Διπλωματική Εργασία της φοιτήτριας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΣΕΩΝ Διπλωματική Εργασία της φοιτήτριας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών Τζούδα Στυλιανής του Νικολάου Αριθμός Μητρώου: 7702 Θέμα «ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΣΥΜΒΑΝΤΩΝ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΟΥΣ ΣΕ ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΚΛΙΜΑΚΑ ΓΙΑ ΤΟ ΕΤΟΣ 2016» Επιβλέπουσα ΠΥΡΓΙΩΤΗ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Πάτρα, Ιούλιος

2 Με ευθύνη δηλώνω ότι: Το σύνολο της εργασίας αποτελεί πρωτότυπο έργο, παραχθέν από τον συγγραφέα, και δεν παραβιάζει δικαιώματα τρίτων καθ οιονδήποτε τρόπο. Αν η εργασία περιέχει υλικό, το οποίο δεν έχει παραχθεί από τον ίδιο, αυτό είναι ευδιάκριτο και αναφέρεται ρητώς εντός του κειμένου της εργασίας ως προϊόν εργασίας τρίτου, σημειώνοντας με παρομοίως σαφή τρόπο τα στοιχεία ταυτοποίησής του, ενώ παράλληλα βεβαιώνει πως στην περίπτωση χρήσης αυτούσιων γραφικών αναπαραστάσεων, εικόνων, γραφημάτων κλπ., έχει λάβει τη χωρίς περιορισμούς άδεια του κατόχου των πνευματικών δικαιωμάτων για την συμπερίληψη και επακόλουθη δημοσίευση του υλικού αυτού. 2

3 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η Διπλωματική Εργασία με θέμα «ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΣΥΜΒΑΝΤΩΝ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΟΥΣ ΣΕ ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΚΛΙΜΑΚΑ ΓΙΑ ΤΟ ΕΤΟΣ 2016» Της φοιτήτριας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Τζούδα Στυλιανής του Νικολάου Αριθμός Μητρώου: 7702 Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις.../../ Η Επιβλέπουσα ΠΥΡΓΙΩΤΗ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Ο Διευθυντής του τομέα ΑΛΕΞΑΝΔΡΙΔΗΣ ΑΝΤΩΝΙΟΣ Καθηγητής 3

4 4

5 Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Θέμα: «ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΥΜΒΑΝΤΩΝ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΟΥΣ ΣΕ ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΚΛΙΜΑΚΑ ΓΙΑ ΤΟ ΕΤΟΣ 2016» Φοιτήτρια: Τζούδα Στυλιανή Επιβλέπουσα: Πυργιώτη Ελευθερία Περίληψη Στην παρούσα διπλωματική εργασία έγινε μια προσπάθεια να γίνει η στατιστική ανάλυση των πληγμάτων των κεραυνών για το έτος 2016 σε παγκόσμια κλίμακα. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το φαινόμενο του κεραυνού, τα είδη των κεραυνών και τα φυσικά χαρακτηριστικά του, ενώ στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι επιπτώσεις αυτών. Στο τρίτο κεφάλαιο αναλύονται τα δεδομένα σχετικά με τους θανάτους και τους τραυματισμούς ανθρώπων, τους θανάτους ζώων, τις πυρκαγιές, τα πλήγματα σε εγκαταστάσεις, κτήρια και αεροπλάνα που οφείλονται σε πτώσεις κεραυνών για το έτος Αυτά τα δεδομένα συλλέχθηκαν από ηλεκτρονικά Μέσα Μαζικής Ενημέρωσης για την Ασία, την Αφρική και την Αυστραλία, αλλά και από την ηλεκτρονική υπηρεσία NOAA's National Centers for Environmental Information (NCEI) και την European Severe Weather Database για πληροφορίες σχετικά με τις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής και Ευρώπης αντίστοιχα, με σκοπό οι πληροφορίες να είναι διασταυρωμένες και αξιόπιστες και για να έχουμε μια πλήρη άποψη για τα γεγονότα. Τα στοιχεία έχουν κατανεμηθεί σε ηπείρους και μήνες των συμβάντων. 5

