Sét đánh là một trong những hiện tượng tự nhiên mạnh mẽ nhất, có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng cho cả môi trường và con người. Các cấu trúc cao, cơ sở hạ tầng quan trọng, và thậm chí sinh mạng con người đều có thể bị ảnh hưởng trực tiếp bởi sét đánh.
Sự phát triển của khoa học và công nghệ trong vài thập kỷ qua đã giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các cơ chế tạo ra và điều khiển hiện tượng này, nhưng vẫn còn nhiều thách thức trong việc dự báo và bảo vệ hiệu quả chống lại nó. Bài viết này sẽ khám phá các loại sét, cơ chế của chúng, và các phương pháp hiện đại nhất để giảm thiểu thiệt hại do sét gây ra.
Phân loại Phóng Điện Sét
Phóng điện sét có thể xảy ra ở nhiều dạng khác nhau, tùy thuộc vào điều kiện khí quyển và địa lý. Hai loại chính là phóng điện xuống đất và phóng điện giữa các đám mây, mỗi loại có những đặc điểm riêng biệt và tác động khác nhau đến môi trường xung quanh.
Phóng điện xuống đất là loại phổ biến nhất và cũng là nguy hiểm nhất đối với các cấu trúc và sinh mạng con người. Theo một báo cáo nghiên cứu, có tới 90% sét đánh là loại này, làm tăng nguy cơ hư hỏng cơ sở hạ tầng và gây cháy nổ.
Phóng điện xuống đất lại được chia thành bốn loại dựa trên cực tính của điện tích và điểm khởi đầu của nó: phóng điện âm xuống đất, phóng điện dương xuống đất, phóng điện dương lên trên, và phóng điện âm lên trên. Điều này cho thấy sự đa dạng trong cơ chế của sét và sự cần thiết của các biện pháp bảo vệ chống sét tinh vi.
Phóng điện giữa các đám mây ít khi tạo ra thiệt hại trực tiếp cho các cấu trúc nhưng lại có khả năng gây ra nhiễu điện từ mạnh, đặc biệt là đối với các thiết bị điện tử nhạy cảm. Sự phát triển của công nghệ đã làm tăng mức độ nhạy cảm của các thiết bị điện tử hiện đại đối với các xung điện từ, làm cho hiểu biết về loại phóng điện này trở nên quan trọng hơn bao giờ hết.
Cơ Chế Của Phóng Điện Sét
Điện Tích và Sự Tích Tụ Trong Đám Mây: Cơ chế phóng điện sét bắt đầu với sự tích tụ điện tích trong các đám mây. Khi các hạt băng và các hạt nước trong đám mây va chạm, chúng tạo ra điện tích thông qua quá trình gọi là sự nhiễm điện do va chạm. Điện tích này được tích tụ cho đến khi đạt đến một ngưỡng mà tại đó điện trường bên trong đám mây đủ mạnh để vượt qua điện trở của không khí xung quanh. Đây là điểm mấu chốt trong hiểu biết về phóng điện sét, vì nó giải thích cơ bản tại sao và khi nào phóng điện sét xảy ra.
Vượt Qua Điện Trở Không Khí: Một khi điện trường đạt đến ngưỡng cần thiết, nó bắt đầu ‘phá vỡ’ điện trở của không khí—quá trình này được gọi là điện phân không khí. Điện trường tạo ra một con đường ion hóa mà qua đó dòng điện có thể di chuyển. Sự kiện này không chỉ là một vụ phóng điện đơn giản mà còn là một chuỗi các sự kiện phức tạp bao gồm dòng điện di chuyển theo nhiều hướng, từ đám mây xuống mặt đất, giữa các đám mây, hoặc thậm chí trong cùng một đám mây.
Phức Tạp Của Hiện Tượng Điện Từ: Dòng điện của phóng điện sét không chỉ là một dòng thẳng đơn giản từ điểm A đến điểm B. Trên thực tế, nó có thể tạo ra các hiện tượng điện từ phức tạp, bao gồm cả các dòng điện phụ hoặc nhánh phụ tạo thành từ dòng chính. Các nhánh này có thể diễn ra do những thay đổi trong môi trường xung quanh, như sự thay đổi trong độ ẩm hoặc nhiệt độ, hoặc do tương tác của dòng điện với các cấu trúc trên mặt đất như tòa nhà và cây cối.
Qúa trình tạo tia sét
Quá trình phóng điện bắt đầu khi các điện tích âm và dương tích tụ trong đám mây, tạo ra một hiệu điện thế rất lớn. Khi hiệu điện thế đạt đủ lớn, nó sẽ gây ra một phóng điện ban đầu từ đám mây – đây được gọi là bước khởi đầu(tiên đạo)
Bước khởi đầu này di chuyển xuống phía mặt đất theo các bước ngắn, khoảng 50m mỗi lần, với thời gian giữa các bước khoảng 50 microgiây. Trong quá trình này, nó tạo ra nhiều nhánh phụ nhỏ hơn lan ra xung quanh.
