Salama

thumb|350px|Pilvestä toiseen iskeviä pilvisalamoita.

Salama on ukkoseen tai tulivuorenpurkaukseen liittyvä sähköpurkaus. Salama tunnetaan kirkkaasta ja terävärajaisesta, jonkin verran siksak-kuvioisesta valojuovasta taivaalla, välähdyksestä, ja kovasta jyrinästä. Osuessaan maahan salama voi aiheuttaa tuhoa tai surmata ihmisiä ja eläimiä.

Yleisyys thumb|500px|center|Salamoiden yleisyys maapallolla. Mustalla, punaisella ja oranssilla alueet, joilla salamoi eniten. Koko maapallolla iskee vuosittain noin kolme miljardia salamaa. Etelä-Suomessa salama iskee neliökilometrille keskimäärin yhden kerran vuodessa. Salamaniskut tulevat kuitenkin ryppäinä parin ukonilman aikana.

Salaman edellytys on ukkospilvi. Koska ukkosia kehittyy eniten lämpimällä ja kostealla ilmalla, myös salamointia tapahtuu eniten tropiikissa ja kesäisin. Suomen talvella salamoita esiintyy hyvin harvoin ja ne ovat pilvisalamoja.

Edellytykset Salamointi perustuu siihen, että maassa on jatkuvasti suuri negatiivinen sähkövaraus ja ilmakehässä vastaavan suuruinen positiivinen varaus. Ukkoset varaavat maata jatkuvasti salamoiden välityksellä noin 1000 ampeerin virralla. Ilman sitä maa vuotaisi varauksensa ilmakehään ja ilmasähkövirtapiiri tyhjentyisi. Sen mahdollisia seurauksia ei tunneta.

Tyypit

Salama voi olla pilvien tasolla tapahtuva pilvisalama, tai pilven ja maan välillä purkautuva maasalama. Tropiikissa 80–90 prosenttia salamista on pilvensisäisiä, ja vain 10–20 prosenttia osuu maahan. Lauhkeilla seuduilla maahan asti iskee puolet kaikista salamista.

Yläsalamat ovat salamoita, joita esiintyy 10–100 kilometrin korkeudessa ilmakehän ja avaruuden rajalla. Niitä syntyy, kun suurten ukkospilvien yhteydessä sähkövaraus yht'äkkiä laajalla alueella muuttuu. Ne ovat pohjoisilla alueilla harvinaisia. Yläsalamoita on useaa lajia, joista tunnetuimpia ovat punaiset keijusalamat. Muita ovat rengasmaiset kajosalamat ja viuhkasalamat, jotka nousevat ukkospilven huipusta ylöspäin.Yläsalama, Ilmatieteen laitos

Tulivuoren purkauspilven salamointia kutsutaan vulkaaniseksi salamoinniksi.

Epätavallisia salaman muotoja ovat haarukkasalama, helminauhasalama, nauhasalama ja pallosalama.Cooray 2015, s. 359.

Jos esisalaman kaksi haaraa koskettaa maata lähes samanaikaisesti, ensimmäisen haaran tuottama pääsalama ei ehdi neutralisoida toista, jolloin pääsalamalle syntyy kaksi kanavaa ja se näkyy haarukkana. Haarukkasalama voi syntyä myös silloin, kun tavallisesti samaa purkauskanavaa pitkin toistuvasti kulkeva esisalaman sähkövirta etsiikin toisen kanavan.Cooray 2015, s. 359–361.

Helminauhasalamassa näkyy hiipuvassa purkauskanavassa peräkkäin kirkkaita ja pimeitä kohtia. Tälle ilmiölle ei ole löydetty varmaa selitystä.Cooray 2015, s. 361–364.

Nauhasalama näyttää jakaantuvaan vierekkäisiin pystysuuntaisiin nauhoihin. Ilmiö johtuu voimakkaasta tuulesta, joka siirtää hehkuvaa kaasua peräkkäisten iskujen välissä.Cooray 2015, s. 364.

