Молния в горных походах

На второй год походничества я понял - есть очень мало вещей в мире, более захватывающих и пугающих, чем гроза в горах. И за страх в грозе отвечает прежде всего молния. Она непредсказуема, она стремительна и она смертельна. Тем важнее для всех, кто ходит в походы, познакомиться с этим явлением.

Статья вдохновлёна выпуском подкаста BackpackingLight о молниях и представляет собой мой вольный перевод-конспект с дополнениями из других источников.

Статья состоит из трёх частей:

Часть I. Генезис - как зарождается и происходит молния.

Часть II. Соприкосновение - удар молнии и человек.

Часть III. Знание - снижаем риски от молнии в походе.

Приятного чтения 📖

Часть I. Генезис

Определения и предпосылки

Когда я начал работу над текстом, то с удивлением встречал фразы типа "процесс формирования молнии пока не до конца понятен". Но кое-что мы всё таки знаем.

Молния - это электрический разряд внутри облака, между несколькими облаками или между облаком и землей. Нас интересует последний вариант. Типичная вспышка молнии от облака к земле представляет собой электропроводящий плазменный канал. В каждом из таких каналов, за несколько микросекунд протекает электрический ток в 5-100 килоампер. Длина канала в среднем около 5 км, иногда до 14 км - это расстояние между начальной искрой и местом удара. Сама разрядка является завершающей стадией сложного процесса, в который мы сейчас и окунёмся.

Вот наше грозовое облако. Это небесный котёл с водой, холодом и ветрами, в котором заваривается наша молния. Носителями электрического заряда на этом этапе считаются ионы водорода и ионы гидроксида. Основная область зарядки приходится на центральную часть облака. Здесь низкая температура и быстрое движение воздуха создают смесь капель, мелких кристаллов льда и крупы.

Потоки воздуха уносят переохлажденные капли и кристаллы вверх. В то же время крупа, которая больше и плотнее, либо болтается в середине облака, либо стремится к его нижней части.

Когда летящие вверх кристаллы и капли сталкиваются с крупой, то становятся положительно заряженными, а крупа тут же становится отрицательно заряженной. В результате верхняя часть грозового облака приобретает заряд ➕, а средняя и нижняя преимущественно уходит в ➖

Наше грозовое облако движется, и на поверхности под облаком создаётся электрический заряд противоположной полярности. Спровоцированный облаком положительный заряд на земле сначала будет небольшим, но по мере приближения центра грозы начнёт расти.

Для возникновения разряда-молнии нужны два условия:

1. Высокая разность потенциалов между двумя областями пространства. У нас есть грозовое облако, которое накопило в нижней части здоровенный такой минус. И земля под облаком с индуцированным плюсом. Чек ✅

2. Препятствие для свободного уравнивания противоположных зарядов. Сама атмосфера Земли обеспечивает электрическую изоляцию и предотвращает свободное выравнивание. Чек ✅

Между противоположно заряженными областями (➖ облако и ➕земля) появляется электрическое поле. Под его действием воздух ионизируется и становится хорошим проводником. Начинается самое интересное.

Лидеры

Между областями с противоположными зарядами образуются каналы ионизированного воздуха или лидеры. Это проводящие каналы, которые распространяются по электрическому полю между облаком и землёй в разных направлениях и притягиваются к областям с противоположным зарядом.

Лидеры двигаются в разные стороны, собирают ионы на своих концах, образуют новые лидеры и расщепляются, продолжая движение ветвистой структурой, к которой мы все привыкли. Лидеры прокладывают путь, по которому затем проходит один или несколько основных разрядов. На замедленных видео с мощными молниями можно увидеть распространение лидеров.

Восходящие лидеры

Когда ➖лидер из облака приближается к земле, наличие ➕заряда внизу усиливает напряженность электрического поля. Поле это наиболее сильно на заземленных объектах, которые находятся высоко т.е. близко к основанию нашего облака. Это могут быть здания, деревья, верхушки гор, каркасы палаток и тд.

Заземленные объекты будут испытывать на себе коронный разряд и в какой-то момент он превысит пороговое значение. Сформируется положительно заряженный ионный канал - восходящий лидер.

Как только нисходящий ➖лидер соединится с восходящим ➕лидером произойдёт "соединение" (attachment), сформируется путь с низким сопротивлением, и случится долгожданная разрядка-молния. Носителями заряда в молнии будут уже электроны плазмы.

Как появляются сами лидеры?