6 Title: «STATISTICAL ANALYSIS OF LIGHTNING STRIKES IMPACTS WORLDWIDE FOR 2016» Student: Tzouda Styliani Supervisor: Pyrgioti Eleutheria Abstract This study presents a statistical analysis of lightning strikes occurring worldwide in The first chapter describes the phenomenon of lightning, types of lightning and natural features, while the second chapter offers their repercussions. In the third chapter are analyzed data on deaths and human injuries, the animal deaths, fires, shocks to facilities, buildings and airplanes due to lightning strike in 2016 worldwide. These data were collected from electronic Mass of Asia, Africa and Australia, but also from the online NOAA's National Centers for Environmental Information (NCEI) and European Severe Weather Database Europe Information services for information regarding USA and Europe, in order that the information is crossed and reliable and to have a full picture of the events. Data allocated in continents and months of events 6

7 Ευχαριστίες Θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά την καθηγήτριά μου κυρία Πυργιώτη Ελευθερία για την καθοδήγηση και επίβλεψη αυτής της διπλωματικής εργασίας καθώς και την οικογένειά μου που μου συμπαραστάθηκε όλα αυτά τα χρόνια των σπουδών μου. 7

8 8

9 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Ο ΚΕΡΑΥΝΟΣ ΚΑΙ ΤΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ Ηλεκτρική κατάσταση της γης Ηλεκτρική συμπεριφορά του σύννεφου Τα είδη των κεραυνών Ο Μηχανισμός του κεραυνού Παράμετροι ρεύματος κεραυνού Συχνότητα εμφάνισης κεραυνού ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΟΙ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΟΥ ΚΕΡΑΥΝΟΥ Θερμικές επιπτώσεις Μηχανικές επιπτώσεις Ηλεκτρικές επιπτώσεις Επιπτώσεις στον άνθρωπο Επιπτώσεις στα αεροσκάφη Επιπτώσεις στα δέντρα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΠΛΗΓΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΟ ΠΑΓΚΟΣΜΙΩΣ Στατιστική ανάλυση των θανάτων εξαιτίας κεραυνών Σχετικός συντελεστής θανάτου από κεραυνό, Dr Στατιστική ανάλυση των τραυματισμών εξαιτίας κεραυνών Στατιστική ανάλυση των θανάτων ζώων εξαιτίας κεραυνών Στατιστική ανάλυση των πυρκαγιών εξαιτίας κεραυνών Στατιστική ανάλυση των πληγέντων εγκαταστάσεων εξαιτίας κεραυνών Στατιστική ανάλυση των πληγέντων κτηρίων εξαιτίας κεραυνών Στατιστική ανάλυση των πληγέντων αεροσκαφών εξαιτίας κεραυνών Συμπεράσματα Βιβλιογραφία ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ

