Lightning strike : पृथ्वीची किंकाळीच असते ‘वीज’

Lightning strike : पावसाळा व वळवाचे पावसाळी हवामान तयार हाेताच आकाशातील ढगांचा गडगडाट व विजांचा (Lightning) कडकडाटांसह भीतीयुक्त लख्ख प्रकाश, वीज जमिनीवर पडणे (strike), त्यात प्राणहानीसाेबतच मालमत्तेचे नुकसान हाेणे याचे प्रमाण वाढत असून, या बाबी सामान्य हाेत चालल्या आहेत. आकाशात चमकणारी वीज लाखो मेगावॅट क्षतमेची असावी, असा शास्त्रज्ञांचा अंदाज आहे. आकाशात वीज निर्माण होणे, ती चमकणे आणि जमिनीवर पडणे ही एक अत्यंत रोमांचक आणि शक्तिशाली नैसर्गिक वैज्ञानिक प्रक्रिया आहे. ही संपूर्ण प्रक्रिया वातावरणातील स्थितिक विद्युत (Static Electricity) आणि विद्युत विसर्जन (Electrostatic Discharge) या सिद्धांतांवर आधारित आहे. आकाशात ही वीज कशी तयार होते, ती जमिनीवर का व कधी काेसळते, वीज पडल्यावर किंवा पडू नये यासाठी काय उपाययाेजना करायला हव्या?

♻️ वीज कशी तयार होते?
सन 1872 मध्ये बेंजामिन फ्रँकलिन या शास्त्रज्ञाने पहिल्यांदा वीज चमकण्याचे व पडण्याचे नेमके कारण सांगितले. उन्हाळ्याच्या दिवसांत किंवा पावसाळ्याच्या सुरुवातीला जमिनीवरील गरम हवा वेगाने वर जाते. ही हवा वर जाताना तिच्यासोबत बाष्प (Oman/Moisture) घेऊन जाते. वरच्या थंड वातावरणामुळे ती हवा थंड हाेत जाते. वातावरणात उंचावर तापमान अतिशय कमी असल्याने या बाष्पाचे रूपांतर लहान पाण्याच्या थेंबात व बर्फाच्या छाेट्या कणांमध्ये (Ice Crystals) होते. वर जाणारी गरम हवा आणि खाली येणारे थंड पाण्याचे थेंब किंवा बर्फाचे कण हतेत तरंगताना जेव्हा एकमेकांवर आदळतात व घासले जातात, तेव्हा त्यांच्यात जोरदार घर्षण (Friction) होऊन त्यांच्यात विद्युत प्रभार अर्थात इलेक्ट्रिक चार्ज डिफरन्स (Electric charge difference) तयार होतो. या प्रभाराचे विभाजन (Charge Separation) हाेते. हलके व धन प्रभारित (Positive Charge +) बर्फाचे कण ढगाच्या वरच्या भागामध्ये तर जड व ऋण प्रभारित (Negative Charge -) पाण्याचे थेंब ढगाच्या खालच्या भागात (तळाशी) जमा होतात.

♻️ वीज का चमकते?
ढगाच्या खालच्या भागात ऋण प्रभार (-) खूप जास्त प्रमाणात जमा झाल्यावर निसर्गाच्या नियमानुसार तो संतुलित होण्याचा प्रयत्न करतो. जेव्हा एकाच ढगातील धन आणि ऋण प्रभार किंवा शेजारील दोन वेगवेगळ्या ढगांमधील विसर्जन (Cloud-to-Cloud Lightning) धन (+) आणि ऋण (-) प्रभार एकमेकांच्या संपर्कात येतात, तेव्हा त्यांच्यात प्रचंड मोठा विद्युत प्रवाह सुरू होतो. हे धन व ऋण भारित ढग जमिनीवरून वाहताना झाडे व उंच इमारतीत धनभार तयार होतो. या भारांचा फरक जस जसा वाढत जातो, तसा तसा ढग व जमीन यांच्यामध्ये विद्युत प्रवाह वाहू लागतो. विद्युत प्रवाह त्याच्या वाहण्यासाठी नेहमी जवळचा मार्ग शोधतो. जेव्हा तो आपला मार्ग पूर्ण करतो, तेव्हा ही एनर्जी प्रकाशाच्या रूपात मुक्त होते व आपल्याला वीज कडाडताना दिसते. प्रकाशाचा वेग आवाजाच्या वेगापेक्षा जास्त असल्याने पहिल्यांदा विजेचा लखलखाट दिसतो व नंतर आवाज ऐकू येतो. हवा ही विजेची वाहक नाही (Bad Conductor), पण जेव्हा हा प्रभार खूप शक्तिशाली होतो, तेव्हा तो हवेचा रोध मोडून काढतो. या प्रक्रियेला विद्युत विसर्जन (Electrical Discharge) म्हणतात. त्यामुळेच आपल्याला आकाशात वीज चमकताना (Lightning Flash) दिसते.

