ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК том 80 № 10 2010
ОБРАТНАЯ = СВЯЗЬ
О ПРИРОДЕ ШАРОВОЙ МОЛНИИ
В «Вестнике РАН» дано одно из немногих описаний шаровой молнии, сделанное доктором технических наук О.А. Зиновьевым, который наблюдал это явление [1]. Автор приходит к двум принципиальным выводам. Во-первых, шаровая молния — это не сгусток плазмы, не плазма газового разряда. В ней нет нескомпенсированного заряда, как считают многие исследователи, газ внутри неё имеет низкую степень ионизации. Во-вторых, шаровая молния заполнена горючим газом и, следовательно, здесь идёт процесс окисления. Другими словами, природа шаровой молнии — «химическая».
Прежде чем привести дополнительные доводы в пользу утверждений Зиновьева, отмечу, с чем я не согласен. По его мнению, шаровая молния возникает при газоразрядном процессе линейной молнии. Это не совсем так. На самом деле линейная молния является только источником зажигания. Процесс горения может быть инициирован и другими механизмами. Я лично видел шаровую молнию, которая не могла возникнуть от линейной, поскольку был солнечный летний день. Сухой грозы тоже не было. Семья сидела в деревенском доме за столом, на котором стояла кастрюля с кипячёным молоком. Шаровая молния двигалась от закрытого окна в сторону кастрюли и там с грохотом исчезла.
А есть ли природные источники горючих газов или паров? Оказывается, есть. Вспомним библейский сюжет. Моисей пас коз, когда увидел пылающий куст дикой вишни. Но куст не сгорел (неопалимая купина). Это не вымысел. Польские ботаники высадили такой куст у себя в заповеднике и убедились, что он может самостоятельно излучать свет — гореть [2]. Чем не шаровая молния размером в куст? Ещё один пример. Дочь знаменитого шведского систематика животных и растений Карла Линнея однажды в жаркий душный вечер заметила в своём саду странное свечение цветов настурции (Тгораео1ит). Над лепестками появлялось лёгкое пламя. Девушка зажгла свечу и поднесла её к цветам. Внезапно яркое пламя целиком охватило всё растение, по веткам пробежали огоньки, но настурция осталась нисколько не повреждённой и свежей. Позже такое же свечение было замечено у пелларго-
нии (Pelargonium), то есть у простой домашней герани.
Исследователь Дальнего Востока, географ и писатель В.К. Арсеньев описывает, как в районе бухты Ольги стрельцы бегали по окрестностям и поджигали растение — цветок белый ясенец, который горел, не сгорая. Арсеньев правильно называет причину: цветок выделяет очень много эфирных соединений. Как сообщает энциклопедия «Жизнь растений», эти соединения содержат желёзки, которыми усыпан цветок.
Интересное событие зафиксировано в рапорте начальника Гидрографического управления Черноморского флота осенью 1927 г. Речь идёт о ялтинском землетрясении. Через 7—10 часов после начала подземных толчков в море между Севастополем и Евпаторией в 30 км от берега наблюдались огромные огненные столбы, сопровождавшиеся дымом. Пламя в некоторых местах достигало высоты 500—600 м. По стечению обстоятельств в это время была гроза. Молнии били в море, поджигая поднятый землетрясением к поверхности сероводород и, возможно, метан, и из воды вырывались огромные языки пламени. Даже вдали от моря ощущался сильный запах тухлых яиц, и на морском горизонте вспыхивали громовые зарницы, уходящие горящими столбами в небеса. Горение сероводорода над Чёрным морем можно считать самой большой «шаровой молнией».
Океан также выбрасывает из своих глубин горючие соединения. Моряки видели иногда, например, в Атлантике и в южной части Каспийского моря огромные светящиеся шары. Хорошо, если такой шар находится далеко. Но бывает, что морское судно оказывается рядом с ним. Шар существует около десятка секунд, и команда в панике стремится покинуть корабль. Возможно, это одна из причин появления «летучих голландцев».
В книге С. Сингера «Природа шаровой молнии» автор пишет: «Редкое появление слабо светящихся шаров, напоминающих мыльные пузыри, после вспышки молнии вблизи болот или больших массивов растительности, возможно, объясняется диффузионным горением — окислением газов, воспламенённых обычной молнией» [3, с. 7]. Эти
О ПРИРОДЕ ШАРОВОЙ МОЛНИИ
943
светящиеся образования, похожие на мыльные пузыри, и есть шаровые молнии.
Будем исходить из того, что шаровая молния представляет собой газовый объект, в котором идут химические реакции, либо инициированные молнией, либо каким-либо другим способом (в том числе и самовоспламенением). В [3, 4] есть ссылка на эксперимент по поджиганию горючей смеси, добавленной в малом количестве к воздуху. Если смесь поджечь искрой, она будет гореть в небольшом сферическом объёме, составляющем малую часть всего заполненного горючей смесью объёма. Эфирные соединения, выделяемые дикой вишней (куст Моисея), под действием солнечного света могут образовывать реакционноспособные соединения перекиси и гидроперекиси, которые могут инициировать самовоспламенение эфирных соединений.