10 10

11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Ο ΚΕΡΑΥΝΟΣ ΚΑΙ ΤΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ 1.1 Ηλεκτρική κατάσταση της γης Η γη εμφανίζεται μόνιμα φορτισμένη με αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο της τάξης των C. Το φορτίο αυτό προκαλεί στην επιφάνεια της γης, υπό συνθήκες καλοκαιρίας, ηλεκτρικό πεδίο με την κατεύθυνση από την ατμόσφαιρα προς τη γη με ένταση περίπου 0.13 KV/m. Ισοδύναμη ποσότητα θετικού φορτίου παραμένει κατανεμημένη στην ατμόσφαιρα με μεγαλύτερη πυκνότητα στα χαμηλότερα στρώματα. Η παρουσία του κατανεμημένου θετικού φορτίου έχει ως αποτέλεσμα τη προοδευτική μείωση του πεδίου της γης με το ύψος. Εξαιτίας αυτού του κατακόρυφου πεδίου η γη βρίσκεται συνεχώς σε τάση 300 KV σε σχέση με τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Ιονισμένα σωματίδια και των δύο πρόσημων που παράγονται από κοσμική ακτινοβολία, γήινη ραδιενέργεια και άλλες αιτίες, προσδίδουν στον αέρα ορισμένη αγωγιμότητα που εξαρτάται από το ύψος από την επιφάνεια του εδάφους. Εξαιτίας της αγωγιμότητας αυτής και του ηλεκτρικού πεδίου της ατμόσφαιρας, ιόντα των δύο πρόσημων κινούνται προς αντίθετες κατευθύνσεις. Αυτό θα είχε σαν αποτέλεσμα την εξομάλυνση του γήινου πεδίου και κατά συνέπεια την εκφόρτιση της γης. Το γεγονός πως αυτό δεν συμβαίνει, αποτελεί ένδειξη πως η γη τροφοδοτείται ταυτόχρονα με αρνητικό φορτίο ισοδύναμο με αυτό που δέχεται από το ρεύμα των θετικών ιόντων. Πιστεύεται πως η κύρια πηγή που τροφοδοτεί τη γη με αρνητικό φορτίο είναι τα ηλεκτρισμένα νέφη και οι κεραυνοί. [1] 1.2 Ηλεκτρική συμπεριφορά του σύννεφου Η συνηθέστερη ηλεκτρική απεικόνιση του σύννεφου είναι ένα ηλεκτρικό δίπολο με το θετικό στην κορυφή του και αρνητικό στην πλευρά της γης. Οι θεωρίες για τη φόρτιση ενός νέφους χωρίζονται σε δύο κατηγορίες. Η πρώτη είναι αυτή που στηρίζεται στη φόρτιση σταγονιδίων του νέφους μόλις αρχίσει η πτώση τους στη γη και ακολουθεί αυτή που βασίζεται στη μεταφορά φορτίων σε ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, με ανοδικά ρεύματα οφειλόμενα σε διαφορές της θερμοκρασίας. Στην κατάσταση κακοκαιρίας, δηλαδή όταν έχουμε ηλεκτρισμένα νέφη, το ηλεκτρικό πεδίο αναστρέφεται και έχει κατεύθυνση από τη γη προς την ατμόσφαιρα φτάνοντας μέχρι και τα 10 kv/m. Όταν ξεπεράσει τα 3 kv/m τότε λαμβάνει χώρα η διηλεκτρική διάσπαση του αέρα. Αυτή είναι μια ισχυρή ηλεκτρική εκκένωση ανάμεσα στο ηλεκτρισμένο νέφος και την επιφάνεια της γης και ονομάζεται κεραυνός. Το μήκος του κεραυνού φτάνει ως αρκετά χιλιόμετρα και έχει τεθλασμένη ή κυματοειδή μορφή. Στο σχήμα 1.1 φαίνεται ένα τυπικό παλμογράφημα του ηλεκτρικού πεδίου στην επιφάνεια της γης κατά τη διάρκεια καταιγίδας.[1] 11

