyos kedvelt leütési helyei jelölhetők ki, az ún. villámfészkek, ahol a villámcsapások feltűnően gyakran ismétlődnek meg. Ezeknek a helyi különbségeknek az okát ma már eléggé pontosan ismerjük. Tudjuk mindenekelőtt, hogy a villámfészkeknek kétféle fajtájuk van. Az egyik fajta villámfészekben valamilyen messze kiemelkedő, jólvezető test van jelen, p1. távvezetéki fémoszlop, antennatorony, fémből épült víztorony stb. A másik fajta villámfészket az jellemzi, hogy a talajban vagy az altalajban különlegesen jól vezető közeg van jelen (vízfolyás, földalatti vízér, jól vezető kőzetréteg, erősen ionizált levegőt tartalmazó barlangüreg stb.)

A zivatarok folyamán fellépő nagy feszültségkülönbségek és hirtelen fellépő villamos térerősségi változások néhány érdekes jelenséget vonnak maguk után a földfelszíni anyagokon. A jobb vezett5képességfi anyagokon a villámok indukció útján hirtelen áramlökéseket létesítenek. Fémtárgyakból, kivált, ha függőleges helyzetűek (fémoszlopok, fémből való kémények, tornyok) villamos szikrák ugorhatnak ki akkor is, ha a villám nem ütött beléjük, hanem csak a közelükben játszódott le. Ilyen másodlagos kisülések éppen olyan veszedelmesek lehetnek az élőlények számára, mint maga a villámcsapás. Az erős villamos erőterek a fémtárgyakon megosztás útján jelentős sztatikus töltéseket is létrehoznak. A tárgyak éles szegélyein, különösen pedig a felfelé csúcsban végződő testeken megindul a töltések kiáramlása és még kisméretű önálló kisülés is megindulhat, amely fényjelenséggel jár (Szt. Elmo tüze, más néven Castor és Pollux-jelenség). A nagy feszültségű villamos légvezetékeken a zivatarok folyamán veszedelmes mértékű túlfeszültségek lépnek fel, éspedig nemcsak a vezetékeket ért közvetlen villámcsapások (többnyire negatív villámok) nyomában, hanem sokszor azáltal is, hogy a vezetéket közvetlenül nem érő villám indukció útján idéz elő feszültségnövekedést. A túlfeszültség alatt álló nagy feszültségű vezetéknek a légkör fele való veszteségei (ún. korona-kisugárzás) ezáltal lényegesen megnövekedhetnek. Különösen nagy túlfeszültségek bekövetkezésekor a távvezetékek különböző fázisú huzalai között, vagy a fázishuzalok és a felettük villámvédelmi célból kifeszített földelőhuzalok között önálló kisülés állhat elő (zivatarokozta átívelés).

Fordított irányú elővillámok

Az elővillámok többsége a leirt módon a felhőből a földfelszín felé terjeszkedik, de vannak egyes villámcsapások, amelyekben az elővillám a földfelszínről indul ki és a felhő felé halad elő. Ez olyan helyeken történik meg, ahol a földfelszínen több száz méteres magasságba kiemelkedő objektum (felhőkarcoló, antennatorony, hegycsúcs) van. Itt az elővillám éppen egy alulról felfelé fejlődik, mint maga a fővillám. A fordított irányú elővillám annak következménye, hogy a kiemelkedő vezető tárgyak maguk felett a villamos potenciálfelületek erős összesűrűsödését idézik elő és ez az összesűrűsödés elegendő a zivatar folyamán arra, hogy egy előkisülést önállóan is kialakítson.