♻️ वीज जमिनीवर का पडते?
ढगाच्या तळाशी असलेला प्रचंड ऋण प्रभार (-) जमिनीवरील धन प्रभाराला (+) स्वतःकडे आकर्षित करतो. ढगातील ऋण प्रभारामुळे जमिनीवरील उंच झाडे, इमारती, खांब किंवा टेकड्यांवर विरुद्ध धन प्रभार (+) तयार होतो. ढगातून ऋण प्रभाराचा एक अदृश्य प्रवाह, ज्याला स्टेप्ड लीडर (Stepped Leader)म्हणतात, जमिनीच्या दिशेने खाली येतो. त्याच वेळी जमिनीवरील उंच वस्तूंकडून धन प्रभार आकाशाच्या दिशेने वर सरकतो. जेव्हा हे दोन्ही प्रभार हवेत एकमेकांना मिळतात, तेव्हा एक सर्किट (Circuit) पूर्ण होते. त्यामुळे जमिनीकडून ढगाकडे प्रकाशाचा एक प्रचंड वेगाने जाणारा प्रवाह (Return Stroke) दिसतो, ज्याला आपण वीज जमिनीवर पडणे (Cloud-to-Ground Lightning) असे म्हणतो. हे सेकंदाच्या अगदी लहान भागात घडते.

♻️ विजेचा कडकडाट का होतो?
वीज चमकल्यानंतर काही सेकंदांनी आपल्याला गडगडाट ऐकू येतो. यामागेही एक वैज्ञानिक कारण आहे. जेव्हा वीज हवेतून प्रवास करते, तेव्हा ती हवेचे तापमान अचानक सुमारे 30,000° सेल्सिअस (सूर्याच्या पृष्ठभागापेक्षाही 5 पटीने जास्त) वाढवते. एवढ्या प्रचंड उष्णतेमुळे आजूबाजूची हवा अत्यंत वेगाने प्रसरण (Expand) पावते व त्यानंतर लगेच थंड होऊन आकुंचन (Contract) पावते. हवेच्या या अचानक व वेगाने होणाऱ्या हालचालीमुळे हवेत तीव्र ध्वनीलहरी (Shockwaves) निर्माण होतात, ज्याला आपण विजेचा कडकडाट (Thunder) किंवा गडगडाट म्हणतो.

प्रकाशाचा वेग (प्रतिसेकंद 3,00,000 किमी अर्थात 30,00,00,000 मीटर प्रति सेकंद) हा ध्वनीच्या वेगापेक्षा (8,74,000 पटीने जास्त म्हणजेच 343 मीटर प्रति सेकंद, 20° से. तापमानाला) खूप जास्त असतो. म्हणूनच, वीज चमकलेली आपल्याला आधी दिसते आणि तिचा आवाज काही सेकंदांनंतर ऐकू येतो.