12 Σχήμα 1.1: τυπικό παλμογράφημα του ηλεκτρικού πεδίου στην επιφάνεια της γης κατά τη διάρκεια καταιγίδας. Οι θετικές τιμές του πεδίου αντιστοιχούν στην κατεύθυνση του πεδίου καλοκαιρίας. [1] 1.3 Τα είδη των κεραυνών Ο κεραυνός ξεκινάει από σημεία υψηλής πεδιακής έντασης. Δύο ετερόσημα φορτία μέσα στο ίδιο σύννεφο ή δύο γειτονικά σύννεφα δημιουργούν, στο διάστημα που παρεμβάλλεται μεταξύ τους, υψηλές πεδιακές εντάσεις που μπορούν να προκαλέσουν μία εκκένωση εσωτερικά του νέφους ή ανάμεσα σε δύο σύννεφα. Συγκέντρωση φορτίου ενός προσήμου σε μία θέση του νέφους και το φορτίο αντίθετου προσήμου, που επάγεται εξαιτίας του στο έδαφος, δημιουργούν ανάμεσα στο νέφος και το έδαφος μία ζώνη αυξημένων πεδιακών εντάσεων. Οι υψηλότερες εντάσεις μέσα στη ζώνη αυτή μπορεί να αναπτύσσονται είτε κοντά στο νέφος είτε στην περίπτωση που το έδαφος παρουσιάζει μία σημαντική προεξοχή στην πλευρά του εδάφους. Στην πρώτη περίπτωση, η ενδεχόμενη εκκένωση που θα επακολουθήσει θα αρχίσει από το νέφος (με έναν κατερχόμενο οχετό εκκένωσης) ενώ στη δεύτερη από το έδαφος (με έναν ανερχόμενο οχετό εκκένωσης). Έτσι διακρίνουμε τέσσερις περιπτώσεις έναρξης του οχετού προεκκένωσης του κεραυνού: α) Ο «κατερχόμενος αρνητικός οχετός» προεκκένωσης που αρχίζει από ένα αρνητικά φορτισμένο νέφος. β) Ο «ανερχόμενος θετικός οχετός» προεκκένωσης που αρχίζει από μια προεξοχή του εδάφους κάτω από ένα αρνητικά φορτισμένο νέφος. γ) Ο «κατερχόμενος θετικός οχετός» προεκκένωσης που αρχίζει από ένα θετικά φορτισμένο νέφος. δ) Ο «ανερχόμενος αρνητικός οχετός» προεκκένωσης που αρχίζει από μια προεξοχή του εδάφους κάτω από ένα θετικά φορτισμένο νέφος. Αν ο οχετός προεκκένωσης που αναπτύσσεται με έναν από τους τέσσερις πιο πάνω τρόπους διαχωρίσει το διάκενο σύννεφο-γη, επακολουθεί ο οχετός επιστροφής και έτσι ολοκληρώνεται ένας από τους τέσσερις τύπους κεραυνού στους οποίους δίνονται οι πιο κάτω ορισμοί. 12

13 α) «κατερχόμενη αρνητική εκκένωση» που πηγάζει από ένα αρνητικά φορτισμένο νέφος με έναν κατερχόμενο αρνητικό οχετό προεκκένωσης. Αυτός ο τύπος κεραυνού είναι και ο πιο συνηθισμένος καταλαμβάνοντας το 90% των περιπτώσεων. β) «ανερχόμενος θετικός οχετός/αρνητική εκκένωση» που πηγάζει από μια προεξοχή του εδάφους κάτω από ένα αρνητικά φορτισμένο νέφος. γ) «κατερχόμενη θετική εκκένωση» που πηγάζει από ένα θετικά φορτισμένο νέφος. δ) «ανερχόμενος αρνητικόςοχετός/θετική εκκένωση» που πηγάζει από μια προεξοχή του εδάφους κάτω από ένα θετικά φορτισμένο νέφος. [1] Σχήμα 1.2: Είδη κεραυνών: "α" ανάπτυξη οχετού προεκκένωσης, " β" συμπλήρωση του αντίστοιχου είδους κεραυνού με οχετό επιστροφής. 1: οχετός προεκκένωσης, r: οχετός επιστροφής, ν: κατευθυνση μετάδοσης. [1] 1.4 Ο Μηχανισμός του κεραυνού Σε περιοχές του νέφους με μεγάλη πυκνότητα φορτίου, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου μπορεί να πάρει αρκετά μεγάλες τιμές. Οι υψηλές εντάσεις συνδυαζόμενες με την μικρή πυκνότητα του αέρα (λόγω ύψους) και μερικούς άλλους παράγοντες που προκαλούν πρόσθετη ενίσχυση του ηλεκτρικού πεδίου, μπορούν να προκαλέσουν έναρξη ιονισμού των μορίων του αέρα από κρούσεις ηλεκτρονίων. Ο ιονισμός αυτός αποτελεί το πρώτο βήμα για την έναρξη μιας ηλεκτρικής εκκένωσης. Αν οι γραμμές μέγιστης πεδιακής έντασης κατευθύνονται προς το έδαφος τότε ο οχετός θα ακολουθήσει αυτή την κατεύθυνση και θα προκαλέσει ηλεκτρική σύνδεση και αλληλοεξουδετέρωση των δύο ετερόσημων φορτίων. Ο μηχανισμός αυτός ονομάζεται «οχετός προεκκένωσης». Η πρόοδος του πραγματοποιείται με διαδοχικά βήματα και με μήκος το καθένα μερικά μέτρα ή δεκάδες μέτρα. Η μέση ταχύτητα προόδου του οχετού προεκκένωσης είναι τα 0,15 m/μs και είναι πολύ μικρή συγκρινόμενη με την ταχύτητα του φωτός που είναι τα 300 m/μs. Η διαμήκη πτώση τάσης κατά μήκος του οχετού (πριν αυτός συναντήσει το έδαφος) ποικίλει στις διάφορες θέσεις του, η μέση τιμή της πάντως είναι μικρότερη από 0,1 kv/cm. Έτσι ο οχετός 13

