Zjawiska Atmosferyczne
Burza powstaje przy początkowej dużej różnicy temperatur powietrza w górnych i dolnych warstwach atmosfery. Powietrze ogrzane, jako lżejsze, łatwo unosi się ku górze, rozprężając się przy tym adiabatycznie i ochładzając przy tym zgodnie z prawami termodynamiki. Zimny gaz jest zatem chłodniejszy niż ciepły, a więc musi gwałtownie zacząć opadać ku powierzchni Ziemi. Jeżeli jednak dodatkowo ogrzane powietrze jest w dużym stopniu nasycone parą wodną, przy spadku temperatury kropelki pary skraplają się do postaci ciekłej. Proces ten oddaje otoczeniu energie w postaci ciepła. Dzięki temu opadająca masa gazu ochładza się bardzo powoli, nadal przewyższając swą temperaturą sąsiednie masy powietrza. Obserwowanym efektem tych przemian jest szybkie wznoszenie się takich mas powietrza do wysokości kilkunastu tysięcy metrów. Gorące powietrze natrafia na takiej wysokości na obszary o ujemnej temperaturze (ok. -60 stopni.) Krople wody zamarzają, łączą się ze sobą i ulegają krystalizacji, w efekcie po przekroczeniu masy krytycznej opadają ku ziemi, ściągając za sobą komórki chłodnego powietrza z górnych warstw atmosfery. Na niższych wysokościach na skutek działania wyższej temperatury ponownie topnieją, wywołując tym samym ulewne deszcze. Na skutek pola elektrycznego Ziemi (powierzchnia planety naładowana jest ładunkiem ujemnym) dolne partie spadających kropel ładują się przy tym dodatnio. Duże gradienty temperatury (obecność oziębionego gazu przy powierzchni) powoduje tez powstanie lokalnych zawirowań i silnego wiatru, który często można zaobserwować przed i w trakcie burzy. Wraz z rozwojem nawałnicy pojawiają się impulsowe wyładowania w postaci błyskawic (piorunów). Typowa błyskawica charakteryzuje się przepływem prądu o względnie niskim napięciu przy bardzo wysokim natężeniu. Powstaje na skutek różnicy potencjału między dodatniego ładunku Ziemi i ujemnego ładunku chmur burzowych, gdy nadmiar ładunków ujemnych dąży do przepływu do Ziemi i tym samym do lokalnego wyrównania potencjału. Ładunki ujemne (elektrony) mogą być przenoszone zarówno stopniowo, z chmury o większym potencjale do chmury o potencjale mniejszym, jak i wprost z chmury do powierzchni planety. Warunkiem koniecznym jest tu wytworzenie się w obszarze chmury burzowej napięcia rzędu miliona Voltów na metr na skutek wirów i prądów powietrza (czas ładowania obłoku do takiej różnicy potencjałów to jednak zaledwie pół godziny). Dodatkowo potrzebna jest obecność dużych kropelek lub kryształków lodu w chmurze, które, ulegając przypadkowym kolizjom, mogą rozpadać się i generować poprzez proces separacji ładunki ujemne i dodatnie chmury. W chmurze dochodzi przy tym do rozdzielenia ładunków: jony dodatnie gromadzą się na szczycie, a elektrony - w jej dolnych partiach. W końcu napięcie jest na tyle duże, że ma miejsce samoistne wyładowanie: strumień ładunków ujemnych kieruje się ku powierzchni gruntu, zostawiając na swej drodze ślad w postaci zjonizowanego powietrza o grubości kilku centymetrów. Błyskawica taka dąży do jak najszybszego wyrównania napięcia, a zatem kieruje się ku obiektom możliwie jak najwyższym w danym obszarze (wieże, budynki, szczyty górskie, drzewa, maszty, słupy energetyczne.) Średnica efektywnego wyładowania jest zwykle niewielka- świadczyć o tym mogą rozmiary