Az előző pontokban ismertetett, gyakran előforduló lecsapó villámokon kívül a villámkisülésnek vannak még más, különleges alakjai is. A felhőközi villámok olyan villámkisülések, amelyeknek mindkét elektródjuk felhőben van. Olykor igen nagy vízszintes távolságokat hidalnak át, 10 km-nél hosszabb példányokat is megfigyeltek már. Két különálló Cumulonimbus között, vagy egyazon Cumulonimbusnak két cellája között alakulnak ki. Fény- és hanghatásaik nem olyan nagyszabásúak, mint a leütő villámoké, amelyeknél az erőteljes fény- és hangjelenségek különben is csak a kisülésnek egy részét kísérik, a földfelszínből kiinduló fővillámot, ez pedig a, felhőközi villámoknál egészen hiányzik. Az úgynevezett felületi villámok egy-egy felhőrészletnek a felvillanásából állnak. Kisülési csatornát nem látunk, csak egy nagyobb felhőfelszínnek a fénylését. Felmerült az a feltevés, hogy ilyen esetben nem is kisülést látunk, hanem csak egy távolabb lejátszódott lecsapó villámnak a visszfénye világítja meg a felhő felszínét. Ezt a kényelmes magyarázatot azonban megcáfolta a színképi vizsgálat, mert ebből kitűnt, hogy a felületi villám színképe nem származhat egy leütő villám fényének tükröződéséből. Egyes megfigyelők arról is beszámoltak, hogy felületi villámokat láttak aránylag fiatal, képződőfélben levő Cumulus congestus-típusú felhőkben is, amelyekből leütő villám még nem keletkezhet. A gyöngysorra emlékeztető villámok elkülönítve látszó fényes pontokból állnak, amelyeket sötét szakaszok választanak el egymástól. Ez a jelenség valószínűleg optikai csalódásnak az eredménye. Az észlelő olyan helyről nézi egy villámnak a kacskaringós kisülési csatornáját, hogy a villámcsatorna egyes igen fényerős részei a látóvonalába esnek, más részei pedig nem. Ezért a villámpálya egyes részei erős látási benyomást keltenek, más fényszegényebb részei pedig kontraszthatás folytán sötétnek látszanak. A gömbvillám nem külön kisülési alak, hanem a leütő villámnak egyik kísérőjelensége. A villámcsapás nyomában kisebb-nagyobb világító gömb keletkezik (deciméteres nagyságrendű átmérők szoktak előfordulni), amely erősen ionozott gázokból vagy folyadékcseppekből áll, és a villamos erőtérnek megfelelő irányban szökdécselő módon, szemmel jól követhetően mozog. A gömbvillámot régebben a legkivételesebb jelenségek közé számították, de gondos adatgyűjtések és fényképfelvételek azt bizonyítják, hogy nem is túlságosan ritkán fordul elő. A gömbvillám pontosabb magyarázatára egy kiváló magyar kutató, NEUGEBAUER TIBOR jelölt meg egy lehetőséget, amelyet a nemzetközi szakirodalom magáévá tett.

A zivatarfelhőből kicsapó villám, hossza legalább 10 km (Saját felvétel)

Forrás:

Aujeszky László:
A légkör fizikája

Általános geofizika III.

Akadémiai Kiadó, 1957

A mennydörgés hangjának jellegéből az adott zivatar típusára következtetni lehet. A jegyzetben említett kétféle villámtípus (lecsapó és felhővillám) által keltett hang igen jelentősen különbözik egymástól. A lecsapó villámok hangja általában egy aránylag halk, éles recsegő, ropogó hanggal kezdődik, amely legtöbb esetben egy, vagy két másodpercig tart. Ez azt jelenti, hogy a megfigyelőt elérte a villám egy, vagy több mellékágának hangja. Ezután a fővillám hangos robaja, robbanásszerű hangja következik, amihez aztán további bonyolult hangok csatlakoznak. Ezek után sok esetben visszhangos, elmosódott morajló hangok következnek, amelyek a villám felhőbeli részéből származnak. Vannak azonban olyan zivatarok is, amelyek során az égdörgésekben ez utóbbi hangok elmaradnak. Ennek az oka valószínűleg, hogy a zivatarfelhő töltése a felhő belsejében már nem változik jelentősen, viszont közvetlenül felhő alatti rész és magának a felhőnek a felszíne közötti elektromos térerősség ugrásszerűen változik. Ekkor a villám közvetlenül a felhő aljából indul ki és a talajban végződik. Ez utóbbi típusú zivatarok szinte kizárólag helyi keletkezésűek, gyakorlatilag csak lecsapó villámokat produkálnak, de a csapadéktevékenységük gyenge és élettartamuk rövid. A felhővillám hangja legtöbbször egybemosódott recsegő, vagy morajló hang. Ez arról árulkodik, hogy magában a villámban a mellékágak és a főágak nehezen, vagy sokszor egyáltalán nem különböztehetőek meg, mivel a villám bonyolult pókhálószerű szövevény alakú és a felhő különböző részei között keletkezik. További megfigyelésem, hogy a helyi keletkezésű zivatarok esetében többségben vannak a lecsapó villámok, míg a hidegfronttal, vagy egyéb nedves, labilis léghullámok kíséretében, gyakran az ország területének fele, vagy még annál is nagyobb területe felett átvonuló vonalba rendezett zivatarokra és a szupercellákra inkább a felhővillám a jellemző. Ez azonban nem azt jelenti, hogy az utóbbi zivatartípusban ne legyen lecsapó villám, különösen ha a zivatarrendszert erős villámtevékenység jellemzi. A legtöbb lecsapó villám a felszálló és leszálló légmozgások határából, vagyis az úgynevezett csapadéksáv és a száraz levegő határából indul ki, amelyek aztán az esőzónába (vagy a hóhullás zónájába), illetve a száraz részbe egyaránt becsaphatnak. Ritkább esetben, főleg a helyi keletkezésű zivatarok idején a felhők felfelé áramló részének turbulens alapjából is kiindulhatnak lecsapó villámok.

Lassított felvételek villámokról, Tom A Warner villámkutató felvételei