Fırtınalı bir gecede gökyüzü bir anda bembeyaz aydınlanır. Birkaç saniye sonra da camları titreten bir gürültü kopar. Bu manzara insanlığı binlerce yıl boyunca hem korkuttu hem de büyüledi. Eski uygarlıklar şimşeği tanrıların öfkesi olarak görürken bugün onun dev bir elektrik boşalması olduğunu biliyoruz. Peki şimşek neden çakar, bulutların içinde bu kadar büyük elektrik nasıl birikir ve gök gürültüsü neden ışıktan sonra duyulur? Bu yazıda şimşeğin oluşumunu adım adım ve sade bir dille anlatıyoruz.
Şimşek ve Yıldırım Arasındaki Fark Nedir?
Günlük dilde çoğu zaman aynı anlamda kullanılsalar da iki kavram arasında bir fark vardır. Şimşek, genel olarak bulutların içinde veya bulutlar arasında oluşan elektrik boşalmasına ve bunun yarattığı ışık parlamasına denir. Yıldırım ise buluttan yere düşen elektrik boşalmasıdır.
Gökyüzünde gördüğümüz parlamaların büyük çoğunluğu aslında bulut içinde gerçekleşir ve hiçbir zaman yere ulaşmaz. Yere düşen yıldırımlar ise toplam boşalmaların daha küçük bir kısmını oluşturur, ancak en tehlikeli olanlar da bunlardır.
Şimşek Nasıl Oluşur? Bulutların İçindeki Elektrik Fabrikası
1. Fırtına Bulutunun Doğuşu
Şimşeğin oluştuğu yer, kümülonimbüs adı verilen dev fırtına bulutlarıdır. Bu bulutlar, sıcak ve nemli havanın hızla yükselmesiyle oluşur. Tepesi 10 ile 15 kilometreye kadar uzanabilen bu kule biçimindeki bulutların üst kısımları çok soğuktur ve buradaki su damlacıkları buz kristallerine dönüşür.
2. Yüklerin Ayrışması
Bulutun içinde güçlü hava akımları vardır. Yükselen akımlar küçük ve hafif buz kristallerini yukarı taşırken, daha ağır olan yumuşak dolu tanecikleri (graupel) aşağıya doğru düşer. Bu tanecikler milyonlarca kez birbirine çarpar ve her çarpışmada elektron alışverişi olur.
Bunun sonucunda hafif buz kristalleri genellikle pozitif yükle bulutun üst kısmında toplanır. Ağır tanecikler ise negatif yükle bulutun orta ve alt kısımlarında birikir. Bulutun tabanı negatif yüklendiğinde, altındaki yeryüzü de buna karşılık pozitif yüklenir. Bu durum, ayaklarınızı halıya sürttükten sonra kapı koluna dokunduğunuzda çarpılmanıza neden olan statik elektriğin devasa bir versiyonudur.
3. Hava Direncinin Kırılması
Hava normalde iyi bir yalıtkandır, yani elektriği kolay geçirmez. Ancak bulut ile yer arasında veya bulutun farklı bölgeleri arasındaki gerilim farkı yüz milyonlarca volta ulaştığında hava artık bu yükü tutamaz. İşte bu noktada şimşek çakar.
4. Basamaklı Öncü ve Karşı Öncü
Yıldırım tek seferde yere inmez. Önce bulutun tabanından basamaklı öncü adı verilen, gözle zor görülen bir kanal aşağıya doğru zikzaklar çizerek ilerler. Bu kanal her seferinde onlarca metrelik adımlarla yol bulur. Şimşeğin dallı budaklı görünmesinin nedeni de budur.
Öncü kanal yere yaklaştığında, yerdeki yüksek noktalardan, yani ağaçlardan, binalardan ve direklerden yukarıya doğru karşı öncü kanallar yükselir. Bu iki kanal birleştiği anda devre tamamlanır.
5. Dönüş Vuruşu: Gördüğümüz Parlama
Kanallar birleşir birleşmez muazzam bir akım kanal boyunca ilerler. Buna dönüş vuruşu denir ve gözümüzü kamaştıran o parlak ışık bu vuruşun ta kendisidir. Çoğu zaman aynı kanaldan birkaç vuruş arka arkaya geçer. Şimşeğin titreşir gibi görünmesinin nedeni budur.
Şimşeğin Akıl Almaz Gücü
Bir yıldırımın sayıları gerçekten şaşırtıcıdır. Yıldırım kanalının sıcaklığı yaklaşık 30.000 °C’ye ulaşır. Bu, Güneş’in yüzey sıcaklığının yaklaşık beş katıdır. Tipik bir yıldırımda yaklaşık 30.000 amperlik bir akım geçer, bazı güçlü yıldırımlarda bu değer çok daha yükseğe çıkabilir. Karşılaştırmak gerekirse evdeki bir prizden genellikle 16 amperin üzerinde akım çekilmez.
