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雷はどうしてできるの?(1)

積乱雲の発生

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海や地面の水分を含んだ空気が温められると、軽くなり、どんどん空高く上がっていきます。ところが上空は、地面よりも温度が低いため、空気は冷やされ、水分は徐々に水滴になり、雲になります。たくさん水蒸気を含んだ空気がどんどん上空に上がっていくと、空気の流れは激しくなり、雲はどんどん発達します。結果として、乱気流が発生することになります。

水滴の発生と磁化

地球全体は大きな磁石になっているため、水滴もその影響を受けてわずかに磁石の性質を持つようになります。さらに上昇気流は水滴をこするような働きをします。昔、子供たちが下敷きをこすって、静電気を発生させ、磁石のように髪の毛などがくっつくのを遊んだことは記憶にあるでしょうか。水滴に静電気がたまわけです。その結果、水滴は雲の下側の地面に近いほうと、上側で電気的な偏りができます。

空中放電と地上への落雷

水滴はだんだん大きく成長しますが、空気の流れが激しくなると、今度は小さく分割されることになります。そのとき、分かれた水滴は上空が+になり、下のほうが~になり、地面の+との間に電圧の大きな差が生じるようになります。多くの場合、雲の中の+と~の間で放電がおこり、激しい稲妻が発生しますが、時には地面との間に放電が起こることがあります。上空から地面に放電が起こるためには大きなエネルギーが必要です。落雷が激しいのは当然のことです。

落雷と被害

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雷全体の90%が雲の中どうしで起こる空中での放電ですが、全体の10%程度は雲と大地の間の放電になります。これが落雷と呼ばれるもので、大きな電気エネルギーが発生するため、電子機器や大型の設備が被害にあいます。毎年、死亡事故も報告されています。日本の年間の被害総額は2000億円にものぼると言われています。

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一般的にもっとも雷が活発になるのは、上昇気流によって、どんどん雷雲が発達し、今度はその空気が上空で冷やされて、今度は下降する気流が生じる時期だそうです。前半が雷雲の隆盛期、後半が雲の衰退期。実際の雷はこの衰退期に活発になるということです。ただし、これは雷の発生の研究の古典的な説明です。雷の研究が進むにつれ、さまざまな学説、実験がおこなわれ、さらに観測技術も発展し、いろいろな事実が解明されて行くようになりました。その研究の歴史の一部を徐々に紹介してまいりたいと考えております。

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