А мы не знаем. Есть несколько гипотез. Одна из них предполагает, что усиленные электрические поля возникают около водяных капель или ледяных кристаллов в облаке, и это способствует образованию каналов. Другая же, поупоротей, объясняет всё тем, что космические лучи создают потоки релятивистских электронов, которые затем ускоряются и инициируют формирование лидеров 😵‍

Корона

Чуть выше я упомянул коронный разряд. В условиях грозы вокруг заземленных объектов, включая человека, образуется электростатическое поле. Мы можем почувствовать его благодаря запаху озона, увидеть, как волосы на голове и конечностях встают дыбом, и услышать через слабое потрескивание. Это и есть корона.

Если вокруг явно собирается гроза, и мы замечаем корону, то нужно понять одно - риск удара молнией крайне высок. Нужно срочно покидать эту область, сбрасывать высоту, откидывать металлические вещи, искать укрытие.

Пекло и Гром

Так как молния, это разряд или движение электрических зарядов, то у неё самой по себе нет температуры. Молнии не горячие. Однако когда разряд проходит через воздух или какой-то объект, то происходит локальное и мгновенное повышение температуры до астрономических цифр. Именно этот процесс вызывает пожары и ожоги.

К тому же, температура и объем пропорционально связаны друг с другом. И мгновенное повышение температуры воздуха приводит к такому же быстрому расширению объема воздуха. Это быстрое расширение порождает массивное давление и взрывные волны, которые мы слышим как гром.

Часть II. Соприкосновение

Типы ударов молнией

Как именно молния может поразить человека

1. Земной ток (ground current)

Сразу на примере. Молния бьет в дерево, ток спускается по стволу и движется по поверхности земли. Земные токи берут на себя почти половину травм и смертей, связанных с ударами молнией. Главный вывод здесь - надо держаться подальше от высоких объектов в грозу. Также важно избегать ситуаций, когда вы лежите плашмя на земле. Нужно принять защитную позу. О ней ниже.

2. Боковая вспышка (side flash)

Боковые вспышки - это разряды молний, которые отскакивают от высоких объектов по воздуху. Продолжая пример с деревом, ток может перескочить не только по земле, но и по воздуху. После земного тока это вторая по распространенности причина травм и смертей. Вывод всё тот же - держаться подальше от высоких объектов в грозу.

3. Восходящие лидеры (upward leaders)

Не зря мы тратили время на них. Опасность восходящего разряда актуальна для походников. На гребне или вершине горы в грозу складываются почти идеальные условиях для генерации восходящих лидеров. И прежде чем случится соединение и разрядка, человек может пострадать от восходящего разряда. Это третья по распространенности форма последствий от молний. И снова - в грозу нужно держаться подальше от высоких объектов и самим сбрасывать высоту.

4. Контактный удар (contact)

Возникает, когда человек контактирует с проводником тока в грозу. Проводником могут быть треккинговые палки, удочки, забор из колючей проволоки, линии передач и т.д. Все эти штуки могут передавать ток на приличные расстояния или привлекать заряд прямо к вам. В грозу держимся подальше от таких объектов и предметов.

5. Прямой удар (direct strike)

Интересно, что прямые удары встречаются редко - 3-5% случаев. Этот тип опасности больше актуален для альпинистов. По сути, если человек во время грозы становится самой высокой точкой, которая к тому же обвешана железками, то молния ударит прямо в эту цель. Не устану повторять - в грозу высота наш враг №1.

Механизм повреждений от удара молнией

Мы знаем как молния наносит удар, но что именно происходит с организмом человека? Минутка патофизиологии. Повреждения от молнии можно разделить на 3 типа:

1. Поражением электрическим током. Это большая опасность для сердца и дыхания. Внешний ток может нарушить работу нашей собственной электрической системы сердца (нарушен ритм, остановка) или поразить дыхательный центр в мозге.
2. Выделение вторичного тепла. Помните абзац про пекло? Вот это оно. Для ударов молнией характерны тяжелые ожоги вплоть до 3 и 4 степени. Это очень плохо. При этом не так важен тип удара. Одинаково опасны как земные токи, боковые вспышки, так и восходящие лидеры.
3. Взрывная сила. Здесь снова сошлюсь на абзац про пекло и гром. У нас есть электрический разряд за которым следует массивное расширение, вибрация и давление на локальный участок пространства. Такая сила может нанести серьёзные физические травмы: сломать кости, разорвать кожу и мышцы, повредить внутренние органы.

Также я бы выделил психологический стресс. Думаю, переживших такое катастрофическое событие, вкупе с травмами могут сопровождать длительные психологические последствия. И это, вероятно, наименее изученный тип последствий от удара молнией.