Khi bước khởi đầu tiến gần mặt đất, điện trường tại các điểm cao như tháp, cây cối sẽ tăng lên mạnh. Điều này khởi tạo các phóng điện ngược từ những điểm cao này hướng về phía bước khởi đầu.
Khi một trong các phóng điện ngược kết nối với bước khởi đầu, nó thiết lập một mạch điện dẫn liên tục giữa đám mây và mặt đất. Dòng điện lớn (khoảng 30.000A) sẽ chạy qua mạch này, tạo ra tia sáng chói loà mà chúng ta nhìn thấy như tia sét.
Toàn bộ quá trình diễn ra rất nhanh, trong vòng 30 mili giây. Nhưng ánh sáng rất chói cùng với tiếng sấm là hiện tượng mà chúng ta có thể quan sát thấy rõ nhất.
Phóng điện sét là một phần không thể thiếu của hệ thống thời tiết của Trái Đất và có ảnh hưởng sâu sắc đến môi trường và xã hội loài người. Sự tiến bộ trong khoa học và công nghệ đã giúp chúng ta hiểu rõ hơn về hiện tượng này và phát triển các phương pháp bảo vệ chống lại nó. Tuy nhiên, vẫn cần có sự nghiên cứu và đầu tư liên tục để cải thiện các công nghệ hiện tại và phát triển các giải pháp mới, nhằm đối phó hiệu quả hơn với các thách thức do phóng điện sét gây ra.
Q/A
Lý do tại sao cần tránh đứng gần các vật cao hoặc đứng trên điểm cao nhất trong khu vực khi có giông bão?
Trong quá trình hình thành tia sét, khi bước khởi đầu (stepped leader) từ đám mây di chuyển xuống gần mặt đất, nó sẽ tạo ra một điện trường rất mạnh xung quanh. Điện trường này tập trung cao nhất tại các vật cao hoặc điểm cao nhất trên mặt đất.
Điều này xảy ra bởi các vật cao hoặc điểm cao tạo nên một sự tập trung điện trường tại đỉnh hoặc phần nhô cao nhất của chúng. Hiệu ứng tập trung điện trường này có thể làm tăng cường điện trường tại những điểm này lên đến hàng trăm lần so với mặt đất xung quanh.
Khi điện trường tăng cao đủ lớn tại những điểm nhọn, phần nhô ra này sẽ khởi tạo các phóng điện ngược (upward leaders) về phía bước khởi đầu đang di chuyển xuống từ đám mây.
Sự kết nối của phóng điện ngược từ mặt đất và bước khởi đầu từ đám mây tạo thành một mạch điện liên tục, cho phép dòng điện mạnh chạy qua và tạo thành tia sét.
Vì vậy, người đứng gần các vật cao hoặc đứng trên điểm cao sẽ ở rất gần tâm điểm của các phóng điện ngược này. Họ có nguy cơ cao bị tia sét “tìm đường” qua người để đến đích.
Do đó, để phòng tránh nguy cơ bị sét đánh, rất quan trọng phải tránh xa các vật cao và điểm cao nhất trong khu vực giông bão vì đây là nơi tập trung điện trường cao và khởi đầu phóng điện ngược.
Các biện pháp tránh bị sét đánh?
- Tránh đứng gần các vật cao hoặc đứng trên điểm cao nhất trong khu vực khi có giông bão. Những vị trí này dễ bị sét đánh do sự tập trung điện trường cao.
- Không đứng gần các vật dẫn điện tốt như cây kim loại, hàng rào kim loại, cột điện hay đường dây điện. Chúng có thể dẫn dòng điện từ tia sét đến bạn.
- Tránh đứng dưới những tán cây cao hoặc đứng gần các cấu trúc cao trong giông bão. Cây cao và các cấu trúc cao dễ bị sét đánh hơn.
- Nếu ở ngoài trời, cần tìm nơi trú ẩn an toàn như trong xe ô tô khóa cửa (nhưng không đứng gần xe) hoặc tòa nhà bằng bê tông cứng. Tránh trú ẩn dưới gốc cây đơn lẻ.
- Nếu không có nơi trú ẩn, hãy ngồi xuống co ro, đầu gối kế sát nhau, chân khép lại để giảm diện tích tiếp xúc với mặt đất.
- Tránh hoạt động ngoài trời khi có giông bão. Theo dõi cẩn thận các dấu hiệu giông bão và tìm nơi trú ẩn kịp thời.