Несколько слов об эксперименте, описанном в [5]. Установка и сам процесс напоминает известный импульсный плазменный эрозионный электродинамический двигатель, который используется в космонавтике. Плазменный — потому что при разряде образуется плазменный сгусток, эрозионный — потому что при разряде из поверхности рабочего тела испаряется его вещество за счёт эрозии, электродинамический — потому что плазменный сгусток, по которому течёт ток, получает ускорение за счёт расширения петли тока, взаимодействующего с собственным магнитным полем. В упомянутом эксперименте рабочим телом служит жидкая вода. Плазма, таким образом, состоит из атомов водорода, кислорода, гидроксила. К этим осколкам воды можно добавить молекулы азота, кислорода, озона, оксидов азота. Это и есть плазменная смесь, образующаяся в момент разряда. Затем всё это должно релаксировать до молекул. Будут идти реакции, в которых образуются возбуждённые молекулы оксида азота К02. Они и светятся, длина волны излучения более 5000 А. Время существования такого объекта составляет доли секунды. И, скорее всего, он не является шаровой молнией, то есть не может реализоваться в природных условиях.
Более впечатляющие события связаны с катастрофами — внезапное разрушение цистерны, заполненной пропаном, пропиленом или димети-ловым эфиром. В этом случае образуется огневой шар диаметром несколько десятков метров, процесс горения длится 5—7 с. При произвольном истечении этих газов всегда образуется огневой шар [6].
К сожалению, точного определения понятия «шаровая молния» я не встречал. Испаряться при ударе молнии может не только металл, но и
органика растительного происхождения, и она в таком виде может гореть. Авторы [7], основываясь на данных своих экспериментов, утверждают, что некоторые виды шаровых молний, наблюдающиеся в природе, могут иметь органическую основу — представлять собой горящие области тяжёлых органических паров или светящиеся структуры с полимерным каркасом. Полимерные горящие частицы образуются при ударе линейных молний в деревья.
Учитывая, что гореть могут различные вещества — газы, полимеры, аэрозоли, пары металлов, неудивительно, что шаровые молнии могут существовать от долей секунды до нескольких секунд или десятка секунд. При этом их поведение может быть разнообразным. Однако часть якобы наблюдаемых эффектов, например, проникновение шаровых молний через сплошные препятствия (оконное стекло) или через узкие отверстия с восстановлением исходной формы, по-видимому, относится к разряду надуманных. Огромная энергия, якобы заключённая в шаровой молнии, — тоже выдумки. Энергии в ней не больше той, которая содержится в горючем газе, находящемся в пределах шаровой молнии.
Обычно процессы горения занимают доли секунды. А шаровая молния может существовать с десяток секунд, при этом размер её практически не меняется. Это объяснимо. Вспомним «Ааше-ЪаШ» академика Я.Б. Зельдовича [8]. Если бедную водородовоздушную смесь зажечь электрической искрой, то образуется сферический очаг пламени. Далее водород, который имеет большой коэффициент диффузии по сравнению с другими компонентами смеси, будет диффундировать в продукты сгорания, то есть внутрь шара, где есть кислород (смеси бедные), и вода диффундирует в исходную смесь. Это квазистационарное состояние может продолжаться довольно долго. Тяжёлые углеводороды могут, по-видимому, создать такую же картину. В этом случае уже кислород диффундирует внутрь очага пламени, а вода — в сторону исходной смеси. Если богатая смесь занимает не ограниченный стенками объём, то, естественно, её горение возможно по границе этого облака, где смеси способны распространять пламя. Поэтому вне шаровой молнии окажутся только продукты сгорания, внутри же — богатая смесь углеводорода с воздухом. Горение поддерживается диффузией кислорода внутрь очага пламени. Это и есть так называемая «подпитка» шаровой молнии. За счёт диффузии кислорода внутрь шаровой молнии поддерживается относительно длительный процесс горения. Поверхность такой шаровой молнии состоит из отдельных ячеек. За счёт
944 БУНЕВ
диффузионных процессов и теплопотерь излучением из нагретых продуктов сгорания диаметр очага пламени может практически не меняться 1. относительно длительное время.
Явление «Аате-ЪаПв» экспериментально на- 2. блюдал П. Ронни [9]. Эксперименты проводились в условиях малой гравитации, в падающем 3. самолёте, время наблюдения составило 2.2 с. На поверхности Земли «Аате-ЪаП» может попасть в 4. ламинарный поток, и очаг пламени, состоящий из отдельных ячеек, будет переноситься этим потоком как целое. Если этот поток попадёт 5 на препятствие, которое рассечёт его на части, то шаровая молния распадётся на отдельные 6. шарики.
Таким образом, объект под названием «шаро- 7. вая молния» есть не что иное, как очаг пламени. Горючим газом может быть тяжёлый углеводород, сероводород, сероуглерод, эфирные соединения и т.д. Наблюдения О.А. Зиновьева прекрасно ^ подтверждают такой взгляд на природу этого . явления.
9.
В.А. БУНЕВ
ЛИТЕРАТУРА
Зиновьев О.А. Шаровая молния // Вестник РАН. 2009. № 12.
Химия. Большая серия знаний. М.: Мир книги, 2006.
Сингер
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.