Üstelik bu dev enerji, yalnızca birkaç santimetre genişliğindeki bir kanalda ve saniyenin binde biri gibi kısa sürelerde açığa çıkar.
Gök Gürültüsü Neden Olur?
Gök gürültüsü, şimşeğin sesidir. Yıldırım kanalı saniyenin çok küçük bir kesrinde 30.000 °C’ye kadar ısındığında, kanalın çevresindeki hava patlarcasına genleşir. Bu ani genleşme güçlü bir basınç dalgası oluşturur ve kulağımıza gök gürültüsü olarak ulaşır.
Gök gürültüsünün tek bir patlama yerine uzun bir gümbürtü gibi duyulmasının da nedeni vardır. Şimşek kanalı kilometrelerce uzunluktadır. Kanalın size yakın kısmından gelen ses önce, uzak kısımlarından gelen ses daha sonra ulaşır. Buna dağlardan, binalardan ve bulutlardan gelen yankılar da eklenince gürültü uzayıp gider.
Gök Gürültüsü Neden Şimşekten Sonra Duyulur?
Aslında şimşek ve gök gürültüsü aynı anda oluşur. Aradaki farkın nedeni, ışık ile sesin hızları arasındaki büyük farktır.
Işık saniyede yaklaşık 300.000 kilometre hızla yol alır. Bu yüzden şimşeğin ışığı gözümüze neredeyse anında ulaşır. Ses ise havada saniyede yaklaşık 340 metre hızla ilerler. Yani ses, ışıktan yaklaşık bir milyon kat daha yavaştır. Bu nedenle önce parlamayı görür, ardından gürültüyü duyarız.
Şimşeğin Ne Kadar Uzakta Çaktığı Nasıl Hesaplanır?
Bu hız farkı sayesinde fırtınanın ne kadar uzakta olduğunu kolayca hesaplayabilirsiniz. Şimşeği gördüğünüz anda saymaya başlayın ve gök gürültüsünü duyduğunuzda durun. Saydığınız saniye sayısını 3’e böldüğünüzde fırtınanın yaklaşık kaç kilometre uzakta olduğunu bulursunuz.
Örneğin şimşekten 9 saniye sonra gök gürültüsü duyduysanız, şimşek yaklaşık 3 kilometre uzakta çakmış demektir. Saniyeler giderek azalıyorsa fırtına size yaklaşıyor, artıyorsa uzaklaşıyor demektir.
Bazen yaz gecelerinde ufukta gürültüsüz şimşekler görülür. Bunlar sessiz şimşekler değildir. Fırtına o kadar uzaktadır ki ses size ulaşamadan sönümlenir. Gök gürültüsü genellikle 15 ile 20 kilometreden daha uzağa ulaşmaz.
Şimşek Hakkında İlginç Bilgiler
Dünyada her saniye onlarca şimşek çakar. Uydu ölçümlerine göre gezegenimizde saniyede ortalama 40 ile 50 şimşek oluşur.
Dünyanın şimşek başkenti Venezuela’dadır. Maracaibo Gölü’nün Catatumbo Nehri’yle buluştuğu bölgede yılın büyük bölümünde neredeyse her gece saatlerce süren şimşek fırtınaları yaşanır.
Yıldırım aynı yere iki kez düşebilir. “Yıldırım aynı yere iki kez düşmez” sözü bilimsel olarak yanlıştır. Yüksek binalar her yıl defalarca yıldırım çarpmasına maruz kalır. New York’taki Empire State Binası’na yılda ortalama 20 civarında yıldırım düştüğü bilinir.
Yıldırım kumu cama çevirebilir. Yıldırım kumlu bir zemine düştüğünde, yüksek sıcaklık kumu eriterek fulgurit adı verilen içi boş, dallı cam tüpler oluşturur.
Fırtınadan sonraki temiz hava kokusu ozondur. Şimşek, havadaki oksijen moleküllerini parçalayarak ozon oluşturur. Fırtına sonrasında hissedilen o keskin ve ferah koku büyük ölçüde buradan gelir.
Benjamin Franklin ve Yıldırımsavarın İcadı
Şimşeğin bir elektrik olayı olduğunu kanıtlayan ilk isimlerden biri Amerikalı bilim insanı ve devlet adamı Benjamin Franklin’dir. Franklin 1752’de fırtınalı bir havada uçurtma uçurarak, uçurtma ipine bağlı bir anahtardan kıvılcım elde ettiğini anlatmıştır. Bu son derece tehlikeli bir deneydi ve benzerini denemeye çalışan başka bilim insanlarının hayatını kaybettiği bilinmektedir.