♻️ अपवर्ड लाइटनिंग म्हणजे काय?
सामान्यतः 90 टक्के विजा या ढगातून जमिनीकडे (Downward) प्रवास करतात. परंतु, काही विशिष्ट परिस्थितींमध्ये विजेचा प्रवाह थेट जमिनीवरून आकाशाच्या दिशेने सुरू होतो, यालाच अपवर्ड लाइटनिंग (Upward Lightning) किंवा ग्राउंड-टू-क्लाउड लाइटनिंग (Ground-to-Cloud Lightning) म्हणतात. जेव्हा जमिनीवर अतिशय उंच इमारती, मोबाइल टॉवर्स, पवनचक्क्या(Windmill) किंवा उंच डोंगराची टोके असतात, तेव्हा तिथे तीव्र धन प्रभार (+) केंद्रित होतो. जेव्हा वरून येणारा ढगाचा प्रभार खूप शक्तिशाली असतो, तेव्हा या उंच वस्तूंच्या टोकावरून एक धन प्रभारित हवेचा प्रवाह (Upward Leader) थेट वर ढगाच्या दिशेने प्रवास करू लागतो. हा प्रवाह हवेचा रोध मोडून थेट ढगामध्ये प्रवेश करतो व विसर्जन (Discharge) पूर्ण करतो. त्यामुळे वीज जमिनीवरून वर जाताना दिसते. हाय-स्पीड कॅमेऱ्याने (High-speed camera) याचे चित्रीकरण केले असता, या विजांचे फाटे (Branches) झाडाच्या फांद्यांसारखे वर आकाशाच्या दिशेने पसरताना दिसतात.

♻️ विजांच्या दोन्ही बाजूंनी प्रवास
विजा आकाशातून जमिनीकडे व जमिनीकडून आकाशाच्या दिशेने प्रवास करतात. आपल्याला डोळ्यांनी दिसणारी सामान्य वीज सुद्धा प्रत्यक्षात एकाच वेळी दोन्ही बाजूंनी जोडली जाते. ढगाच्या तळाशी असलेला ऋण प्रभार (-) स्टेप्ड लीडर (Stepped Leader)च्या माध्यमातून अदृश्यपणे व टप्प्याटप्प्याने जमिनीकडे खाली येतो. हा प्रवाह जमिनीच्या जवळ सुमारे 50 ते 100 मीटर अंतरावर येताच, जमिनीवरील उंच वस्तूंमधून एक अपवर्ड कनेक्टर (Upward Connector) वर जातो. जेव्हा हे दोन्ही प्रवाह हवेत एकत्र येतात, तेव्हा विजेचा मार्ग मोकळा होतो. या मार्गावरून जमिनीचा धन प्रभार अत्यंत वेगाने म्हणजेच प्रकाशाच्या वेगाच्या 1/3 वेगाने ढगाकडे वर जातो. यालाच रिटर्न स्ट्रोक (Return Stroke) म्हणतात. आपल्याला डोळ्यांनी दिसणारा विजेचा तीव्र प्रकाश हा प्रत्यक्षात जमिनीकडून ढगाकडे वर जाणाऱ्या रिटर्न स्ट्रोकचाच असतो. हा प्रवास एवढा वेगवान असतो की आपल्या डोळ्यांना ती वीज वरून खाली पडल्यासारखी वाटते.

♻️ विजांची जागतिक सांख्यिकी
उपग्रहांद्वारे (Satellites) केलेल्या जागतिक अभ्यासानुसार पृथ्वीवर पृथ्वीवर दर सेकंदाला सुमारे 100 विजा चमकतात किंवा पडतात. मिनिटाला विचार केला तर हा आकडा 6,000 विजा प्रति मिनिट एवढा होतो. जगभरात दिवसाला जगभरात सुमारे 86 लाख वेळा विजा पडतात. एकाच वेळी पृथ्वीच्या वेगवेगळ्या भागांमध्ये (विशेषतः विषुववृत्तीय आणि उष्णकटिबंधीय प्रदेशांत) हजारो वादळे (Thunderstorms) सक्रिय असतात. पृथ्वीवर एकाच वेळी सुमारे 2,000 वादळे सुरू असतात, ज्यातून या विजा सातत्याने निर्माण होत असतात. व्हेनेझुएलाचे मॅराकैबो लेक (Lake Maracaibo) या जागेला जगाची विजेची राजधानी म्हटले जाते. येथे वर्षातील सुमारे 260 दिवस रात्रीच्या वेळी सातत्याने विजा चमकतात. या घटनेला कॅटाटुम्बो लाइटनिंग (Catatumbo Lightning) म्हणतात. आफ्रिकेतील काँगो बेसिन येथेही हवेतील आर्द्रता व उष्णतेमुळे माेठ्या प्रमाणात विजा पडतात.

