miniatyr|höger|En blixtkanal kan vara mellan 2 och 20 cm i diameter. miniatyr|höger|Åskväder i Garajau på Madeira. miniatyr|höger|Lyssna på regn och åska. Åska (ålderdomligt även tordön, fornnordiska: þordyn) är elektriska urladdningar i jordens atmosfär som yttrar sig i ett uppflammande av ljus (blixt) och ett skarpt eller mullrande ljud (åskknallar, åskdunder, åskmuller).Internationell Molnatlas (1977), sid 60 Dessa elektriska urladdningar alstrar mycket stor värme under bråkdelar av en sekund, vilket gör att luften sätts i rörelse vilket är upphovet till åskmullret.
Åska förekommer i samband med cumulonimbusmoln (bymoln), men kan också förekomma i extremt sällsynta fall i cumulusmoln (vanliga stackmoln) och stratusmoln (dimmoln). Urladdningen i stackmoln blir oftast mycket större än i vanliga bymoln,Internationell Molnatlas (1977), sid 30: Om det inte är möjligt att avgöra, huruvida ett moln är en cumulonimbus eller cumulus, skall det enligt internationell överenskommelse kallas cumulonimubus om det åtföljs av blixt, åska eller hagel. medan strömstyrkan i blixtarna från dimmoln vanligtvis är lägre än i blixtar från bymoln. Det finns indikationer på att åska i sällsynta fall kan uppstå vid sandstormar, vulkanutbrott och eventuellt laviner.
Luftmasseåskväder uppstår genom lokal uppvärmning på grund av solstrålning, då varm och fuktig luft pressas uppåt. Det kan förekomma i både kalla och varma luftmassor.
Värmeåskväder uppstår i varm och fuktig luftmassa, vilket medför att det blir fortsatt varmt efter åskan. Värmeåskväder är ofta lokala.
Frontåskväder, även frontåska, uppstår i samband med att en kallfront passerar och följs av påtagligt kallare luft. Frontåskväder kan vara mycket ihållande.
Funktion och varianter
Allmänt
Urladdningarna beror på kraftig elektrisk uppladdning av molnets olika delar. Den fysikaliska bakgrunden är inte helt klarlagd, men forskarna vet att det finns flera olika mekanismer som leder till molnens elektriska uppladdning. En av dessa bygger på existensen av kosmisk strålning i molnet och en annan sådan mekanism på piezoelektricitet.
Kraftiga vertikalvindar med varm, fuktig luft, underkylda vattendroppar och iskristaller, samt en instabil atmosfär är ofta förekommande. En teori är att lätta positivt laddade ispartiklar stiger med uppvindarna, medan tyngre, negativt laddade is/vatten-droppar (så kallade Graupel-partiklar) och kornsnöpartiklar sjunker neråt av tyngdkraften. När kornsnöpartiklarna kommer i kontakt med vattendroppar i molnets nedre delar, överförs negativ laddning. Genom direkta mätningar har man kunnat konstatera att molnets övre delar i regel blir positivt och de nedre negativt laddade. Eftersom cumulonimbusmoln har stor vertikal utbredning, kan potentialskillnaden efterhand bli mycket stor. När luftens isolerande förmåga överskrids utlöses en urladdning, vanligtvis mellan molnets olika delar eller mellan två närliggande moln, men någon gång också mellan moln och jordytan – blixten ”slår ner”.
En förurladdning joniserar luften stötvis i cirka 50 meter långa steg tills den når omkring 100 meter ovan mark. Då känns attraktionen av från ledande föremål från marken och en fångurladdning uppstår som drar sig uppåt. Denna möter förurladdningen. Kanalen är nu ledande och huvudurladdningen från marken till molnet sker med en hastighet av ungefär hundra miljoner meter per sekund (en tredjedel av ljushastigheten). Normalt sker flera urladdningar inom ett par tiondels sekunder Break . Några av dessa urladdningar kan ibland utgöras av en pilblixt.