Silminnäkijäkuvaukset pallosalamista ovat vaihtelevia. Pallosalaman on kerrottu olevan yleensä alle 40 senttimetriä halkaisijaltaan oleva pallo, joka leijuu ilmassa noin kymmenen sekunnin ajan ennen katoamistaan. Ilmiön syytä ei tunneta.Cooray 2015, s. 365–367.

Vaiheet thumb|Maasalaman synty. Katkoviivoin merkittyjä esisalamoita laskeutuu pilvestä kohti maata. Oikeanpuolimmainen esisalama osuu puuhun, jolloin sen kanava täyttyy maasta nousevalla pääsalamalla, joka on merkitty paksulla yhtenäisellä viivalla. Salaman kaksi tärkeintä vaihetta ovat esisalama ja pääsalama. Niiden yhteisnimitys on isku. Esisalama on suhteellisen heikko ja hidas, ja se alkaa useimmiten pilvestä. Esisalama puskee ilmaan sähkövarauksen ja synnyttää kuuman ja sähköä hyvin johtavan kanavan, joka täyttyy sähkövarauksella. Tämän jälkeen vastakkaiseen suuntaan, yleensä maasta pilveen, syöksyy nopeasti varaukseltaan vastakkainen ja kirkas pääsalama. Se neutraloi esisalaman, joka oli valinnut sille reitin ja iskuajan.

Koska esisalama on hitaampi kuin pääsalama, sen kulkusuunnan ihminen yleensä ehtii havaita, toisin kuin vastakkaiseen suuntaan iskevän pääsalaman. Tämän vuoksi maasalama näyttää iskevän pilvestä maahan eikä päinvastoin.

Seuraukset Kuumuus Salaman ympärillä olevat ilmahiukkaset saavuttavat 30 000 °C:n lämpötilan, eli viisi kertaa kuumemman kuin auringon pinta. Se on korkein luonnollinen lämpötila maapallolla.

Ääni Kun purkauskanava kuumenee yhtäkkiä tuhansiin asteisiin, se laajenee räjähtäen ja lähettää paineaallon. Hyvin lyhyestä salamasta kuuluu vain paukahdus, mutta jos salama on kilometrejä pitkä, sen eri osista lähtenyt paineaalto ehtii kuulijan korviin eri aikana ja näin kuuluu pitkä jyrinä.

Etäisyyden arviointi Salamaniskun etäisyys kilometreinä lasketaan seuraavasti: salaman välähdyksestä jyrähdykseen kuluva aika sekunteina jaetaan kolmella. Tämä perustuu siihen, että äänen nopeus on ilmassa noin kilometri kolmessa sekunnissa (330 m/s), kun taas välähdys etenee valonnopeudella.

Ukkosen jyrinä ei kuulu yli 15–20 kilometrin päähän, mutta salama voi näkyä kauemmaksikin. Kaukaisia salamoita kutsutaan elosalamoiksi tai kalevantuliksi.

Salamanisku synnyttää varsinkin alemmille radiotaajuusalueille suhteellisen voimakkaan sähkömagneettisen impulssin. Yksinkertaisin salamoinnin ilmaisin on keski-, tai pitkäaaltoalueelle viritetty AM-radiovastaanotin, jota harjaantunut ukkoshavaitsija voi käyttää välähdyksen korvikkeena iskun etäisyysmääritykseen. Yleisradiovastaanottimen AM-alueelta kuuluva hetkittäinen räsähtely voi kertoa lähestyvästä ukkosesta, joka on alle 60 kilometrin päässä.