♻️ वैज्ञानिक शोध
📍 पतंगाचा प्रयोग
अमेरिकन शास्त्रज्ञ बेंजामिन फ्रँकलिन यांनी पावसाळी वादळात 15 जून 1752 राेजी एक रेशमी पतंग उडवली. त्यांनी पतंगाच्या दोरीला लोखंडी किल्ली बांधली होती. जेव्हा ढगांमधील वीज पतंगावर पडली, तेव्हा दोरी ओली असल्याने वीज खाली किल्लीपर्यंत प्रवाहित झाली. किल्लीला हात लावताच फ्रँकलिन यांना विजेचा धक्का (Shock) बसला. ढगांमधील वीज म्हणजेच विद्युत (Electricity) असते, हे सिद्ध करणारा हा इतिहासातील पहिला प्रयोग होता.

📍 तडितवाहकाचा शोध
पतंगाच्या प्रयोगानंतर बेंजामिन फ्रँकलिन यांनी विजेपासून इमारतींचे रक्षण करण्यासाठी तडितवाहक म्हणजेच लाइटनिंग रॉड (Lightning Rod) चा शोध लावला. हा शोध मानवी इतिहासात विजेच्या नुकसानीपासून वाचण्याचा पहिला यशस्वी वैज्ञानिक उपाय ठरला.

📍 विजेचे पहिले छायाचित्र
विल्यम एन. जेनिंग्ज या छायाचित्रकाराने सन 1889 मध्ये इतिहासात पहिल्यांदा आकाशातील विजेचे स्पष्ट फोटो कॅमेऱ्यात कैद केले. त्यामुळे शास्त्रज्ञांना विजेचा आकार व तिच्या शाखांचा (Branches) अभ्यास करणे सोपे झाले.

♻️ रंजक व अद्भूत घटना
इतिहासात विजेच्या संदर्भात काही अशा घटना घडल्या आहेत, ज्या विज्ञान आणि मानवी चमत्काराच्या दृष्टीने आजही चर्चिल्या जातात.

📍 इटलीतील भयंकर विजांचे तांडव
इटलीच्या ब्रेस्शिया (Brescia) शहरातील एका चर्चच्या तळघरात तब्बल 90 टन दारूगोळा साठवून ठेवला होता. 18 ऑगस्ट 1769 राेजी आकाशातील वीज थेट या चर्चवर पडली. त्यामुळे झालेल्या प्रचंड स्फोटात शहराचा एक चतुर्थांश भाग उद्ध्वस्त झाला आणि सुमारे 3,000 लोकांचा मृत्यू झाला. या घटनेनंतर जगभरात दारूगोळा सुरक्षित ठिकाणी साठवण्याचे नियम बदलले.

📍 अपोलो-12 यानाला विजेचा तडाखा
नासाचे (NASA) अपोलो 12 (Apollo 12) हे अंतराळ यान 14 नोव्हेंबर 1969 राेजी चंद्रावर जाण्यासाठी झेपावले. उड्डाणानंतर अवघ्या 36 सेकंदांनी व त्यानंतर 52 व्या सेकंदाला अशा दोन वेळा या यानावर थेट वीज पडली. यानाचे सर्व मॉनिटर्स आणि सिस्टीम काही काळ बंद पडल्या. परंतु, अंतराळवीरांनी प्रसंगावधान राखून सिस्टीम रिबूट केली आणि मोहीम यशस्वी केली.

📍 ह्युमन लाइटनिंग रॉड
अमेरिकेतील व्हर्जिनिया येथे पार्क रेंजर म्हणून काम करणाऱ्या रॉय सुलिव्हान (Roy Sullivan) यांच्या नावावर एक अद्भूत जागतिक विक्रम आहे. त्यांच्या अंगावर आयुष्यात वेगवेगळ्या 7 वेळा वीज पडली आणि ते साताही वेळा सुखरूप वाचले! गिनीज बुक ऑफ वर्ल्ड रेकॉर्ड्सने त्यांना ह्युमन लाइटनिंग कंडक्टर (The Human Lightning Conductor) म्हणून नोंदवले आहे. त्यांच्यावर 24 मे 1968, जुलै 1970, 16 एप्रिल 1972, 7 ऑगस्ट 1973, 5 जून 1976 आणि 25 जून 1977 रोजी विजा पडल्या होत्या.