Förloppet är så snabbt att ögat inte hinner särskilja de olika momenten. En blixtkanal, som kan vara 5–10 km lång, bildas. Det åtföljande ljudet uppstår när uppvärmningen (cirka 30 000 °C) av luften längs urladdningsbanan orsakar kraftiga tryckförändringar. En punkt på marken nås inte av ljudet från hela blixtkanalen samtidigt. Det tar ljudet cirka 20 sekunder att utbreda sig längs en sju kilometer lång blixtkanal. Den som är riktigt nära en blixt hör ett intensivt men relativt kortvarigt ljud och kanske även fräsandet från fångurladdningen. Ett moln är elektriskt laddat långt innan det nått stadiet som cumulunimbusmoln och molnets nettoladdning kan avlägsnas genom regn. Mycket intensiva åskväder brukar genereras av en variant av cumulonimbusmoln som kallas supercell. De är ytterst ovanliga i Sverige. miniatyr|vänster|En animation av en blixt.
Åskväder förekommer dels i en och samma luftmassa, luftmasseåskväder, dels i gränsen mellan två luftmassor, frontåskväder.
Båda fenomenen skapar starka uppvindar. Små vattendroppar kan finnas i underkyld form, ända ner till -40 grader, men det krävs temperaturer på ner till -20 grader innan de börjar frysa i större omfattning.
I ett åskmoln krävs både ofrysta vattendroppar och snöflingor för att blixtar skall utlösas. Ett åskväder sträcker sig ibland ända till tropopausen, där det avslutas i ett klassiskt städ. De flesta åskväder i Sverige inträffar under sommaren, när tillgången på vattenånga i atmosfären är god. Det förekommer även åska under vintern, men dessa åskväder är mycket svagare än typiska sommaråskväder och begränsade till kustområden i södra Sverige.
Luftmasseåskväder kan uppstå vid kraftig lokal uppvärmning över land – sommarens vanliga värmeåskväder skapas av termik, vanligtvis på eftermiddagarna - och/eller bildas genom vertikala luftrörelser i en instabil luftmassa. Även orografiskt (orsakad av topografin) betingade luftrörelser kan skapa de uppvindar som krävs. Samma sak gäller för stora skogsbränder. Nattetid bildas ibland termik över uppvärmt hav som kan ge upphov till åska. Detta är vanligt bland annat runt Medelhavet.
Frontåskväder uppstår genom vertikala luftrörelser vid frontpassager – vanligast i samband med kallfronter. Kallfrontsåskväder uppstår när den kalla luften pressar upp en varmare luftmassa. En vägg av sammanvuxna åskmoln kan bildas längs hela fronten – sådana åskväder är ofta mycket intensiva men kortvariga eftersom fronten är smal och rör sig snabbt (50–100 km/h). Varmfrontsåskväder är normalt lågintensiva, glesa men mera långvariga och utan tydligt synliga åskmoln.
Åskan är mest intensiv runt ekvatorn. Frekvensen av åskväder är betydligt högre över landområden och allra intensivast i ett område i centrala Afrika strax söder om ekvatorn, samt i ett bergsområde på Borneo som toppar statistiken. En global uppvärmning anses öka antalet åskväder på jorden. Därför är blixtfrekvensen ett av måtten för global uppvärmning. Platsen som får maximalt antal blixtar på jorden är Maracaibosjön i Venezuela. Thunder and Lightning Facts
Cellen Ett aktivt åskmoln består av uppvindar och fallvindar och varje par av uppvind-fallvind kallas för en cell.
En analogi är att betrakta cellen som bandet i en Van de Graaff-generator. Åskmolnet kan bestå av flera celler. Man talar om multiceller. Cellen är positiv laddad högst upp och negativ laddad underst med negativ laddningskoncentration (vid cirka -10 °C) 3–5 km upp i atmosfären. Under molnet finns även en liten positiv molnficka, varför denna finns är forskarna oense om.
När molnet dör bort omvandlas cellen till en fallvind med regn. Dessa regndroppar är elektriskt laddade, det kan höras som knäppar när regnet faller på en antenn till en känslig radiomottagare. Fenomenet är välkänt och kallas elektrostatiskt regn.
På en tusen kilometer lång åskfront finns många celler. En kvalificerad gissning är att de är sammanlänkade i atmosfären och i marken. En blixt kan rubba ett tillfälligt jämviktstillstånd av elektriska laddningar, så att en serie urladdningar påbörjas och avslutas utefter hela fronten. Efter ett antal sekunder uppstår nya urladdningar och så vidare. Fenomenet har filmats från en rymdfärja.
Blixten miniatyr|En blixt mellan två moln Blixten är den kortvariga elektriska urladdning som ger upphov till åskmullret. Den sker inom ett åskmoln, mellan två åskmoln eller mellan åskmoln och mark.
