Yıldırım

Havanın iyi bir iletken olmaması bünyesinde elektrik yükleri bulunduran bulutları oluşturur. Fiziksel nedenlerden ötürü, bulutun yüklenmesi sırasında yere yakın olan kısmında %70-%90 olasılıkla negatif elektrik yükleri yer alır. Bu durumda yer de bulutun negatif yüklerine bakan bölümünde pozitif yükler toplanır. Bazı koşullarda bunun tersi yüklenme de olabilmektedir (%10-%30 olasılıkla). Fırtınanın, hava akımlarının artmasıyla buluttaki negatif yük oranı ve buna bağlı olarak da yerdeki pozitif yük toplanması hızlanarak devam eder.

Bulutla yer arasındaki potansiyel farkı arttıkça aradaki havanın da delinmesi kolaylaşır ve belli bir değerden sonra havanın delinmesiyle oluşan iletken kanal boyunca buluttan toprağa veya topraktan buluta elektriksel boşalma başlar. Bulutla bulut arasında olan elektriksel boşalmaya şimşek ve bulut – toprak boşalmasına ise yıldırım denir.
Yıldırımın oluşması için öncelikle elektriksel olarak yüklenmiş yıldırım bulutunun oluşması gerekir. Günümüzde yıldırım bulutunun oluşumu rahatlıkla açıklanabilse de bu bulutun elektriksel olarak nasıl yüklendiği konusunda kesin bilgiler yoktur. Ancak bu durum bazı teoriler ile açıklanabilmektedir.
Yıldırım boşalmasının çıkış noktası, atmosferde yüksek miktarda nem bulunması ve sıcak hava akımları yardımıyla yüklü bulutların oluşmasıdır. Hava akımları, yere yakın hava tabakalarının iyice ısınması ile oluşur. Çok büyük yüksekliklerden aşağı inen soğuk hava ile bu hava tabakası yer değiştirir. Nem ise yüksek sıcaklıkta buharlaşma ile meydana gelir. Hava, yukarı çıkışı sırasında soğur ve belirli bir yükseklikte su buharına doyacağı bir sıcaklığa erişir. Daha fazla yükselmesi yoğuşmaya sebep olur ve bulut oluşur. Yıldırım bulutunun oluşumunda üç aşama söz konusudur.

Gençlik

Olgunluk

Yaşlılık

Gençlik aşamasında aşağıdan yukarı doğru ve kenarlardan ortaya doğru hava akımları artar. Bu durum yaklaşık 10 - 15 dakika sürer. Olgunluk aşamasında yağmurlar oluşur. Sıfıra yakın sıcaklık derecelerinde iyice azalan bulut kaldırma kuvveti şiddetli yağmurlara sebep olur. Bu sırada yukarıdan aşağıya hareket eden soğuk rüzgarlar görülür. Bunlar yere ulaştıklarında kısa süreli, şiddetli fırtınalara sebep olurlar. Bu aşama yaklaşık 15 – 30 dakika sürer. Yaşlılık aşamasında ise hava akımları artık son bulmuştur. Yaklaşık 30 dakika sürer.

Yıldırım bulutlarında elektrik yüklerinin nasıl oluştuğu henüz net bir şekilde bilinmemektedir. Tarih boyunca bu konuda çeşitli teorilerle bulutların yüklenmesi açıklanmaya çalışılmıştır. Bu teorilerden biri Simpson ve Lomonosow’ un teorisidir. Bu iki araştırmacıya göre bulutlardaki yükler hava akımı yardımıyla oluşmaktadır. Sıcak ve soğuk havanın yer değiştirmesi sonucunda oluşan hava akımı bulutlardaki su damlacıklarını harekete geçirir. Hareket halindeki su damlacıkları, birbirleriyle sürtünmesiyle, elektriksel olarak yüklenirler. Bulutlardaki hava akımları su damlacıklarının dağılmasına ve tekrar birleşmesine sebep olurlar. Yapılan labaratuvar çalışmalarında dağılan su damlacıklarından küçük damlacıkların negatif, büyük damlacıkların ise pozitif olarak yüklendiği gözlenmiştir. Bu bilgilere göre büyük su damlacıkları yani pozitif yüklü damlacıklar bulutun alt kademelerinde ve rüzgar hızının büyük olduğu bölümlerde olmalılar. Küçük, negatif yüklü, su damlacıkları ise rüzgar tarafından itilmeli ve bulutun daha yukarı kısımlarında dağılmalılar. Yıldırım bulutundaki yüklerin bu şekilde meydana geldiği kabul edilecek olursa bulutun alt kısımları pozitif yüklü olacağından yıldırım boşalması da pozitif kutbiyette olacaktır. Yapılan gözlemler pozitif kutbiyetteki yıldırım boşalmalarının %5-20 civarında olduğunu, boşalmaların yaklaşık %70-95’inin negatif kutbiyette olduğunu göstermektedir. Dolayısıyla Simpson ve Lomonosow’un teorileri yıldırım bulutlarındaki elektrik yüklerinin meydana gelişini tam olarak açıklayamamaktadır. Bu konuda ikinci bir teori de Elster ve Geitel tarafından ortaya konulmuştur. Onlara göre bulutların yüklenmesi tesirle elektriklenme ile açıklanmaktadır.