📍 फुटबॉलच्या मैदानावरील अद्भूत दुर्घटना
काँगो (डीआर काँगो) मध्ये 24 ऑक्टोबर 1998 राेजी दोन स्थानिक संघांमध्ये फुटबॉल सामना सुरू असताना अचानक मैदानावर वीज पडली. अत्यंत आश्चर्यकारक गोष्ट म्हणजे, एकाच संघातील सर्व 11 खेळाडू विजेच्या धक्क्याने जागीच बेशुद्ध पडले आणि दुर्दैवाने त्यांचा मृत्यू झाला. दुसऱ्या संघातील सर्व खेळाडू पूर्णपणे सुरक्षित राहिले. या घटनेने क्रीडा जगताला मोठा धक्का दिला होता.

📍 इतिहासातील सर्वात लांब वीज
ब्राझीलमध्ये जागतिक हवामान संघटनेने (WMO) 31 ऑक्टोबर 2018 राेजी उपग्रहाद्वारे इतिहासातील सर्वात लांब विजेची (Megaflash) नोंद केली. ही वीज एका टोकापासून दुसऱ्या टोकापर्यंत तब्बल 709 किलोमीटर (441 मैल) लांब पसरली होती.

♻️ विजांपासून बचाव कसा करायचा?
📍 घर किंवा काँक्रीटची इमारत ही विजेपासून संरक्षणासाठी सर्वात सुरक्षित जागा मानली जाते. परंतु घरात असतानाही घरातील टीव्ही, फ्रीज, कॉम्प्युटर, वातानुकूलित यंत्र (AC) यासह इतर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे प्लग सॉकेटमधून काढून बंद करावे.

📍 मोबाइल व साध्या फोनचा वापर टाळावा. वीज चमकत असताना चार्जिंगला लावलेला मोबाइल किंवा वायरचा लँडलाईन फोन अजिबात वापरू नये. वायरलेस मोबाइल वापरणे सुरक्षित असले तरी ताे चार्जिंगवर नसावा.

📍 विजा सुरू असताना अंघोळ करणे, हात-पाय धुणे किंवा भांडी घासणे टाळावे. घरातील पाण्याचे पाईप्स धातूचे असल्यास ते विजेचे वहन करू शकतात.

📍 घराच्या बाल्कनीत, खिडकीजवळ किंवा छतावर उभे राहू नये. खिडक्यांचे काच किंवा लोखंडी ग्रिल्स विजेला आकर्षित करू शकतात.

📍 घराबाहेर, शेतात किंवा मोकळ्या मैदानात असाल उंच झाडांचा आश्रय कधीही घेऊ नये. कारण, वीज नेहमी जमिनीवरील सर्वात उंच वस्तूवर आधी पडते.

📍 हातात असलेली लोखंडी अवजारे (खुरपे, कुदळ, विळा), छत्रीची लोखंडी दांडी किंवा सायकल/मोटारसायकल यांच्यापासून किमान 30 फूट दूर जावे.

📍 विहिरी, तलाव, नद्या किंवा पाटाच्या पाण्यापासून त्वरित दूर व्हावे. कारण पाणी हे विजेचे उत्तम वाहक आहे.

📍 मोकळ्या मैदानात असाल, तर कधीही जमिनीवर सपाट झोपू नये. दोन्ही पाय एकमेकांना जोडून गुडघ्यात वाकावे आणि पायाच्या टाचा वर करून खाली बसावे. डोके दोन्ही गुडघ्यांमध्ये घेऊन कान हातांनी बंद करावे.

📍 कार, बस किंवा जीपमध्ये असाल तर वाहनाच्या आतच राहा. वाहनांची मेटल बॉडी एका फॅराडे केज (Faradey Cage) प्रमाणे काम करते. जर कारवर वीज पडली, तरी ती कारच्या बाहेरील भागातून थेट जमिनीत (Ground) जाते आणि आत बसलेले लोक सुरक्षित राहतात. त्यासाठी वाहनाच्या खिडक्या पूर्ण बंद ठेवणे व आतील धातूच्या भागांना स्पर्श करू नये. सायकल, मोटारसायकल, ट्रॅक्टर किंवा उघड्या रिक्षांमध्ये प्रवास करणे विजा चमकत असताना अत्यंत धोकादायक असते.