Salamanpaikannin on laite, joka paikallistaa salamaniskuja niiden lähettämien sähkömagneettisten aaltojen avulla. Monien salamanpaikantimien tuottamia karttoja julkaistaan internetissä.Ukkostutkat Suomessa Meteorologiset laitokset käyttävät kolmiomittausta, jossa useamman salamapaikanninvastaanottimen lähettämä tieto kertoo asemalta saadun suuntiman ja tarkan kelloajan, josta tuloaikaerojen ja suuntimien avulla voidaan laskea salaman iskun paikka tyypillisesti noin 500 metrin tarkkuudella. Maahan iskevät ja pilvestä toiseen iskevät pilvisalamat voidaan erottaa toisistaan.Lightning Location Information Hong Kong observatory

Vaikutukset ja torjunta Elämän synnyttäjänä Joidenkin tutkijoiden mukaan salama on voinut käynnistää elämän muodostumisen Maan pinnalla. Voimakkaat salamavirrat ovat saattaneet synnyttää ensimmäiset monimutkaiset molekyylit.

Aineelliset vahingot thumb|Salaman aiheuttama vesihöyrypaine on räjäyttänyt tämän puun kaarnan irti. thumb|Salamaniskun seurauksia Ylämaalla. Salamat voivat sytyttää rakennuspaloja. Ne voivat myös rikkoa kotien elektroniikkaa, kuten tietokoneita ja televisioita. Riski vältetään, jos laitteet irrotetaan seinästä ukkosilman ajaksi.

Salama valitsee usein kohteekseen alueen korkeimman ja sähköä parhaiten johtavan puun. Iskun kohteeksi joutunut puu voi haljeta ja kuolla. Kosteana puu selviytyy iskusta paremmin kuin kuivana. Joskus yksi salama voi vahingoittaa useaa puuta kerrallaan. Salamanisku puuhun voi aiheuttaa metsäpalon, ja esimerkiksi Yhdysvalloissa puolet kaikista metsäpaloista saa alkunsa salamaniskuista maastoon.Cooray 2015, s. 259–262.

Yksi lentokone joutuu salamaniskun kohteeksi keskimäärin kerran 3000 lentotuntia kohti. Nykyaikaiset lentokoneet eivät juurikaan vahingoitu salamaniskuista. Joskus isku aiheuttaa koneessa pieniä sähköongelmia, joiden johdosta kone joutuu laskeutumaan varotoimenpiteenä lähimmälle kentälle.Cooray 2015, s. 263–264.

Sähkölinjoja suojaavat salamaniskuilta linjojen yläpuolella kulkevat maadoitusjohdot. Jos isku kuitenkin pääsee läpi, se voi aiheuttaa linjoille kalliita vahinkoja ja vahingoittaa myös kuluttajien sähkölaitteita tai katkaista sähköt.Cooray 2015, s. 271–273.

Salamat voivat vahingoittaa tuuliturbiinien lapoja. Kaikkia vahinkoja ei pystytä ehkäisemään ukkosenjohdattimilla.Cooray 2015, s. 268–269.

Vaikutus ihmiseen Salamat tappavat koko maailmassa vuosittain arviolta noin tuhat ihmistä. Arviointia vaikeuttaa se, että useimmista maista, etenkään tropiikin maista, ei ole tilastoja.

Salama voi iskeä ihmiseen usealla eri tavalla.

Suorassa salamaniskussa uhri saa kokea salaman koko purkauksen. Tämä on kaikista salamaniskuista hengenvaarallisin. Kun esisalaman purkauskanava lähestyy ylhäältä ihmisen päätä, päästä nousee kanava vastaanottamaan sitä. Kun nämä kanavat yhtyvät, kehon läpi kulkee sähkövirta. Samalla henkilön pään ja maan välinen jännite kasvaa kehon tuottaman sähkövastuksen seurauksena. Koska ihmiskehon sähkövastus on tavallisesti noin 1000 ohmia, virta kasvaa noin 1000 ampeerin vahvuiseksi noin 30–150 nanosekunnissa ja saavuttaa tällöin miljoonan voltin jännitteen kriittisen pisteen. Silloin virta etsii tehokkaamman purkautumiskanavan ihosta, missä vastus on pienempi kuin vartalossa. Sen jälkeen suurin osa virrasta kulkee ihoa pitkin maahan, ja vartalon kautta kulkeva virta heikkenee noin viiteen ampeeriin.Cooray 2015, s. 281–284.