14 προεκκένωσης εμφανίζεται σαν μία μεταλλική προεξοχή που επεκτείνεται από το σύννεφο προς το έδαφος. Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου γύρω από τον οχετό προεκκένωσης και ιδίως στο προς το έδαφος άκρο του είναι μεγάλη και υπερβαίνει κατά πολύ την πεδιακή ένταση που απαιτείται για ιονισμό από κρούσεις (30 kv/cm). Γι' αυτό το λόγο, ο οχετός περιβάλλεται συνέχεια από έναν μανδύα κορόνα που εκτείνεται μερικά μέτρα γύρω από αυτόν. Το πάχος του είναι μεγαλύτερο στο προς το έδαφος άκρο του οχετού, όσο η κεφαλή του οχετού φτάνει στο έδαφος. Όταν η κεφαλή του οχετού φτάσει σε μια απόσταση από το έδαφος τέτοια που η μέση πεδιακή ένταση να είναι περί τα 5kV/cm, το τελευταίο αυτό μήκος γεφυρώνεται ολόκληρο από κορόνα και μετατρέπεται ταχύτατα (σε μs) επίσης σε οχετό. Με αυτό το τελευταίο βήμα, που ορίζεται σαν το «τελικό πήδημα», το φορτίο της περιοχής του νέφους από όπου άρχισε ο οχετός προεκκένωσης βρίσκεται, μέσω αυτού, ημιαγώγιμα συνδεδεμένο με το έδαφος. Μέσα από αυτή την ημιαγώγιμη σύνδεση εκκενώνεται το φορτίου του νέφους με ένα μεγάλο ρεύμα (πολλές δεκάδες ή εκατοντάδες ka). Από το ρεύμα αυτό ο οχετός προεκκένωσης θερμαίνεται και αποκτά πολύ μεγάλη λαμπρότητα. Η θέρμανση του οχετού προεκκένωσης από το άκρο που αυτός συναντά το έδαφος και προχωρεί προς το σημείο εκκίνησης του με ταχύτητα μερικά δέκατα της ταχύτητας του φωτός, δηλαδή πολύ μεγαλύτερη από αυτή με την οποία προχωρεί ο οχετός προεκκένωσης. Η φάση αυτή με την οποία συμπληρώνεται η εκκένωση ονομάζεται «οχετός επιστροφής». Σχήμα 1.3 : Τα βήματα σχηματισμού του οχετού επιστροφής. Διακρίνεται το κανάλι του οχετού προεκκένωσης και ο σχηματισμός κορόνα γύρω από αυτό. [1] Η πιο πάνω περιγραφή του κεραυνού είναι εξιδανικευμένη και αφορά την περίπτωση που ένα σύννεφο βρίσκεται πάνω από ένα απόλυτα επίπεδο έδαφος ή μία επιφάνεια ήρεμου ύδατος. Αν ένα ηλεκτρισμένο σύννεφο βρεθεί πάνω από μία πολύ υψηλή και σχετικά αιχμηρή προεξοχή του εδάφους (πάνω από 100 ή 150 m) η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στο άκρο της προεξοχής αυτής μπορεί να γίνει, εξ επαγωγής, τόσο μεγάλη ώστε ο οχετός προεκκένωσης να ξεκινήσει από το άκρο της προεξοχής και να κατευθυνθεί προς το σύννεφο. Προκύπτει έτσι ένας «ανερχόμενος» οχετός προεκκένωσης. Αν η προεξοχή του εδάφους έχει σχετικά μικρό ύψος τότε ο οχετός προεκκένωσης δεν είναι ικανός να αρχίσει από αυτή. Ο κατερχόμενος οχετός προεκκένωσης, καθώς πλησιάζει το 14