wypalonych w piaskowym podłożu śladów po piorunach, tzw. fulgurytów lub pioruniaków. W przypadku ciał o dużej zawartości wody (drzewa, zwierzęta, budynki) energia cieplna wyładowania powoduje gwałtowne wrzenie i cieplne rozszerzanie się wody, w rezultacie wybuch i rozsadzenie ciała na części. Przed zejściem błyskawicy ma miejsce wyładowanie wstępne (prekursor), czyli cieniutka wiązka ładunków szukająca najkrótszej drogi do ziemi. Światło błyskawicy jest efektem przepływu ładunków jonizujących cząstki powietrza, natomiast następujący niemal jednocześnie grzmot stanowi zjawisko akustyczne związane z gwałtownym rozprężaniem się gazu w tzw. kanale błyskawicy.Zagrożenie rażeniem przez piorun jest bardzo duże dla stojących pod gołym niebem ludzi, szczególnie gdy trzymają lub dotykają wysokich i metalowych obiektów (parasole, rusztowania, drzewa.) Dlatego też bardzo niebezpiecznie jest podczas nawałnicy stać pod wysokimi drzewami - rażone piorunem drzewo może rozerwać się, a sama błyskawica ulec rozgałęzieniu i objąć polem ludzkie ciało, dobrze przewodzące prąd. Z kolei zalecanym miejscem schronienia się przed burzą jest samochód lub pociąg (i każdy inny metalowy pojazd, w przypadku którego ładunki spływają po zewnętrznej obudowie do ziemi, nie generując pola wewnątrz jego objętości.) Nie wolno też zapominać, że w pewnych przypadkach piorun może poruszać się niemal równolegle do powierzchni gruntu - czasami dla wyładowania elektrycznego najkrótszą drogą jest właśnie droga po pewnych poziomych niejednorodnościach atmosfery. Obserwuje się także tzw. wyładowania paciorkowe (łańcuszkowe), mające formę pojedynczych świateł lub fragmentów błyskawic, nierzadko złączonych ze sobą. Takie zjawisko jest najprawdopodobniej zapoczątkowane zwykłym piorunem liniowym, po którym pozostać mogą jarzące się części złączone cienko świecącym o różnych barwach, od białości aż do czerwieni. Wyładowanie łańcuszkowe zdarza się rzadko, jest słabo udokumentowane i również słabo zbadane.Do ciekawostek należy fakt, że w każdej minucie na Ziemi jest statystycznie od 1500 do 2000 aktywnych burz, co pociąga za sobą mniej więcej 6000 wyładowań. Przez długi czas natura błyskawic nie była znana i wyjaśnił ją dopiero Beniamin Franklin w latach 80 jako proces związany z przepływem ładunku. Do dziś jednak nie są znane pełne wytłumaczenia takich ewenementów jak pioruny kuliste. Istnieje niewiele autentycznych fotografii tych wyładowań.Mogą one dostawać się do wnętrza budynków przez drzwi i okna, często elektryzując znajdujące się w środku przedmioty i zagrażając życiu ludzi. Zjawiają się często nieoczekiwanie, także już po burzy lub blisko jej końca. Przyjmują duże jasności i rozmaite (choć najczęściej zbliżone do białości) odcienie. Mogą mieć średnicę od kilku centymetrów do kilu metrów, choć na ogół są wielkości średniego jabłka. Według często przyjmowanej teorii piorun kulisty stanowi szybko obracającą się kulę rozżarzonego gazu i tworzy się na skutek zderzenia lub też przecięcia dwóch lub więcej zwykłych, liniowych wyładowań skierowanych wzajemnie przeciwnie. Kula taka porusza się szybko i chaotycznie, zmieniając nieoczekiwanie kierunek lub prędkość, i rozpada się po krótkim czasie (średnio po kilkunastu sekundach), czemu może, choć nie musi, towarzyszyć silny efekt akustyczny.
