Äikesepilve lähenemisel pagevad suvitajad rannalt, jätavad töö katki põllumehed ja ruttavad katuse alla tennisemängijad. Kuigi äike avaldub kõige otsesemalt valgus- ja heliefektidena välgu ja müristamise näol, saab see kõik alguse elektrilaengutest, täpsemalt erinimeliste laengutega osakeste paiknemisest pilve erinevatesse osadesse.

Tuletame meelde, millised on need protsessid, mis loovad sedavõrd pingelise olukorra, et õhk järsku välku lööma ja müristama hakkab.

Üleeelmises Horisondis oli juttu, et maapind ja umbes 50 kilomeetri kõrguselt algav ionosfäär moodustavad hiiglasliku kondensaatori. Viimase omapära seisneb aga selles, et kuigi kogulaeng on seal null, võib kummalegi tema kattele (antud juhul on kateteks maapind ja ionosfäär) koguneda nimetamisväärselt suur elektrilaeng. Need laengud tekitavad elektrivälja. Kuna õhus leidub vabu elektriliselt laetud osakesi, kulgeb Maa poole elektrivool, mille tugevus hea ilmaga on üheruutmeetrises mõttelises õhutorus 10 astmes -12 amprit. Arvestades maapinna kogupindala, saame selge ilmaga Maa atmosfääris kulgeva voolu tugevuseks 1800 amprit!

Seejuures on voolutugevus kogu umbes 50 kilomeetri kõrguses “õhutorus” ühesugune. Samal ajal elektriväli, mis selle voolu tekitab, väheneb maapinnast eemaldumisel pidevalt. Kuidas seda seletada? Asi on selles, et kõrgemal leidub rohkem ioone, mille suunatud liikumine õhus kulgev elektrivool ju ongi. Ühikulise ristlõikepindalaga õhutorus kulgeva voolu tugevust nimetakse voolutiheduseks (j = I/S) ja selle kohta käib valem j = σE, kus σ on siin elektrijuhtivus ja E elektriväljatugevus. Seega on mõistetav, miks juhtivuse ja väljatugevuse korrutis on muutumatu!

Selge, pilvitu ilmaga on elektrivälja tugevus maapinna lähedal umbes 100 V/m, äikese korral on väli muidugi palju kordi tugevam.

Trükinumbri jooniselt võib leida koguni kolm kondensaatorit: ühe kateteks (plaatideks) on maapind ja ionosfäär, teise kateteks pilve alumine osa ja maapind, kolmanda kateteks pilve alumine ja ülemine osa.

Vaatleme lähemalt pilve ja pilvealust maapinna osa. Miks on pilve alumine osa laetud negatiivselt ja ülemine positiivselt? Just see on küsimus, millele ei oska praegu vist keegi üheselt vastata. Jääb loota, et järgnevalt pakutud mudel usutav tundub.

Pilve sees toimub pidev liikumine: lisaks aineosakeste korrapäratule siblimisele, mis kunagi ei lakka, liigub niiske õhk üles, moodustunud vihmapiisad aga alla. Võtame vaatluse alla ühe langeva veepiisa. Veepiisa alumine osa on positiivse laenguga, aga ülemine negatiivse laenguga. Selle kohta öeldakse, et ta on polariseeritud. Miks? Sellepärast, et elektriväli mõjutab iga laetud osakest elektrijõuga, mille suund oleneb osakese laengu märgist. Positiivsele laengule mõjub jõud elektrivälja suunas, negatiivsele elektrivälja suunaga vastassuunas. Mis väljast me antud juhul räägime? Eks ikka ionosfääri ja maapinna vahelisest, mille suund on ülalt alla, maapinna poole. See elektriväli põhjustabki tilgas olevate laetud osakeste ümberpaiknemise ja laadub tilga ülaosa negatiivselt, alumine positiivselt. Kujutame nüüd ette, et selline langev polariseeritud veetilk kohtab oma teel ioone, millest osa on positiivsed, osa negatiivsed. Neist positiivsed tõukab tilk endast eemale (positiivsed laengud tõukuvad), negatiivsed aga tõmbuvad tilga positiivse esiosa poole ja kompenseerivad selle laengu. Seega muutub veetilk tervikuna negatiivseks. Need positiivsed ioonid, mille veepiisk oma positiivse “ninaga” kõrvale tõukas, haaratakse ülespoole suunduva õhuga kaasa ning laevad pilve ülaosa positiivselt. Säärane mudel on küll ilus, aga saavutatud efekt jääb ikkagi sada korda nõrgemaks sellest, mis on vajalik tegeliku olukorra selgitamiseks. Põhilist rolli mängib nähtus nimega termoelektriline emissioon. Nimelt leidub alati iga keha pinna läheduses vabu elektrone, mille soojusliikumise energia on osutunud piisavaks, et rebida end aatomite ikkest vabaks ja tunda end koos teiste saatusekaaslastega vabana keha pinna läheduses moodustunud elektronpilves. Kui lähedusse satub teine, samuti elektronpilvega ümbritsetud keha, mis elektrone tugevamini tõmbab kui eelmine, omandab see uus keha negatiivse, vana aga positiivse laengu. Pilves nii juhtubki – jääkristallid tõmbavad elektrone tugevamini kui veepiisad. Seetõttu koguneb pilve ülaossa, kus on külm ja seetõttu palju jääd, positiivne laeng, pilve alaossa, kus leidub palju veepiisku, aga negatiivne laeng.

Nii või teisiti – laeng koguneb, elektriväli tugevneb ja pinge tõuseb. Kui väli on nii tugev, et teineteisest ühe meetri kaugusel olevate punktide vahel ulatub pinge juba 100 000 voldini, algavadki protsessid, mis välgu ja müristamiseni viivad.

MART KUURME (1948) on Tallinna Reaalkooli füüsikaõpetaja, pedagoogikamagister.