15 έδαφος, επάγει ένα ηλεκτρικό φορτίο η ένταση του οποίου είναι μεγαλύτερη σε προεξοχές του εδάφους. Όταν στο άκρο μιας από αυτές τις προεξοχές η ένταση ενισχυθεί αρκετά, θα αρχίσει από αυτή ένας ανερχόμενος οχετός προεκκένωσης (συνδετικός οχετός) που θα κατευθυνθεί προς την κεφαλή του κατερχόμενου οχετού προεκκένωσης. Με την συνάντηση των δύο οχετών συμπληρώνεται η ημιαγώγιμη σύνδεση νέφους-εδάφους και ακολουθεί ο οχετός επιστροφής με τον οποίο συμπληρώνεται ο κεραυνός. Η αρχική εκκένωση του κεραυνού ακολουθείται από επόμενες εκκενώσεις όπως φαίνεται στο Σχ.1.4. Οι εκκενώσεις αυτές διαδέχονται η μία την άλλη σε μικρά χρονικά διαστήματα και η κάθε μία περιλαμβάνει δικό της συνδετικό οχετό και οχετό επιστροφής. Συνήθως οι διαδοχικές αυτές εκκενώσεις ακολουθούν την ίδια όδευση που χαράζει η αρχική εκκένωση χωρίς όμως να αποκλείεται και το αντίθετο. Έχει παρατηρηθεί πως πολλαπλές εκκενώσεις παρουσιάζουν οι κατερχόμενοι αρνητικοί κεραυνοί που αποτελούν και το μεγαλύτερο ποσοστό των κεραυνών, ενώ πολλαπλοί θετικοί κεραυνοί είναι σπανιότατοι. [1] Σχήμα 1.4: Δημιουργία ενός κεραυνού (πολλαπλού), όπως φαίνεται από μια φωτογραφική μηχανή κινούμενη προς τα δεξιά. [1] 15

16 1.5 Παράμετροι ρεύματος κεραυνού Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι κεραυνών: Ο καθοδικός κεραυνός, που ξεκινάει από έναν καθοδικό οχετό προεκκένωσης από το σύννεφο προς τη γη. Ο ανοδικός κεραυνός, που ξεκινάει από ένα ανοδικό οχετό προεκκένωσης από ένα αντικείμενο προς το σύννεφο. Κυρίως οι καθοδικοί κεραυνοί εμφανίζονται σε επίπεδο έδαφος και σε χαμηλότερα αντικείμενα, ενώ για τις εκτιθέμενες και για τα υψηλότερα αντικείμενα οι ανοδικοί κεραυνοί κυριαρχούν. Με αποτελεσματικό ύψος η πιθανότητα ενός άμεσου πλήγματος κεραυνού στα αντικείμενα αυξάνεται και οι φυσικές συνθήκες αλλάζουν. Εικόνα 1: Καθοδικός κεραυνός Εικόνα 2: Aνοδικός κεραυνός 16