Отправные точки для первой помощи

Мы должны следовать основным принципам оказания первой помощи в походе. Я не буду подробно останавливаться на этом моменте - эта тема для отдельной статьи. Но обозначу лишь поведенческие векторы для случая, когда кого-то ударила молния

1. Безопасность для тех, кто не пострадал. Нужно убедиться, что опасность поражения молнией миновала.
2. Сортировка. Если пострадавших несколько, нужно расставить приоритеты и решить, кто нуждается в помощи в первую очередь
3. Базовая система жизнеобеспечения для пострадавших. Только сейчас можно приступать к оказанию помощи.
4. Оценить состояние остальных, и себя в том числе. Снова расставить приоритеты.
5. Наблюдать за пострадавшими до прибытия помощи.
6. Эвакуация. Так как в полевых условиях невозможно четко понять, насколько серьёзно пострадал человек, нужно эвакуировать в больницу как можно быстрее любого пострадавшего от молнии. Даже если они говорят, что все хорошо.

Часть III. Знание

Как защититься от молнии в походе

👀👂⏱️ Система Flashbang

Это инструмент для оценки того, насколько далеко от нас ударила молния. Итак, мы видим вспышку и считаем секунды, пока не услышим раскат грома. Обычно грому требуется пять секунд, чтобы преодолеть расстояние в 1,5 км от места удара молнии. Это потому, что скорость звука намного медленнее скорости света.

Flashbang даёт примерное понимание

• на каком расстоянии от места удара мы находимся,
• удаляется или приближается к нам гроза (это не всегда понятно визуально),
• и самое главное, сколько у нас есть времени, пока мы не попадём в эпицентр.

Тут важно отметить, что все расчеты примерны. Грозы могут двигаться с совершенно разными скоростями. Но я считаю flashbang полезным инструментом хотя бы потому, что он помогает сфокусироваться и принимать решения.

3️⃣0️⃣⏳ Правило "30 на 30"

Об этом правиле я не знал, но пару раз инстинктивно применял его. Итак, "30 на 30" даёт нам немного информации о том, насколько безопасно продолжать движение. Звучит правило примерно так:

Когда мы видим молнию, то считаем секунды, пока не услышим гром. Если это время составляет 30 секунд или меньше, гроза достаточно близка и может быть опасна. Нужно искать укрытие. Когда мы в последний раз увидели молнию, или услышали гром (если молнию не видно), нужно ждать минимум 30 минут, прежде чем выходить из укрытия.

❌ "Безопасные" места

Легко советовать людям - ищите безопасное место. Проблема в том, что на лоне природы во время грозы безопасных мест нет. Мы должны понять и принять это. И попробовать найти наименее опасное место.

Можно выделить несколько уровней опасности для мест на природе:

• низкая опасность: плотный лес, низкорослые деревья, глубокие овраги и распадки, большие пещеры, низкие склоны, узкие глубокие ущелья
• высокая опасность: хребты и перевалы, второстепенные гребни и неглубокие овраги, пологие холмы, небольшие впадины
• чрезвычайная опасность: вершины и основные гребни гор, плоские ровные пространства, неглубокие пещеры на высоте, открытая вода и земля рядом с открытой водой, место под высоким одиноким деревом или рядом с ним.

При появлении грозы в горах нужно избегать вершин или гребней, а также плоских ровных мест. Надо без промедлений сбрасывать высоту и удаляться на максимальное расстояние от пиков и выступающих скал. Мелкая осыпь неплохо изолирует и является хорошим убежищем, если над ней, опять же, не нависают скалы.

По настоящему безопасные места - это здания и автомобили с металлической крышей (клетка Фарадея). В природе найти их сложно, но если вы можете добраться к ним в грозу и дорога не представляет высокой опасности, стоит держать туда путь.

⛺ Лагерь в грозу

Мы помним, безопасных мест нет. Нам нужно место, где верх нашей палатки или убежища будет не самым высоким объектом в округе.

Молния ищет самые высокие объекты, а каркас палатки или шест шатра будут с большой вероятностью хорошими проводниками электричества. Поэтому проблема в том, что даже если молния ударит где-то в стороне, ток пойдёт по земле до проводника, и от него перекинется к человеку. Есть риск вторичного контактного удара от земного тока. Это лишь один пример. Также каркас палатки может создавать восходящие лидеры.

Установка лагеря в грозу - это всегда баланс между риском переохлаждения (дождь, снег, ветер снаружи) и риском удара молнией. Для себя я составил примерное правило:

Если окружение представляет высокую опасность, у нас есть одежда от плохой погоды, и путь безопасен - лучше продолжить движение. Если наше место в данный момент из разряда наименее опасных - лучше переждать грозу.

