סופת ברקים היא אחת התופעות הדרמטיות, האלימות והיפות ביותר שהאטמוספרה שלנו מייצרת. אין זה פלא, אם כך, שכבר אלפי שנים לכל הפחות, וכנראה הרבה יותר, בני אדם מנסים להבין מהו ברק, איך הוא נוצר ואיך הוא משפיע על סביבתו. אף שאנחנו כבר יודעים לא מעט על התופעה המרהיבה הזאת, תגליות חדשות חושפות שיש עוד לא מעט מה ללמוד. מחקר שהתפרסם מוקדם יותר השנה מוסיף ממצא חדש: לברקים יש תפקיד חשוב ומפתיע בניקוי האטמוספרה ממזהמים.
ברק הוא התוצאה של פריקת מטען חשמלי סטטי עצום, שנאגר בעננים בעקבות התנגשות גושי קרח קטנטנים שנמצאים בתוכם. הזרם שנוצר בין עננים שכנים או בין ענן לקרקע שמתחתיו מחמם את האוויר לטמפרטורות בלתי נתפסות – גבוהות פי חמישה מהטמפרטורה על פני השטח של השמש.
העוצמה והחום האדירים גורמים לתופעות רבות. כמה מהן אינן מזיקות, כמו ההתפשטות המהירה של האוויר שנשמעת למרחקים ומוכרת לנו כרעם. כמה מהן, כמו התחשמלות עקב פגיעת ברק ישירה או הצתה של שריפה, יכולות להיות הרסניות, וגורמות למותם של כ-4,000 איש בכל שנה ולנזקים לרכוש שמוערכים במיליוני דולרים. מצד אחר, שריפות טבעיות שמוצתות על ידי ברקים תורמות להתחדשות היערות, ונחשבות לחלק חיוני ובלתי נפרד ממחזורי הטבע. המחקר האחרון מייחס לברקים השפעה נוספת – ניקוי האטמוספרה מחומרים מזהמים.
מטהרי אוויר בעין הסערה
כדי להבין איך ברקים משפיעים על הרכב האוויר בקרבתם, החוקרים השתמשו במטוס מחקר מיוחד שנשלח ללב סופות ברקים כדי לאסוף דגימות אוויר סמוך לענני סערה. בניתוח דגימות האוויר התגלו רמות גבוהות מאוד של רדיקלים מכילי חמצן, שידועים כמחמצנים חזקים במיוחד. רדיקלים הם אטומים או מולקולות שסידור האלקטרונים שלהם כולל אלקטרון בודד (חסר בן זוג) – מצב שאינו יציב כימית, ולכן הם נוטים להגיב בקלות עם חומרים רבים.
הרדיקלים שנמצאו, וביניהם רדיקל ההידרוקסיל (OH) ורדיקל ההידרופֶּרְאֹוקסיל (HO2), יכולים להגיב עם חומרים מזהמים באטמוספרה, כמו מתאן (CH4), ולהפוך אותם לחומרים מסיסים במים. בצורתם המסיסה במים, חומרים אלה יכולים להישטף בקלות מהאטמוספרה כאשר יורד גשם.
ארכיון. סופת ברקים וגשם
(צילום: מצלמת עיריית תל אביב, אורן רייס, תיקי גולן, שרית נגר, אביבית קהלני-רבי)
רמות הרדיקלים המחמצנים שנמדדו בטיסות המחקר היו גבוהות יותר מפי עשר מהרמות הגבוהות ביותר שנמצאו בכל המדידות האטמוספריות שנעשו עד אז. הגילוי שסופות ברקים גורמות לרמות גבוהות כל כך של רדיקלים באוויר משנה את תפיסתנו לגבי מקורם של רדיקלים באטמוספרה. מכיוון שברחבי העולם מתרחשות בכל רגע ורגע כ-2,000 סופות ברקים ומדי שנייה נוצרים כמאה ברקים, החוקרים העריכו שהברקים לבדם אחראים ל-2 עד 16 אחוזים מכמות רדיקלי ההידרוקסיל באטמוספרה. ומכיוון שההידרוקסיל תורם לתהליך שטיפת האטמוספרה מחומרים מזהמים, הברקים שיוצרים אותו מתגלים כשחקנים מרכזיים בתהליך ניקוי האטמוספרה.
רמות הרדיקלים המחמצנים היו גבוהות עד כדי כך, שהחוקרים התעכבו ולא פרסמו מיד את הממצאים מטיסות המחקר שלהם, שנערכו עוד ב-2012. כדי לוודא שהערכים הגבוהים האלה אינם תוצאה של טעות במדידות, החוקרים שחזרו את יצירת הרדיקלים בעזרת זרמים חשמליים בתנאי מעבדה. רק אחרי שעקבו אחר התהליך בתנאים מבוקרים ופענחו את התהליכים הכימיים האחראים לו, פרסמו את ממצאי המחקר.
האומדנים הכמותיים של כמות ההידרוקסיל שמקורו בברקים הם גסים יחסית, ומצביעים על הפערים שעדיין קיימים בהבנה של סופות ברקים ושל השפעתן על הכימיה של האטמוספרה. למעשה גם שאלות בסיסיות יותר, כמו מה מצית את הברק, נותרו עדיין ללא מענה. חקר הברקים יניב כנראה תגליות והפתעות נוספות, ואולי בעתיד נוכל אפילו לנצל את פרצי האנרגיה האדירים האלו לטובתנו.
ד"ר איתן אוקסנברג, מכון דוידסון לחינוך מדעי