17 Το ρεύμα ενός κεραυνού αποτελείται από μία ή περισσότερες διαφορετικές εκκενώσεις: Μικρής διάρκειας κεραυνοί με διάρκεια μικρότερη των 2 ms. Μεγάλης διάρκειας κεραυνοί με διάρκεια μεγαλύτερη των 2 ms.[2] Σχήμα 1.5: Ορισμοί για τους παραμέτρους κεραυνών μικρής διάρκειας (τυπικά T2 < 2 ms). [3] όπου Ο1: τυπική έναρξη I: αιχμή ρεύματος T1: χρόνος μετώπου Τ2: χρόνος ουράς Σχήμα 1.6: : Ορισμοί για τους παραμέτρους κεραυνών μεγάλης διάρκειας (τυπικά 2 ms <Tiong < 1 s). [3] όπου Tlong: διάρκεια εκκένωσης Qlong: φορτίο κεραυνού μεγάλης διάρκειας 17

18 1.6 Συχνότητα εμφάνισης κεραυνού Επειδή για την γνώση του αριθμού Ng, των κεραυνών που πλήττουν μια περιοχή (ανά km 2 ) στη διάρκεια μιας χρονικής περιόδου (1 έτος), απαιτείται εγκατάσταση ειδικών συσκευών, η πληροφορία δεν είναι διαθέσιμη παρά για περιορισμένες μόνο περιοχές. Αντίθετα η πληροφορία που είναι διαθέσιμη είναι ο αριθμός T d των ημερών καταιγίδας. Το T d διαφέρει σημαντικά από περιοχή σε περιοχή. Μία γενική παρατήρηση είναι ότι η συχνότητα καταιγίδων συνοδευόμενη από κεραυνούς, είναι μεγαλύτερη στον ισημερινό και μικρότερη στους πόλους. Στο σχήμα 1.7 δίνεται ο χάρτης ισοκεραυνικών καμπυλών της Ελλάδος. Σαν ισοκεραυνικές καμπύλες ονομάζουμε τις περιοχές του ίδιου T d. Στο σχήμα 1.8 δίνεται ο παγκόσμιος ισοκεραυνικός χάρτης. Σχήμα 1.7 : Χάρτης ισοκεραυνικών καμπυλών, σε ημέρες καταιγίδων κατ έτος για την Ελλάδα (ΕΜΥ). [4] 18

19 Σχήμα 1.8: Παγκόσμιος χάρτης ισοκεραυνικών καμπυλών σε ημέρες καταιγίδων κατ έτος. [5] Σχήμα 1.9: Παγκόσμιος χάρτης μέσης ετήσιας πτώσης κεραυνών. [5] 19

20 Πολλές προσπάθειες έχουν γίνει για να συσχετισθούν ο αριθμός Ng με τον αριθμό T d. Ο A J Eriksson [4] κατάφερε ύστερα από μία έρευνα έξι ετών στη Νότια Αφρική να προσεγγίσει την σχέση αυτών των δύο. Από την καταγραφή των ετήσιων κεραυνών και των καταιγίδων ανά έτος σε εξήντα σταθμούς προέκυψαν δεδομένα τα οποία απεικονίζονται στο σχήμα 1.10 και παράγουν την σχέση: =.. Σχήμα 1.13 : Παρατηρούμενη συσχέτιση μεταξύ της πυκνότητας των κεραυνών και των ημερών καταιγίδας ανά έτος. [6] Αυτή η σχέση ισχύει μόνο για τις εύκρατες περιοχές. Πρέπει να επισημάνουμε ότι ο τύπος συνεχώς βελτιώνεται και ότι η συγκεκριμένη συσχέτιση του Ng με το T d είναι η πιο πρόσφατη. 20