Blixten genererar såväl radio-, ljus-, UV- och röntgen- som gammastrålning, vilket hjälper till att värma och jonisera blixtkanalen. När väl strömstyrkan börjat öka, ökar den mycket snabbt på några få mikrosekunder.
Blixtens urladdning sker företrädesvis från höga föremål. Höga föremål (även de med ringa ledningsförmåga) omges av positiva joner, då de attraheras av det negativa elektriska fältet från förurladdningen, som går i enskilda steg, så kallade stegurladdningar. En åskledare har en säker skyddskon då den är en högsta punkt i ett litet område, som dock krymper vid blixtar med lägre strömmar. Likaså har höga byggnader mindre skyddskon. En skyskrapa har en åskskyddskon som endast sträcker sig ett 20-tal meter från byggnaden. Man talar om en klotformad skyddskon i sådana fall. När väl en blixtkanal är etablerad så är det ohmska motståndet nästan försumbart.
Molnblixt och markblixt Det som intresserar vetenskapen idag är markblixten med dess sidurladdningar och andra markfenomen.
Högspänningsledningar har jordledningen överst och vid mastinstallationerna måste det finnas väl fungerande åskavledare.
Blixtens påverkan på högspänningsledningar ute i nätet kan uppfattas som blinkningar eller helt sonika strömavbrott då skyddsutrustningen löser ut, beroende på var nedslaget sker.
Emellertid är inte distributionen av el helt säker. Ibland kan det bli längre elavbrott. Mikroelektroniken är betydligt mer känslig och EMP, elektromagnetisk puls, produceras av alla blixtkanaler.
Elektrisk utrustning är dock mest känslig för de fenomen som marknedslagen orsakar. IT-samhällets krav på fungerande utrustning har gjort att anslagen för åskforskning har mångfaldigats.
Antalet blixtnedslag varierar beroende på väder och markförhållanden. Allra vanligast är blixtnedslagen i östra Centralafrika, bortsett från jordens grannplaneter Venus och Jupiter där ännu våldsammare åskväder rasar. Antalet blixtar är högre vid ekvatorn än vid polerna, men i gengäld är bara ungefär 10 procent markblixtar. Redan vid 60 graders nordlig eller sydlig bredd har andelen ökat till 50 procent.
Korona Koronaurladdning är en osynlig ständigt pågående urladdning under, och i ett åskmoln. Någon gång kan denna ses som Sankt Elmseld. Urladdningen syns särskilt nattetid runt spetsiga föremål, då dessa fylls av positiva joner som attraheras av en negativt laddad molnsida. De svaga elektriska strömmarna kan bilda så kallade fångstarmar eller fångurladdningar. Varför det slår en blixt från en negativ jord till ett negativt moln är inte helt utrett av forskarna. En del forskare menar att den lilla positiva molnfickan här spelar en roll.
K-puls K-puls, eller pilurladdning, är en urladdning som förekommer i en redan uppkommen blixtkanal. Mekanismen har registrerats med hjälp av höghastighetskamera. Med kameror ser det ut som en pil som går ner från molnet. Pilurladdningen upptäcktes av två japanska åskforskare; Kobayashi och Kitagawa. När en huvudurladdning har skett töms molndelen på elektroner och blir positivt laddad. Sedan pumpas det in nya elektroner med fördröjning i området från kringliggande delar av molnet, vilka fortsätter ner i blixtkanalen igen uppifrån och ner och kallas pilurladdning.
Marknedslag En tredjedel av jordens blixtar går från moln till mark. Markblixtens mekanismer är mer kända än molnblixtens. Vissa trakter i Sverige är mer åskrika än andra. Det handlar om områden där luftturbulenser, termik, lättare bildas på grund av geologiska förhållanden som olika slags landformationer, till exempel inlandsklimat där luften pressas upp av topografin, och också i områden som har mycket nederbörd. I vissa områden slår åskan oftare ner. SMHI har omfattade statistik på dessa och kan förklara att markens konduktivitet omfattar ytor med jordbruksmark med mera. Ett träd är ett föremål som ofta träffas av blixten och är ett bra exempel på "varma" och "kalla" blixtar.
Blixtnedslag i träd miniatyr|100px|Gammal skada på träd orsakat av blixtnedslag. Barken är sprängd i en kanal.