Dünya yüzeyindeki elektrik yükü –5x10^5 C kabul edilirse bu yükün içinde bulunan su damlacıkları alt uçları pozitif ve üst uçları negatif olmak üzere kutuplanırlar. Yerçekimi etkisiyle aşağıya doğru düşen büyük su damlacıkları havanın oldukça yavaş hareket eden iyonlarına yaklaşırlar ve bu sırada su damlacığının pozitif alt ucu havanın negatif iyonunu tutarken pozitif iyonu da iter. Böylece ağır su damlacıkları negatif elektrikli parçacıklar haline gelir. Aynı şekilde kutuplanan küçük su damlacıkları yukarıya doğru hareket ederken havanın pozitif iyonlarını çekerler ve negatif iyonları iterler. Böylece hafif su damlacıkları da pozitif elektrikli parçacıklar haline gelirler. Bu teoriye göre bulutun alt kısımlarında negatif yükler bulunmaktadır. Teori negatif kutbiyetteki yıldırım boşalmalarını açıklayabilmektedir gibi gözükse de aslında eksik yanları bulunmaktadır. Bir yıldırım bulutunun su damlacıklarından çok buz kristalleri ve kar parçacıklarından oluştuğu düşünülürse, bu buz kristalleri ve kar parçacıklarının dünyanın elektrik alanı ile kutuplanma olasılıkları oldukça düşüktür. Bu konu üzerine üçüncü bir teori de J. I. Frenkel tarafından ortaya atılmıştır. Frenkel’e göre havada her iki işaretli iyonlar var olduğundan, dünyanın negatif elektrik yükleri kaçmaya ve iyonosferin pozitif elektrik yükleri ile birleşmeye yatkındır. Dolayısıyla dünyanın azalan elektrik yükünü sürekli olarak besleyecek bir olayın olması gerekmektedir. Dünyanın elektrik yükünün sabit kalmasında en önemli rolü negatif yıldırım boşalmaları sağlayacaktır. Bu teoriye göre her iki işaretli iyonlardan oluşan hava ile küçük su damlacıkları veya buz kristallerinden meydana gelen bir ortam göz önüne alınır ve havanın negatif iyonlarının daha küçük su damlacıklarına veya buz kristallerine konduğu var sayılır. Buna göre bulut, negatif elektrikli su damlacıkları ve pozitif iyonlu havadan oluşur. (negatif iyonlar su damlacıkları tarafından tutulmuştur).

Yıldırımın Oluşumu Bir yıldırım boşalmasının oluşabilmesi için elektrik alan şiddetinin 2500 kV/m değerine ulaşması gerekmektedir. Buluttaki elektrik alan şiddeti yeterince arttığında bulut – bulut veya bulut – yeryüzü boşalmaları görülür. Eğer yeryüzündeki alan çeşitli sebeplerden ötürü (yüksek kuleler, gökdelenler, v.b.) bozulmuşsa bu takdirde de yeryüzü bulut boşalması görülebilmektedir. Bulut yeryüzü boşalması, bulutun pozitif veya negatif yüklü bölgelerinden yere veya yeryüzündeki pozitif veya negatif yüklü sivri uçlarından buluta başlayabildiği için, dört şekilde olabilir.
Yukarıya Çıkan Yıldırım Bu tip yıldırımlar genelde yerin pozitif yüklü sivri bölgelerinden, bulutun negatif yüklü bölgesine başlayan ön boşalmalar şeklinde görülür. Boşalmalar genelde düzgün araziler üzerindeki çok yüksek yapılardan (GSM kuleleri), veya yeryüzünün yüksek dağlık kesimlerinden başlarlar. Bu yüksek kesimlerin sivri uçlarından buluta doğru ön boşalmalar başlar. Bu sırada 1 ile 10 kA arasında değişen akımlar görülür. Boşalma tam olgunlaştığında akım değeri 10 kA’i bulur.