Franklin’in bu çalışmalarının en önemli sonucu yıldırımsavarın (paratoner) icadı oldu. Binaların tepesine yerleştirilen sivri metal çubuk, yıldırımı üzerine çekerek akımı kalın bir iletken aracılığıyla güvenli şekilde toprağa iletir. Bu basit buluş, o günden bu yana sayısız binayı ve hayatı korumuştur.
Şimşeği laboratuvarda yeniden yaratmaya çalışanlardan biri de Nikola Tesla’ydı. Nikola Tesla’nın hayatını anlattığımız yazımızda da değindiğimiz gibi Tesla, Colorado Springs’teki laboratuvarında milyonlarca voltluk yapay şimşekler üretmeyi başarmıştı.
Yıldırımdan Korunmak İçin Nelere Dikkat Edilmeli?
Gök gürültüsünü duyabiliyorsanız yıldırım çarpma riski taşıyacak kadar fırtınaya yakınsınız demektir. Bu nedenle uzmanlar, gök gürültüsü duyulduğu anda kapalı bir alana sığınılmasını önerir. Son gök gürültüsünden sonra dışarı çıkmak için yaklaşık 30 dakika beklemek de güvenli bir alışkanlıktır.
Fırtına sırasında açık arazide, tepelerde, sahilde ve suyun içinde bulunmaktan kaçının. Tek başına duran ağaçların altına sığınmak sanıldığının aksine çok tehlikelidir, çünkü yıldırım genellikle en yüksek noktaya düşer. Metal çit, direk ve elektrik hatlarından uzak durun.
Bina içindeyken de dikkatli olmak gerekir. Fırtına sırasında duş almak, musluk kullanmak ve fişe takılı kablolu cihazlarla temas etmek risk oluşturabilir, çünkü yıldırım akımı su borularından ve elektrik tesisatından ilerleyebilir.
Kapalı ve metal gövdeli bir otomobil de iyi bir sığınaktır. Ancak bunun nedeni sanıldığı gibi lastikler değildir. Arabanın metal gövdesi Faraday kafesi gibi davranarak akımı dış yüzeyden toprağa iletir ve içerideki kişileri korur.
Sıkça Sorulan Sorular
Fırtına bulutlarının içinde buz kristalleri ve dolu tanecikleri çarpışarak elektrik yüklerini ayrıştırır. Bulutun farklı bölümleri veya bulut ile yer arasındaki gerilim farkı çok büyüdüğünde hava yalıtkanlığını kaybeder ve ani bir elektrik boşalması olur. Bu boşalmaya şimşek denir.
Işık saniyede yaklaşık 300.000 kilometre, ses ise saniyede yaklaşık 340 metre hızla yol alır. İkisi aynı anda oluşsa da ışık gözümüze anında ulaşırken ses daha geç ulaşır.
Şimşeği gördükten sonra gök gürültüsünü duyana kadar geçen süreyi saniye olarak sayın. Bu süreyi 3’e böldüğünüzde, şimşeğin yaklaşık kaç kilometre uzakta olduğunu hesaplayabilirsiniz.
Örneğin, gök gürültüsünü 6 saniye sonra duyduysanız şimşek yaklaşık 2 kilometre uzaktadır. Bu yöntem, sesin havadaki yayılma hızına dayanan yaklaşık bir hesaplamadır.
Tam olarak değil. Şimşek genellikle bulut içinde veya bulutlar arasında oluşan boşalmayı ifade eder. Yıldırım ise buluttan yere düşen elektrik boşalmasıdır.
Yıldırım kanalının sıcaklığı yaklaşık 30.000 °C’ye ulaşır. Bu, Güneş’in yüzey sıcaklığının yaklaşık beş katıdır.
Kapalı ve metal gövdeli bir araç güvenli bir sığınaklardan biridir. Aracın metal kaportası akımı dış yüzeyden toprağa iletir. Koruma, metal gövdenin yıldırım akımını aracın dış yüzeyinden iletmesiyle sağlanır. Bu etki Faraday kafesi prensibine dayanır. Bu koruma lastiklerden değil, metal gövdeden kaynaklanır. Yıldırımın yüksek gerilimli akımı lastiklerin yalıtımına rağmen araç gövdesi üzerinden ilerleyebilir. Cabrio araçlar, üstü açık araçlar ve motosikletler aynı korumayı sağlamaz. Özellikle motosiklet yıldırım sırasında güvenli sığınak değildir.
İlgili Yazılar
