Hva skjer egentlig i et lyn?

Lyn er fasinerende fenomen som har forundret mennesker i tusenvis av år. De har gjort såpass inntrykk på gamle sivilisasjoner at de ofte har blitt forklart av gudelig virksomhet, som for eksempel Zevs fra gresk mytologi, eller Tor fra norrøn mytologi. Dette er ikke uten grunn ettersom lynnedslag i lang tid har forårsakt skader på bygg, startet branner og drept uheldige mennesker.

 

Men hva skjer egentlig i et lyn?

Kjetil Albrechtsen, stipendiat ved Universitetet i Bergen, forklarer i denne teksten noen av prosessene som fører til lynnedslag. Vi anbefaler også å se på denne youtube videoen som viser et lyn i sakte film, der man kan se disse prosessene her.

 

Skyen

Det er en type sky som heter Cumulonimbus som er ansvarlig for lyn. Disse er store tette skyer stappfulle av elektrisk ladning, og ofte ser de ut som en ambolt, store på topp og bunn og smalere i midten. I en Cumulonimbus vil ladninger spre seg mot topp og bunn slik at vi får en ladningforskjell i skyen. Dette kan vi se i figur 1. Dette lager et kraftig elektrisk felt inni skyen mellom den positive toppen og den negative bunnen. Det vil også være et felt mellom bunnen av skyen, og den positivt ladde bakken.

lyn1

Figur 1 – viser formen på en Cumulonimbus og hvordan ladningen er fordelt.

 

 

Ladningen

Som dere kanskje vet vil like ladninger frastøte hverandre, og ulike ladninger tiltrekke hverandre. Siden vi nå har store mengder lik ladning i samme området, har de veldig stor energi og prøver å frastøte hverandre. Vi kan sammenligne skyen med et stort batteri i en krets, vist i figur 2. Her har vi to enkle kretser med et batteri koblet til en lyspære. Den ene kretsen er lukket, og strøm kan gå gjennom kretsen og få lyspæren til å lyse. Den andre kretsen er ikke lukket, og da vil ikke strømmen gå fra den positive delen av batteriet til den negative. Vi kan tenke oss at skyen er det samme som et batteri; strømmen har “lyst” å gå fra den positive toppen til den negative bunnen, men det er ingen “ledninger” som strømmen kan gå gjennom.

lyn2

 

Lederen

Så all ladningen som sitter i skyen har “lyst” å utlades, men hvordan skal den gjøre det hvis den ikke har noe sted å gå?

Siden det er så stor ladning inne i skyen, der milliarder på milliarder av elektroner frastøter hverandre begynner noen å dyttes ut av skyen. Dette er elektroner som vil prøve å komme seg fra den nedre delen av skyen (som er negativt ladd) ned til bakken (som er positivt ladd), eller fra den nedre delen av skyen til den øvre.

Siden der er så stor frastøtning inne i skyen klarer noen elektroner å dytte hverandre ut i vanlig luft, og siden de har så stor energi varmer de opp luften til flere tusen grader i et lite område.

Når luften blir så varm blir det lettere for flere elektroner å komme inn i dette området, og temperaturen stiger, og flere elektroner kan komme inn. Slik lages en kanal som elektronene kan bevege seg i, som sprer seg utover fra skyen. En slik kanal kalles en lynleder, eller bare en leder.

I en slik lynleder kan temperaturen bli opptil 10 000 grader, såpass varmt at luften inni blir til det som heter en plasma. Da klarer ikke atomene og elektronene i luften å holde sammen lengre siden de er for varme. Dette gjør at kanalen blir veldig elektrisk ledende (dette er ledningen vi trenger for å fullføre kretsen vår!).

Som en kan se i videoen nevnt øverst vil denne lederen spre seg nedover og forgreiene seg (for den vet ikke helt hvor den skal, bare at den skal “nedover”). Lederen kan også gå oppover til den øvre delen av skyen. Disse to typer lyn kalles sky-til-bakke lyn og sky-til-sky lyn.

 

Kontakt

Etterhvert som elektronene beveger seg nedover og forgrener seg, vil til slutt en forgreining komme i kontakt med bakken. Dette kan ses i figur 3. Her viser vi 4 bilder om hvordan kanalen utvikler seg i tid, og hvordan forgreininger oppstår.

Figur 3 – viser hvordan lederen forgreiner seg nedover mot bakken

Figur 3 – viser hvordan lederen forgreiner seg nedover mot bakken

 

Når denne kanalen for kontakt med bakken har vi en fullført krets. Dette gjør at elektroner kan gå fra den negative skyen gjennom kanalen, og ned i bakken nesten uten motstand, og de beveger seg ekstremt fort, ca. halvparten av lysets hastighet, eller 540 millioner kilometer i timen! Dette varmer opp kanalen enda mer fra 10 000, opptil 30 000 grader og kanalen lyser opp. Det er dette vi ser når lynet slår. Denne esktreme oppvarmingen av lederen skaper også lydbølger som vi hører som torden.