Aşağıya İnen Yıldırım Bir bulutun alt kısmındaki elektrik alan şiddeti yeterli düzeye geldiğinde toprağa doğru bir elektron demeti harekete geçer. Birinci demet 10 ile 50 metrelik mesafeyi 50 000 – 60 000 km/s arasındaki hızla geçer. 30 ile 100 mikrosaniye süren bir aradan sonra ikinci bir boşalma birinci boşalmanın yolunu izler ve birinciden 30 ile 50 metre arası daha ileri gider. Daha sonra üçüncü boşalma ve ardından dördüncü boşalma meydana gelir. Her bir boşalma öncekinden 30 ile 50 metre ileri giderek öncü boşalmanın ucunun yeryüzüne yaklaşmasını sağlar. Öncü boşalma yere yaklaştıkça elektrik alan şiddeti havanın delinme dayanımı üzerine çıkacak kadar artar. Böylece yeryüzünün sivri bir noktasından bir boşalma yukarıya doğru ilerleyerek öncü boşalma ile birleşir. Yaklaşık 50.000 km/s’lik bir hızla aşağıdan yukarıya doğru iyonizasyonlu ve kanalda depo edilen yükü toprağa boşaltır. Bu boşalma sırasında 100 milyon voltluk bir gerilimle 200 000 Ampere kadar çıkan akım toprağa akar.

Yıldırım, dünyanın yaratılmasından beri meydana gelen hadiselerden birisidir. İlahî terbiyeden mahrum, O'ndan mesaj getiren elçilerin anlattığı hakikatleri kabul etmeyen insanlar, kâinatta meydana gelen eşya ve hadiselerin mahiyetini anlamaktan uzak kaldılar. Kendilerine verilen korku hissini yanlış yerlerde kullanıp, kâinatta meydana gelen olaylardan korkup hayatlarını endişe içinde geçirdiler. Canların öldürücü ye cisimleri tahrib edici hususiyetlerinden dolayı yıldırımdan da korktular. Bazı iptidaî kavimler yıldırım; "tanrılarının" kendilerine fırlattığı alevli mızraklar, bazıları da "gök tanrıları"nın yeryüzüne fırlattığı çekicin izleri olduğunu sandılar.

Yıldırımlar üzerinde gerçeğe yakın esaslı ve köklü araştırmalar 18. y.y'da yapılmaya başlamıştır, İngiliz Wale birbirine sürtülen kehribarın çıkardığı şerare ve sesin sebebinin yıldırım ve gök gürültüsünde aynı olabileceğini söyledi. 1752 yılında Amerikalı Benjamin Franklin yağmurlu bir havada uçurtmanın ipinden anahtar geçirdi, birden anahtardan etrafa şeraleler yayıldığını gözledi. Böylece ölme tehlikesini göz önüne alarak bu korkunç ateş şualarının elektrikî bir hadise olduğunu ispata çalıştı. Mahiyetini anlamak gayesi ile araştırma ve çalışmaları, elektriğin tatbikatına zemin hazırladı. Çalışmaları paratonerin keşfiyle neticelendi.

Dünya, daima doldurulmaya ihtiyacı bulunan büyük bir akümülatöre benzer. Bulut olmayan yerlerde, negatif yüklü dünyadan pozitif yüklü olan yüksek atmosfere elektrik sızar. Bu sızma, kaybolan elektriği toplayıp biriktiren fırtına bulutlan tarafından dünyaya tekrar verilir. Bir bulut, dünyanın yükünün 100 milyon katı kadar kuvvetli elektrik biriktirebilir.

Bir fırtına bulutunun alt kısmında pozitif yükten oluşan bir tabaka mevcuttur. Bunun üzerindeki tabaka negatif yükle yüklüdür. Bulutun en üst kısmı yine pozitif yüklüdür. Elektrik yüklerinin her ayrılışında bir gerilim alanı oluşur. Oluşan gerilim izolasyon tabakasını zorlayıp dayanma gücünü aşarsa bir şerare bir yandan öte yana sıçrar ve şimşek çakar. Hava, fırtına bulutlan da izolatör vazifesini görmektedir. Çok kısa bir zamanda geçen elektrik akımı, yük farklarının bir kısmını denkleştirir.

