Перед грозой облако может за несколько десятков минут превратиться из обычной серой массы в огромную систему высотой больше десяти километров

Перед грозой облако может за несколько десятков минут превратиться из обычной серой массы в огромную систему высотой больше десяти километров. Снаружи мы видим только тёмное основание и растущую верхушку, а внутри в это время движутся мощные потоки воздуха, сталкиваются капли и кристаллы льда, разделяются электрические заряды и постепенно создаются условия для молнии.

Грозовое облако начинается с тёплого влажного воздуха у поверхности. Он легче окружающего и поднимается вверх. По мере подъёма давление снижается, воздух расширяется и охлаждается. Водяной пар конденсируется на мельчайших частицах пыли, соли и других аэрозолях, образуя капли.

Во время конденсации выделяется тепло. Оно дополнительно поддерживает восходящий поток, поэтому воздух продолжает подниматься. Если атмосфера достаточно неустойчива, облако быстро растёт вверх и превращается в кучево-дождевое.

Внутри него скорость восходящего воздуха может быть настолько высокой, что крупные капли и частицы льда долго не выпадают. Их снова и снова подбрасывает вверх, где температура становится всё ниже.

Грозовое облако сразу занимает несколько температурных зон. Внизу находятся в основном капли воды. Выше температура опускается ниже нуля, но часть капель остаётся жидкой. Такая переохлаждённая вода может сохраняться даже при отрицательной температуре, пока не столкнётся с подходящей поверхностью.

Ещё выше появляются снежинки, мелкие кристаллы льда и крупа — небольшие непрозрачные ледяные частицы. Они постоянно сталкиваются друг с другом в турбулентном воздухе.

Именно в этой смешанной области, где одновременно существуют лёд и переохлаждённая вода, начинается активное разделение электрических зарядов.

Во время столкновения мелких кристаллов с более тяжёлой ледяной крупой между ними перераспределяются заряды. При типичных условиях лёгкие кристаллы получают положительный заряд и уносятся восходящим потоком в верхнюю часть облака. Более тяжёлая крупа становится отрицательно заряженной и остаётся ниже.

Так внутри облака постепенно формируются большие области с разными зарядами. Верхушка обычно оказывается положительной, средняя и нижняя части — преимущественно отрицательными. Реальное распределение сложнее: внутри могут появляться дополнительные слои и отдельные заряженные участки.

Чем больше частиц сталкивается, тем сильнее становится электрическое поле. Заряды стремятся соединиться, но воздух в обычных условиях плохо проводит электричество и некоторое время удерживает их раздельно.

Отрицательный заряд в нижней части облака влияет и на поверхность Земли. Электроны в почве и предметах отталкиваются, поэтому на деревьях, зданиях и других возвышенностях накапливается положительный заряд. Между облаком и землёй возникает всё более сильное поле.

Когда оно достигает критического значения, воздух начинает ионизироваться. Часть электронов отрывается от молекул, появляются заряженные частицы, и воздух превращается в проводящую среду.

Разряд обычно не прокладывает готовый канал одним движением. Из облака вниз постепенно развивается разветвлённый проводящий путь. Он продвигается короткими участками и ищет направление, где воздух легче пробить.

Одновременно от высоких объектов на земле могут подниматься встречные положительные разряды. Когда один из них соединяется с каналом из облака, возникает непрерывный путь для тока.

По нему проходит мощный импульс — яркая часть молнии, которую мы видим. Канал нагревается до десятков тысяч градусов за долю секунды. Воздух резко расширяется и создаёт ударную волну. По мере распространения она превращается в гром.

Раскат грома длится дольше одной короткой вспышки, потому что молния имеет большую длину и разветвлённую форму. Звук от разных участков канала приходит к наблюдателю не одновременно. Кроме того, он отражается от облаков, земли и рельефа.

Молния может возникнуть не только между облаком и землёй. Большинство разрядов происходит внутри самого облака или между соседними облаками. Заряженные области соединяются, и небо на мгновение освещается изнутри.

Параллельно с электризацией в облаке растут осадки. Капли сталкиваются и объединяются, ледяные частицы покрываются переохлаждённой водой, увеличиваются и становятся тяжелее. Когда восходящий поток больше не может их удерживать, начинается дождь или град.

Градина может несколько раз пройти через разные участки облака. Поток подбрасывает её вверх, на поверхности замерзает новая вода, затем частица опускается и снова попадает в восходящий воздух. Поэтому на разрезе крупной градины иногда заметны слои.

Падающие осадки тянут воздух вниз. Дополнительно его охлаждает испарение части капель. В облаке формируется нисходящий поток, который достигает земли и растекается в стороны. Именно поэтому перед грозой часто появляется внезапный холодный ветер.

Этот ветер может прийти раньше дождя. Передняя граница холодного воздуха поднимает находящийся рядом тёплый воздух и иногда создаёт характерный тёмный вал под облаком.

Со временем нисходящие потоки начинают преобладать. Они перекрывают поступление тёплого влажного воздуха, которым питалась гроза. Облако теряет источник энергии, осадки слабеют, а электрическая активность постепенно прекращается.

Получается, что гроза развивается как единая система. Тёплый воздух поднимает влагу, вода превращается в капли и лёд, столкновения частиц разделяют заряды, электрическое поле создаёт молнии, а дождь и холодный воздух в конце концов гасят само облако.

Тёмная туча перед грозой выглядит почти неподвижной. Но внутри неё одновременно движутся тонны воды и льда, воздух поднимается и падает с большой скоростью, а миллиарды столкновений постепенно собирают электрический разряд, который затем за долю секунды пересекает небо.