♻️ तांत्रिक व दीर्घकालीन उपाययोजना
📍 विजेपासून रक्षण करण्यासाठी अलीकडे मोठ्या इमारतींवर लायटनिंग अरेस्टर लावले जाते. ते एक टोकदार तांब्याची सळई व तिच्या वरच्या बाजूला त्रिशूळासारका आकार केलेला असतो, तो लावतात. त्याला तांब्याची पट्टी जोडून ती खाली आणून जमिनीत गाडतात म्हणजेच अर्थिंग करतात. वरून दोन वेगवेगळ्या तांब्याच्या किंवा ॲल्यूमिनियमच्या पट्ट्या आणून खाली जमिनीत त्याचे वेगळे वेगळे आर्थिंग केल्यास उत्तम. कारण विजेपासून निर्माण होणारा वीजप्रवाह हा मेगाॲम्पियरमधे असतो. दोन वेगळ्या पण एकाच धातूच्या पट्ट्या दोन ठिकाणी अर्थिंग केलेल्या असल्यामुळे प्रवाह दुभागून वाहतो. त्यामुळे त्याची तीव्रता कमी होते व तो लगेच जमिनीत शोषला जातो. लायटनिंग अरेस्टरचा वरील भाग टोकदार असतो. कारण टोकदार भागाकडे आकाशात निर्माण होणारी वीज ओढली जाते व लगेच जमिनीत शोषली जाते.

📍 अर्थिंगला इलेक्ट्रिकल इंजिनिअरिंगमध्ये अतिशय महत्त्वाचे स्थान आहे. परंतु, दुर्दैवाने बरेचदा त्याकडेच दुर्लक्ष केले जाते. जमिनीमध्ये साधारणतः पाच फूट खड्डा खाेदून त्यामध्ये एक फुटाची एक बाय एक इंच जाडीची तांब्याची, ॲल्युमिनियमची किंवा सॉफ्ट आयर्नची प्लेट पुरतात. त्या प्लेटच्या सभोवताली कोळसा, मीठ व रेतीचे मिश्रण पुरतात. या क्रियेला अर्थिंग असे म्हणतात. अर्थिंग केलेल्या ठिकाणी व आसपास ओलावा राहील, याची खबरदारी घेतली जाते. वरून आलेल्या तांब्याच्या किंवा ॲल्युमिनियमच्या पट्ट्या या तांब्याच्या किंवा ॲल्युमिनियमच्या प्लेटला जोडतात. दोन एकाच धातूच्या पट्ट्या एकाच धातूच्या प्लेटला वेगवेगळ्या ठिकाणी जोडतात. त्यामुळे विजेचा हेवी करंट दुभागून लगेच अर्थ पट्टीमार्गे जमिनीत वाहून निकामी होतो. त्यामुळे इमारतीचे नुकसान, मनुष्यहानी टाळता येते.

📍 उंच इमारती, शासकीय कार्यालये, शाळा आणि घरांवर तांब्याची पट्टी असलेला तडितवाहक (Lightning Conductor) बसवावे. ही रॉड इमारतीवर पडणारी वीज स्वतःकडे खेचून घेते व सुरक्षितपणे जमिनीत (Earthing) सोडतो.

📍 हवामान विभागाने तयार केलेले दामिनी (Damini) मोबाइल ॲप आपल्या परिसरात वीज कुठे पडणार आहे, याची पूर्वसूचना 15 ते 20 मिनिटांपूर्वी देते.

📍 जर एखाद्या व्यक्तीवर वीज पडली, तर त्या व्यक्तीच्या शरीरात विद्युत प्रवाह शिल्लक राहत नाही. त्यामुळे अशा व्यक्तीला स्पर्श करणे पूर्णपणे सुरक्षित असते. वीज पडलेल्या व्यक्तीला त्वरित सीपीआर (CPR – कृत्रिम श्वासोच्छवास) द्यावा व तातडीने वैद्यकीय मदत मिळवून द्यावी.

©️ मातीतलं विज्ञान

कृषिसाधना....