Zorza polarna
Zorza polarna jest przepięknym widowiskiem przyrodniczym wywoływanym specyficznymi warunkami świetlnymi. Zorza polarna zawsze tworzy się na określonych szerokościach geograficznych w górnych partiach atmosfery. Jest to jedna z cech odróżniających ją od tęczy, która pojawia się w różnych miejscach i jest to uzależnione od pozycji obserwatora. Zjawisko zorzy polarnej tworzy się zarówno na półkuli północnej jak i na południowej, w dwóch pasach ciągnących się wokół obydwu biegunów, nazywanych strefami zorzowymi (20-250 od bieguna magnetycznego). Najczęściej ciągną się one z zachodu w kierunku wschodnim. Ciekawą rzeczą jest fakt, że odznaczają się one kierunkiem prostopadłym do kierunku północnego wskazywanego przez kompas. Każe to wysuwać wnioski, że mają one związek z polem magnetycznym naszej planety. Niebo w pobliżu Arktyki, zwłaszcza na północy Kanady, Norwegii i na wyspie Spitzbergen, jest znakomitym tłem dla niezwykłych widowisk świetlnych. Jest ono czystsze i posiada ciemniejsza barwę od nieba europejskiego, które rozświetlają i zanieczyszczają duże aglomeracje miejskie i przemysłowe. Zorze polarne na półkuli północnej najlepiej można zaobserwować w lutym, gdyż wówczas w północnej strefie polarnej przez dłuższy czas i nieprzerwanie zalegają wyże baryczne. W tym czasie zjawisko to tworzy się prawie w każdą noc, jeśli tylko niebo jest czyste. Czasami jednak światło Księżyca sprawia, że nie są one za bardzo widoczne. Światło rzucane przez zorzę polarną jest tak silne, że można przy nim czytać, a pamiętajmy, że jest to przecież środek nocy. Jeśli widzimy ją prawie nad głową, to przyglądając się jej dolnej krawędzi odnosimy wrażenie, że jest ona bardzo cienka i że znajduje się niezwykle wysoko. Zorze tworzą się na różnych wysokościach. Najwyższe z nich powstają nawet na 650-800 km natomiast najniższy pułap ich występowania to 30-50 km. Zorze występujące najwyżej tworzą się w tych partiach atmosfery, które oświetlają promienie słoneczne, jeśli nawet są one dla nas niewidoczne, bo Słońce zeszło już pod widnokrąg. Krzywizna Ziemi sprawia, że zorze tworzące się tuż nad widnokręgiem sprawiają wrażenie niskich. Jest to jednak mylne złudzenie, gdyż w rzeczywistości powstają one na znacznych wysokościach, ale również w znacznym oddaleniu sięgającym setek kilometrów. Zorze powstają według pewnego scenariusza i choć czasami może to przypominać przypadkowe pojawianie się niezwykłych i lekko zabarwionych kształtów, to w rzeczywistości posiadają one uporządkowaną i ściśle określoną kolejność. Ten przepiękny spektakl zorzy, który należy wiązać z burzami magnetycznymi, ma pięć charakterystycznych etapów. Zorza pojawia się najczęściej wtedy, kiedy tuż po zachodzie Słońca na północnym krańcu nieba pojawia zielony łuk światła, noszący nazwę "cichego łuku". Ma on postać pionowych warstw oraz świetlnych kurtyn, których grubość może sięgać kilkuset metrów. Ich kierunek jest zgodny z liniami wyznaczającymi jednakową szerokość geomagnetyczną. Ich długość może sięgać setki a nawet tysiące kilometrów. Łuki te utrzymują się na niebie około godziny i zanikają wraz z zanikaniem zaburzeń magnetycznych. Czasami zdarza się jednak, że łuki te nie ulęgają zanikowi, a ich intensywność zaczyna stopniowo wzrastać. Jest to tak zwane stadium wzmożonej aktywności. Wówczas dolna krawędź łuku przyjmuje bardziej ostre kształty i szybko staję się jaśniejsza. Przybiera ona jednocześnie kolor błękitny i przemieszcza się w kierunku południowym. Jednocześnie łuk staje się równoległymi promieniami lub wiązkami promieni, które rozciągają się do góry w stronę zenitu. Najczęściej przemieszczają się one w kierunku zachodnim, równolegle do linii łuku. Kiedy zorza sieje się jeszcze bardziej intensywna oznacza to, że przechodzi do trzeciego stadium. Nazywane jest ono koroną zorzy polarnej i jest to najpiękniejszy i najbardziej widowiskowy, choć krótkotrwały etap jej tworzenia się. Pojawia się ona wtedy prawie nad obserwatorem i przyjmuje postać okrągłych, przypominających koronę kształtów, które tworzą promienie i pasma zbiegające się w jednym punkcie. Korony te czasami się łączą i tworzą na niebie łuki lub obrazy przypominające świetlne flagi. Zdarza się, że ulegają one gwałtownej pulsacji wysyłając jednocześnie tysiące promieni świetlnych będących imitacją deszczowych strug lub spadających strzał. Następnie korona znika a zorza staje niezwykle aktywna , te stadium budują wstęgi lub pasy świetlne, które w formie pulsacji raz się pojawiają a raz zanikają. Czasami mają miejsce jeszcze rozbłyski przyjmujące płomienie, które przez wielu uważane jest za najciekawsze zjawisko zorzy.