7. Vznik blesků
Blesky vznikají v bouřkových oblacích neboli Cumulonimbech. Jejich latinský název znamená doslova dešťový sloupec. Mrak má zpravidla značné rozměry na výšku, horní část je rozšířená, takže se podobá kovadlině vyrůstající z květáku, prostřední část vytváří cosi jako stonek. Ve svislém směru probíhá intenzivní proudění vedoucí k turbulencím. Proto se letadla těmto mrakům vyhýbají. V bouřkových oblacích dochází k oddělení náboje. Mechanizmus není přesně znám. Jednou z možností jsou srážky drobných ledových krystalků s ledovými krupkami, při kterých přeskočí z krystalku na kroupu jeden nebo více elektronů. Lehké, kladně nabité krystalky stoupají vzhůru, zatímco záporně nabité kroupy a vodní kapky klesají směrem dolů. Výsledkem je polarizovaný mrak. Jeho horní část má kladný náboj a dolní část záporný náboj. Meteorologové navrhli i další mechanizmy, které mohou vést ke stejné polarizaci bouřkového oblaku.
Spodní hrana bouřkového oblaku může být nad zemí od několika set metrů až do několika kilometrů. Horní část oblaku dosahuje výšky až 17 kilometrů. Pokud se mrak pohybuje krajinou, jeho spodní záporná část odpuzuje v zemi elektrony a přitahuje kladné náboje. Výsledkem je, že pod mrakem vznikne na povrchu země kladně nabitá skvrna, která sleduje pohyb mraku. Ze spodní strany mraku se směrem k zemi skokovitě vytvářejí rozvětvené kanálky záporného náboje, jakási chapadla ne nepodobná chapadlům chobotnice. Říkáme jim předvýboje. Pokud je na zemi vyvýšená vodivá oblast, například strom, komín nebo jen železná tyč, vytvoří se směrem vzhůru obdobné, ale kratší kanálky s převládajícím kladným nábojem. Dojde-li k propojení, vznikne vodivý kanál vedoucího výboje a část záporného náboje ze spodní části mraku rychle proteče směrem k zemi. Vzápětí se objeví zpětný výboj, který přenese kladný náboj ze země k mraku. Právě tento zpětný výboj ohřeje kanál blesku na teplotu až 30 000 °C, což je pětkrát vyšší teplota než na povrchu Slunce. Ohřáté plazma má až pětinásobně vyšší tlak než okolí a rychle expanduje. Vytvoří se nadzvuková rázová vlna, kterou slyšíme jako hrom. Tento základní mechanizmus vzniku blesku objasnil jako první německo-americký fyzik Heinz Kasemir už v roce 1950.
Stejným kanálem může výboj proběhnout opakovaně. Většinou se tak děje dvakrát nebo třikrát, ale jsou i blesky, ve kterých počet opakovaných výbojů překročil dvě desítky. Jeden výboj trvá několik milisekund, a to je příliš krátce na to, aby lidské oko postřehlo jeho strukturu. Doba mezi opakovanými záblesky je 30 až 50 milisekund. Lidskému oku se proto zdá, že se bleskový kanál jakoby mihotá. Plazma se vytváří znovu a znovu a jeho vznik se střídá s temnými mezipauzami.
Na konci 20. století se ukázalo, že napětí mezi mrakem a zemí je sice vysoké, ale není dostatečné pro zažehnutí výboje. K tomu pravděpodobně přispívají rychlé elektrony vznikající při interakci kosmického záření s atmosférou. Mechanizmus podrobně propracoval Alexandr Gurevič v roce 1992.
Tyto rychlé elektrony vznikající z kosmického záření jsou v mraku dále urychleny na relativistické rychlosti a pravděpodobně jsou zodpovědné za krátké gama záblesky pozorované při bouřkách jak z oběžné dráhy, tak z pozemských měřících stanic. Na celé Zemi je takových záblesků generováno přibližně 50 denně. Oproti gama zábleskům přicházejících z vesmíru jsou atmosférické gama záblesky velmi krátké, většinou trvají kolem jedné milisekundy. Jejich existence byla pro fyziky velkým překvapením. V roce 2003 se Josephu Dwyerovi z Chicagské univerzity podařilo tyto záblesky vytvořit i uměle v blescích vytvořených pomocí meteorologické rakety nastřelené do mraku.
Bouřky jsou na Zemi velmi častým jevem a ne všem jejich projevům rozumíme. Na celém povrchu Země udeří v průměru padesát až sto blesků za sekundu a proběhne 200 000 bouřek denně. Nejčastější frekvence bouří byla naměřena na jedné náhorní planině v jihoamerickém Peru, v nadmořské výšce 2 500 metrů. Na jednu lokalitu se tady vyskytuje 50 až 120 bouřek za rok. Jejich průměrná délka je 45 minut a frekvence blesků 15 až 20 blesků za minutu. Bouřky se objevují náhle, zejména odpoledne a večer. Planina je relativně hodně osídlená a domorodci popisují, že těsně před bouřkou slyší bzučení, vstávají jim vlasy a uši dobytka jiskří. V této oblasti je zasažení dobytka bleskem častým jevem, nezřídka je zasažen i člověk. Celosvětově je ale počet úmrtí člověka z důvodu zasažení bleskem velmi malý vzhledem k ostatním příčinám násilné smrti.
Přesto je dobré za bouřky neriskovat a dodržovat alespoň elementární bezpečnostní pravidla. Pokud nejste zrovna uprostřed zuřící bouřky, je užitečné odhadnout její vzdálenost. Zatímco světelný záblesk vidíte téměř okamžitě, zvukový doprovod může dorazit až za několik sekund. Každé tři sekundy prodlevy mezi zábleskem a hromem odpovídají jednomu kilometru vzdálenosti od bouřky. A nyní několik rad:
- Pokud jste doma, počkejte, až bouře přejde. Pokud jste v kovovém objektu, například v autě, zůstaňte v něm.. Případný blesk bude sveden po kovové schránce do země.
- Pokud se nacházíte v otevřeném terénu, sedněte si na bobek s nohama u sebe. Tím minimalizujete pravděpodobnost zásahu bleskem i úrazu krokovým napětím od blesku, který by udeřil v blízkosti. Je-li v dosahu prohlubeň, přesuňte se do ní.
- Neschovávejte se v jeskyních, je tu zvýšená vlhkost, radioaktivita a ionizace vzduchu a zábradlí a lana, která snadno vedou proud. Jeskyně jsou nejčastějším místem hromadných úrazů při bouřce.
Bouřky mohly sehrát v historii Země značnou roli. V prostředí, které ionizovaly blesky, vznikají různé organické molekuly, a tak mohly časté bouřky na úsvitu dějin Země ovlivnit vznik života. V dobách pozdějších se bouřky staly zdrojem rozsáhlých lesních požárů, jež jsou přirozenou součástí životního cyklu lesa a tím i vývoje naší planety. Bouřková činnost je tak neodmyslitelně spjata s vývojem planety Země.