Yeryüzündeki bir nokta ile bir bulut arasında boşalma kıvılcımı çıkanca bu noktaya yıldırım düştü denir. Yıldırımın ışıklı görünüşü için şimşek terimi kullanılmaktadır. Gök gürültüsü, yıldırım oluşurken ışıkla çıkan gürültüyü belirtir.

Şimşek, 1/100 saniyelik aralıklarla meydana gelen kısmî boşalmalardan ibarettir. Bu boşalmalar bulutla toprak arasında aşağıdan yukarı, yukarıdan aşağıya ve inişli çıkışlı olduğundan gök gürültüsü uzaklaşır ve yaklaşır gibi duyulmaktadır.

Yıldırımları oluştukları ve düştükleri yerlere göre üç kısma ayırabiliriz. Bunlardan birincisi bulut yıldırımlarıdır. Bunlar yıldırımların büyük bir kısmını teşkil edip, bulut içinde oluşur ve bulut içinde kalırlar. İkinci kısım yıldırımlar ise bulutla oluşup diğerine atlarlar. Bu kısmın sayısı da yer yıldırmalarınınkinden fazladır. Üçüncüsü ise yer yıldırımlarıdır. Yıldırımların az bir kısmını teşkil eden bu kısım bir bulutla oluşur ve yere düşer. Bu oluşum ve düşüş için saniyenin çok küçük bir kısmı yeterlidir.

Şimşeğin yapısı, günümüzde iki döner objektifi ile sabit bir fotoğraf camı bulunan Boys fotoğraf makinesiyle çekilen fotoğraflarla daha da iyi anlaşılmıştır. Bu çekilen fotoğraflarla ve yıldırımı yakından inceleme imkânlarının doğmasından sonra birkaç hususî şimşek hâli belirlenebilmiştir. Dal budak salmış yıldırımlar, çizgi yıldırımları, aşağıya inen yukarıya çıkan yıldırımların yanında sıcak, soğuk yıldırımların varlığı tesbit edilebilmiştir. İlim adamlarının şimdiye kadar müşahede edemedikleri fakat halkın gördüklerini iddia ettikleri kürevî yıldırımların varlığı söylentiden öteye geçmemiştir. Bu yıldırımlar anlatıldıklarına göre güya, parlayan toplar gibi rahatça havada süzülüp türlü hareketler yapmaktadırlar. Genişliklerinin 20-25 m. kadar olduğu, parlaklıklarının birçok renk tonu arasında değiştiği söylenmektedir.

Yıldırımların ölçülmesi ve parçalanması çalışmalarında bulunan İsviçre'li Kari Berger, yıldırım hakkında bilinmeyen birçok noktayı açıklığa kavuşturdu. Berger, İsviçre'nin 915 m. yükseklikteki "San Solvatore" dağına 70 m. yükseklikte çelik bir kule yaptırdı. Sonra bu kulenin yanına bir ikincisini ilave etti. Bu kulelerden her yıl, çevreye ve kulelere çarpan 100'e yakın yıldırımı tetkik etme imkânını buldu. Binanın içine yerleştirilen teknik aletlerle yıldırımın fotoğrafını çekti. Yıldırımlar üzerinde yaptığı çalışmalar neticesinde sıcak ve soğuk yıldırımların keyfiyetlerini ortaya çıkardı. Sıcak yıldırımlar yangınlara sebeb olduğu halde soğuk yıldırımlar yangın çıkarmıyordu. Bunun sebebi de soğuk yıldırımların sıcak yıldırımlardan daha az bir sürede oluşup hemen tesirini kaybetmesiydi. Dolayısıyla düştüğü madde üzerinde, o maddelerin yeterli tutuşma sıcaklığını sağlayabilecek süreden az duruyordu. Böylece o madde için gerekli aktivasyon enerjisi sağlanmamış oluyordu.

Berger, yıldırımların % 20'sinin "aşağıdan yukarı çıkan" yıldırımlar olduğunu gözledi. Bu tip yıldırımlar hususî şartlarda ve muayyen bölgelerde olabiliyordu. Açık arazi ve evlerde oluşmadığı halde maden tepeli dağlarda, gemi direkleri ve yüksek bacaların çevresinde görülebiliyordu.

