ברקים הם תופעה חשמלית אטמוספרית המופיעה כאשר רוחות עזות טורפות חלקיקי קרח בתוך ענני סערה. בעוד רוב הברקים מתרחשים בתוך העננים עצמם, חלק לא מבוטל מהם פוגע באדמה ועלול להשפיע עלינו: החל מקפיצות מתח והפסקות חשמל וכלה בתאונות מצערות כמו זו שהתרחשה בחוף הים של אשקלון, השבוע. מה גורם להיווצרות ברקים, ומה הדרך הטובה ביותר להימנע מהם?

לאורך ההיסטוריה ידעו מדענים ומלומדים כי בטבע קיים כוח בלתי נראה שקצת כמו כוח הכבידה, מושך עצמים זה לזה כמו בחוט שאינו נראה. לא צריך מעבדה מתוחכמת כדי להראות זאת; מספיק לסרק את השיער בבוקר או לחכך בלון בבגד כדי לצפות בשערות סומרות. הפילוסוף היווני תאלס (זה מהמשפט) הסיק שחפצים מסויימים כמו המינרל מגנטיט מושכים מתכות מאחר ויש להם נשמה. יותר מאלף שנים לאחר מכן, נשמה טובה אחרת בשם ויליאם גילברט נתן הסבר מעט מדויק יותר לתופעה המסתורית: חשמל ומגנטיות, אותה דימה לתכונה פנימית של החומר; זרם של חלקיקים שעובר מעצם אחד למשנהו [1].

כמאה שנים לאחר שנפטר גילברט ממגיפת דבר (היה קטע כזה פעם) נולד ענק מדע אחר ששמו, כנראה, מוכר לכם יותר: בנג'מין פרנקלין. מעבר להיותו מדינאי מוכשר ומהחותמים על הצהרת העצמאות האמריקאית, הרבה פרנקלין לעסוק במדע ופרסם מספר חיבורים העוסקים בחשמל. פרנקלין, כמו אחרים בתקופתו, פיתח את רעיון זרם החלקיקים של גילברט לכדי תיאור ראשון של החשמל כזורם, קצת כמו מים בנהר. למשל, הראה פרנקלין שכאשר משפשפים זכוכית במטלית יבשה, הזכוכית והמטלית יכילו מטענים מנוגדים וימשכו זה לזה. שתי זכוכיות, לעומת זאת, יכילו מטענים זהים וידחו זה מזה. פרנקלין תיאר את תופעת החשמל כעודף או חוסר במטענים חשמליים; כאשר עצם כלשהו מכיל יותר מדי "זורם" חשמלי הוא יהפוך להיות טעון חיובית. כאשר הוא מכיל מעט מדי "זורם" חשמלי הוא יהפוך להיות טעון שלילית.

באחד מניסוייו המפורסמים ביותר, הטיס פרנקלין עפיפון לתוך ענן גשם וטען אותו במטען חיובי. חוט המשי הרטוב הוליך את המטען מהעפיפון אל תוך מפתח ביתו של פרנקלין, שהיה מחובר לצנצנת ליידן; סוג של קבל [2] פשוט. בניסויו המהפכני, הראה פרנקלין שברקים הם תופעה חשמלית הדומה לזו שנצפתה במעבדה.

התיאור המתמטי הראשון של תופעת הכוח החשמלי ניתן על ידי שארל אוגוסטן דה-קולון, מדען צרפתי בן המאה ה-18. קולון, ששאב השראה משיטותיו של הפיזיקאי אייזק ניוטון, מדד את עוצמתו של הכוח הפועל בין שני מטענים חשמליים קטנים ומצא כי הוא דועך עם המרחק בריבוע. כלומר - עוצמת הכוח החשמלי ירדה פי ארבעה כאשר המרחק בין המטענים גדל פי שניים.

כפי שהראה פרנקלין, ברק הוא סוג של תופעה חשמלית. כלומר, זרם של חלקיקים נושאי מטען שעובר בין שתי נקודות. אז איך בדיוק נוצר הברק? בשל שחרור חום כתוצאה מעיבוי אדים, הרוחות בענן סערה מפותח חזקות מאוד ויכולות לשאת עימן בקלות חלקיקי קרח, טיפות גדולות של גשם וגראופל (קרח מעורב במים). בעוד הגופים הכבדים יותר נשארים תלויים באוויר, טיפות המים הקלות יותר נעות מעלה ומתחככות בגופי הקרח התלויים. החיכוך בין חלקיקי המים והקרח הגדולים, גורם לכך שחלקיקי מטען שליליים נתלשים מהחלקיקים העולים מעלה ומצטברים בתחתית ענן הסערה. כאשר השדה החשמלי גובר על התנגדות האוויר, מתפרק המטען החשמלי בין בסיס הענן לראשו בצורת זרם חלקיקים טעונים - ברק. בעוד רוב הברקים נוצרים בתוך ענן הסערה, ברקים נדירים יותר מתרחשים בין תחתית ענן הסערה לבין הקרקע, כמו אלו שגרמו לתאונה המצערת בחוף הים באשקלון.

התפשטות הברק מתחילה כאשר השדה החשמלי בין בסיס הענן לראשו או לקרקע גובר על ההתנגדות החשמלית האוויר. האוויר המיונן בין בסיס הענן לקרקע יוצר ערוצים מסתעפים של חלקיקים טעונים הנקראים לידרים (leaders). עם היווצרות הלידרים, מתחילים החלקיקים הטעונים לזרום לכיוון הקרקע. אם מצלמים פגיעת ברק במצלמה מהירה במיוחד [4] ניתן לראות בבירור את הלידרים המסתעפים לכיוון הקרקע. באותו הזמן, מטענים חשמליים חיוביים מטפסים לכיוון בסיס הענן ובוחרים לשם כך את העצמים הגבוהים ביותר בסביבתם; עצים, בניינים - וגם בני אדם. בשלב האחרון, "קופצים" המטענים החיוביים לכיוון הלידרים בערוצים הנקראים "סטרימרים". הלידר הראשון שיפגוש בסטרימר יהפוך להיות דרך ההתנגדות הנמוכה ביותר למטען החשמלי העובר בהתפרקות יתפרק בהבזק מרשים שצורתו מוארכת ומשוננת (נו, עכשיו אתם חייבים להיכנס לקישור ב-[3]).

מדענים רבים [5] חוזים שבעקבות שינוי האקלים יהפכו סופות ברקים עזות לשגרתיות יותר. כדי להיזהר מפגיעת ברק אתם צריכים לשמור שלא להיות העצמים הגבוהים ביותר בסביבתכם ולא לעמוד סמוך לעצמים גבוהים כמו עצים בזמן סערת ברקים. בחוף הים הריק, למשל, בני אדם עלולים להפוך בקלות לנקודה הגבוהה ביותר בסביבתם ולהוליך את המטען השלילי דרך גופם אל הקרקע. אם נקלעתם לסערת ברקים באופן פתאומי ואין ביכולתכם למצוא מחסה קבוע - עדיף שתישארו ברכב. גם אם הוא ייפגע מברק, המטענים החשמליים יחלפו דרך הפח המוליך אל עבר האדמה ולא תיפגעו.

לקישורים וקריאה נוספת

[1] קצת היסטוריה

[2] על קבלים חשמליים

[3] כיצד נוצר ברק?

[4] ברק במצלמה מהירה

[5] התעצמות סופות ברקים כתוצאה משינוי אקלים