💧 Влажность, земля и вода

Пара слов про влажную землю. Инстинктивно кажется, что влажная или мокрая земля опасней в грозу, чем сухая. Но опытные ребята говорят, что мокрая земля быстрее рассеивает земные токи. У меня нет опыта стоянки в таких условиях, поэтому оставлю всё как есть. Если вы знаете что-то полезное по этому вопросу, поделитесь информацией в комментариях.

Тут же отмечу, что снег и лед - лучшие изоляторы, чем скалы. На снегу и льду вероятность разряда от того же земного тока снижается.

А вот открытая и стоячая вода - действительно мощный проводник и чрезвычайно опасное место. В горах это прежде всего озёра. Держитесь от них подальше в грозу. И да, лодка посреди открытой воды - очень плохое место.

🪨 Скалы

На скале ток будет искать путь наименьшего сопротивления. На крепких прочных скалах, особенно если они влажные, такой путь будет идти по поверхности. Ток предпочтёт "перепрыгивать" мелкие углубления, нежели следовать по их контуру. Участки лишайников, расщелины, земля и корни растений обладают меньшим сопротивлением, и ток будет прыгать именно по ним.

Чтобы использовать скалу как укрытие, нужно садиться на расстоянии минимум 1-2 метра от скальной стены и не дальше, чем высота самой скалы. При этом скала должны быть в 5-10 раз выше нашей верхней точки (роста или потолка палатки).

Лучше держаться подальше от вертикальных трещин в скале, участков с лишайниками, корнями и землёй.

🦇 Пещеры

Ок, пещеры это классно. Но они должны быть достаточно глубокими. Не просто чтобы защищать, а чтобы не создавать дополнительной опасности.

Сценарий таков. Молния бьёт в скалу, у основания которой есть пещера с людьми. Ток стремится вниз и ищет путь наименьшего сопротивления, как всегда. Он достигает верхней части пещеры и планирует добраться до её дна. У него на дороге стоят люди, и если высота пещеры невелика, ток пройдёт через людей. Поэтому в пещерах особенно опасна внутренняя щель, идущая сверху и пропускающая воду.

Опасно также стоять около входа в пещеру, так как там имеется риск "замкнуть" собой отверстие входа. В грозу чувство безопасности, которое даст пещера или нависающая скала - обманчиво. Следует избегать щелей, навесов и гротов, в которых нельзя устроиться далее чем 1 м от входа и потолок которых ниже чем 3 м над головой.

Защитная поза

Я упоминал о ней выше. Есть ситуации, когда идти дальше не вариант, гроза застигла нас, и мы должны её переждать. Лучшее что можно сделать:

1. Отбросить подальше весь металл и технику.
2. Встать ногами на изолирующий материал (каремат, рюкзак без металлических частей, спальник, одежда). Чем суше материал - тем лучше изоляция.
3. Прижать ноги одна к другой.
4. Сесть на корточки, обнять колени, опустить голову, привстать на носочки
6. Держаться подальше от скал, камней и т.д. Не облокачиваться на них.
7. По возможности распределиться на расстоянии от других людей.

Это будет сложно. Особенно если гроза затягивается. Лучше не становиться на колени, не садиться на пятую точку, и уж тем более не ложиться плашмя. Защитная поза максимально снижает площадь соприкосновения и укорачивает путь для тока, если он устремится к нам. Это может снизить риски и минимизировать последствия удара молнии.

⚠️ Самое важное правило

Теперь мы вооружены целым комплексом знаний, инструментов и приёмчиков. Но всё это второстепенно. Важно другое:

Грамотно выбрать время и место для похода

Нужно знать и понимать погодные условия в местности, где мы будем идти. Избегать зон высокой опасности, если есть вероятность, что будет гроза. И максимально быстро покидать высокогорье до того, когда шторм придёт к нам.

🤔 Виды опасности и наша роль

Поход - это всегда риск. Поход в грозу - это риск многократно возросший. Здесь нет ничего общего с грозой в городе. Здесь нет безопасных мест. И важно понимать разницу между объективной и субъективной опасностями.

Объективная опасность - это природная, экологическая опасность. Она существует независимо от того, что мы делаем. Гроза, шторм, молния, град происходят, рядом мы или нет.

Субъективная опасность - это наши решения и поведение, которые увеличивают риски объективных опасностей. Это выбор, когда и куда идти, какой маршрут выбрать, оценивать погоду или нет, что делать во время грозы и т.д..

На стыке объективной и субъективной опасности формируются шансы того, что может случится что-то плохое. И наша роль, как походников, состоит в том, чтобы снизить до минимума субъективную опасность. Это единственный рабочий способ, чтобы положительно влиять на ситуации с ирисками.

Воу, это было мощно! На сегодня всё ⚡

GD