Sisäisiä vammoja ihmiselle aiheuttaa vain kehon läpi kulkeva virta, ei ihon kautta kulkeva. Virran kulkeutumista iholle nopeuttaa se, jos iho on märkä. Tämän vuoksi ukkosilmalla ei ole syytä välttää kastumista, pikemminkin päinvastoin. Myös metalliesineet, kuten kaulakoru, voivat edesauttaa virran siirtymistä iholle.

Sivusuuntaisessa salamaniskussa salama iskee ihmisen viereen, esimerkiksi puuhun, jolloin osa virrasta purkautuu puun rungosta tai oksistosta jännite-eron ja magneettisen induktion johdosta sivusuuntaisesti ihmiseen. Tällaiset sivusalamat eivät ole yhtä kuolettavia kuin suorat salamaniskut, mutta ne aiheuttavat suurimman osan loukkaantumisista. Niitä tapahtuu puiden lisäksi myös huonosti suojattujen rakennusten sisällä.Cooray 2015, s. 284–286.

Sähköiskun voi saada myös koskettamalla salamaa johtavaa esinettä. Tällainen vahinko voi tapahtua myös esimerkiksi kiipeilijälle.Cooray 2015, s. 286–287.

Salama voi tavoittaa ihmisen myös alakautta, jos se maahan iskiessään synnyttää jännite-eron maakerrosten tai pinnan eri kohtien väliin, ja ihminen koskettaa niitä samanaikaisesti. Tällaiset salamaniskut ovat karjalle vaarallisempia kuin ihmiselle, sillä suurten eläinten jalat ovat kauempana toisistaan kuin ihmisen jalat, ja jännite-ero siksi suurempi. Virta myös kulkee näiden eläinten sydämen läpi, toisin kuin seisovalla ihmisellä, jolla se kulkee vain jalasta toiseen. Vaaralliseksi tällainen salamanisku muuttuu ihmiselläkin, jos ihminen makaa maassa tai koskettaa kädellään johonkin.Cooray 2015, s. 287–290.

Ihminen voi loukkaantua silloinkin, kun hänestä itsestään nouseva kanava ei tavoita taivaasta laskeutuvaa purkauskanavaa, sillä tällaisessa kanavassa voi kulkea jopa 10 ampeerin virta. Vammat eivät ole vakavia, mutta ihminen voi kuitenkin halvaantua väliaikaisesti tai kaatua maahan.Cooray 2015, s. 292.

Ihminen voi loukkaantua myös salamaniskun aiheuttamasta paineaallosta, jos hän seisoo hyvin lähellä salamaa.

Yksi ja sama salamanisku voi aiheuttaa samanaikaisesti vammoja usealle ihmiselle. Salama voi iskeä samanaikaisesti suoraan useampaan kuin yhteen ihmiseen, ja muita ihmisiä voi joutua salaman muiden vaikutustapojen uhriksi.Cooray 2015, s. 293.

Vaikka salamanisku tappaakin ihmisen vain harvoin, salama voi aiheuttaa monenlaisia lyhyt- ja pitkäaikaisia vammoja kehoon ja mieleen. Vaarallisimpia vaikutuksia ovat sydämen tai hengityksen pysähtyminen. Joskus sähkövirta vaurioittaa silmiä, korvan tärykalvoa, tai hermostoa, ja se voi myös aiheuttaa sisäistä verenvuotoa, lieviä palovammoja tai turvotusta. Joskus uhri menee tajuttomaksi tai halvaantuu väliaikaisesti. Salamaniskun jälkeinen heikkous, tunnottomuus ja kihelmöinti voi kestää muutamasta viikosta jopa vuosiin. Ihoon voi jäädä punaisia juovia. Salamaniskun uhrille voi myös jäädä erilaisia pelkotiloja, muisti- ja oppimisvaikeuksia tai muita pitkäaikaisia psykologisia vaivoja. Lisäksi salaman aiheuttama paineaalto ja sen lennättämät esineet voivat aiheuttaa erilaisia vammoja.Cooray 2015, s. 293–299.

Torjunta