Yüksek hız fotografisiyle yıldırımın her seviyesini tesbit mümkün olmaktadır. Bir buluttan dışarıya fırlayan bir yıldırımın hızı saniyede 150 bin km'dir. Yıldırım, yolunun her 50 m'sinde bir, yolunu değiştirdiğinden zikzaklı bir yol izler. Esas yıldırım, saniyenin bir kaç milyonda biri kadar bir süre durur. Onu yakalamak için yerden çıkan bir yıldızıma veya sivri bir cisme rastladığında kısa devre meydana gelir.

Dünya üzerinde her saniye tahminen 1800 fırtına patlak vermekte, her saniye ortalama 100 defa 300-2700 m. uzunlukta şeritler halinde de yıldırım düşmektedir. Bir tek yıldırım 3.750 milyon kilovatlık elektrik gücü taşıyabilir. Bir yılda dünyaya ortalama 3 milyar düştüğüne göre, yıldırımlar dünyamıza 11,25.10 kilovatlık enerji taşımış olurlar. Gerilimleri 100 milyon volt olan yıldırımlar beraberlerinde 100 bin amperlik akım götürürler. Yıldırımların sıcaklığı, güneşin yüzeyindeki sıcaklıktan 5 kat daha fazladır. Bu sıcaklıkta 30.000°C dolaylarındadır. Saniyedeki hızlan 100.000 km. bulan yıldırımlar enerjilerinin % 75'ini geçtikleri yollar üzerindeki havaya ısı enerjisi halinde vererek dağıtırlar. Herhangi bir yıldırımın yolu üzerindeki havanın sıcaklığı 15-20 bin °C'ye yükselir. Bu yükseliş havanın genleşmesini sağlar. Bu hadise 25 km. uzaktan gök gürültüsü şeklinde duyulan ses dalgalarını doğurur.

Yıldırım her yıl takriben yarım milyarlık mal kaybına sebeb olmaktadır. ABD' de her yıl 90 milyon yıldırımdan 50.000'i evlere çarpmaktadır. Almanya'da yılda yaklaşık 100 kişi yıldırımdan ölmektedir. Bu sayı Dünya nüfusuna göre 1000-2000 kişiyi bulmaktadır. Yıldırım çarpma ihtimali Dünyanın her yerinde aynı değildir. Zira yıldırım oluşabilmesi için fırtına bulutu gerekir. Fırtınayı meydana getiren unsurlar nem ve sıcaklıktır. Kutup bölgelerinde sıcaklık, çöllerde de nem olmadığı için oralara ne yıldırım düşer ne de gök güder.

Yıldırımın elektrikle çalışan vasıtalara yaptığı hasar yüz milyonlarca dolan bulur. Radyo parazitlenir, televizyon net yayın yapamaz, elektrik hattına yıldırım düşerse yüksek gerilim oluşur. Bu gerilim şehirlerde pek tehlikeli olmamakla beraber köylerde oluşursa zararı büyük buudlara ulaşabilir. Telefon hattına düşen yıldırım o an telefon etmekte olan kişiyi öldürebilir. Aynı zamanda yıldırım çarpmalarında kalbin durması, ölüme sebep olmaktadır.

Yıldırımın, yukarıda saydığımız zararları olmasına rağmen kendisinden kolayca korunulabilir. Paratonerler, binanın üstüne konur ve çevrede oluşan yıldırımın yolunu kesip onu yakalayarak hiç bir zarara sebeb olmadan toprağa gönderebilir. Açık bir arazide fırtınaya tutulan bir kimse ortada yalnız duran bir ağacın (cinsine bakmadan) yapraklan altına sığınmaktan sakınmalıdır. Düz arazide ise en yüksek noktayı teşkil etmemek için yere çömelerek beklenmelidir. Ormanlık bir bölgede ise genç ağaçların altına sığınmalıdır.

Kâinat Kitabının her harfine binler hikmet takan Kudret, sanki yıldırımı, gayb âleminde hikmetleriyle yükleyip mevcudatın üzerine boşaltıyor. Hadiselerden tevahhuş etmemek, eşyadan ürkmemek için eşya ve hadiselere bakışımızı "Evet herşey ya hakikaten güzeldir ya bizzat güzeldir veya neticeleri itibarıyla güzeldir" sözüyle berraklaştırabiliriz. İnsanımızın; sebebler mâniasını aşıp tabiat bataklığından kurtularak eşya ve hadiselerin ardındaki gizli manaları okuyup, kendine düşen vazifeyi idrak edebilmesi dileğiyle.