21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΟΙ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΟΥ ΚΕΡΑΥΝΟΥ 2.1 Θερμικές επιπτώσεις Ο οχετός προεκκένωσης ενός πλήγματος έχει ένα στενό κεντρικό πυρήνα περιβαλλόμενο από ένα μεγαλύτερο σχηματισμό κορόνα. Το ρεύμα που ρέει στον οχετό επιστροφής είναι συγκεντρωμένο, κατά το μεγαλύτερο μέρος στον πυρήνα του οχετού αυτού, ο οποίος έχει διάμετρο ένα ή δύο εκατοστά και η θερμοκρασία του φτάνει στους 30000Κ ή και περισσότερο. Αυτή η θερμοκρασία προκαλεί ατμοποίηση των υδρατμών που υπάρχουν, δημιουργώντας έτσι τοπικά αραιώματα και πυκνώματα του αέρα, δηλαδή ένα ηχητικό κύμα, που στην αρχή βρίσκεται στην περιοχή των υπερήχων, μετά όμως καταλήγει στην βροντή. Η στιγμιαία ισχύς που διαχέεται ως θερμότητα σε ένα αγωγό και η οποία οφείλεται σε ένα ηλεκτρικό ρεύμα εκφράζεται ως ( )= 2. Η θερμική ενέργεια που παράγεται επομένως εκφράζεται από την ωμική αντίσταση του μέσου από το οποίο εκφορτίζεται το ρεύμα πολλαπλασιασμένη με την ολική ισχύ αυτού. Αυτή η ενέργεια εκφράζεται σε μονάδες Joules ή Watt ανά δευτερόλεπτα και ισούται με = 2. Επομένως, τα θερμικά αποτελέσματα ενός πλήγματος εξαρτώνται όχι μόνο από το εύρος του ρεύματος, αλλά και από τη διάρκεια ροής του και αυτό γιατί η αύξηση της θερμοκρασίας σε έναν αγωγό, μέσα από τον οποίο εκφορτίζεται το ρεύμα του κεραυνού, είναι ανάλογη του 2. Όταν υπολογίζεται η αύξηση της θερμοκρασίας ενός αγωγού πρέπει να λαμβάνεται υπ όψη ότι, λόγω της μικρής διάρκειας ροής του ρεύματος, η διάχυση της θερμότητας θεωρείται αμελητέα. Οπότε η αύξηση της θερμοκρασίας σε ένα μέσο με αντίσταση R δίνεται από τον τύπο: (. ) Όπου : η αύξηση της θερμοκρασίας του αγωγού σε Κ : ο συντελεστής θερμοκρασίας της αντίστασης σε 1/Κ : η ειδική αντίσταση του αγωγού σε Ωhm : η διατομή του αγωγού σε m 2 : η πυκνότητα του υλικού σε Kg/m 2 : ο συντελεστής θερμοχωρητικότητας σε J/(Kg K) Στον πίνακα 2.1 δίνονται οι τιμές των παραμέτρων ρ και α για το αλουμίνιο, τον σίδηρο και τον χαλκό. Χρησιμοποιώντας την σχέση (2.1) και για διαφορετικές τιμές του 2 προκύπτει ο πίνακας 2.2 που δίνει την αύξηση της θερμοκρασίας ενός αγωγού σε Κ συναρτήσει της διατομής του και της εκλυόμενης ενέργειας. 21

22 Στο σχήμα 2.1 φαίνεται η μεταβολή της θερμοκρασίας χάλκινων αγωγών με διαφορετικές διαμέτρους, συναρτήσει του 2. Για αγωγούς από αλουμίνιο, η αύξηση της θερμοκρασίας είναι περίπου 1,5 φορά των τιμών που φαίνονται στο σχήμα 2.1 Σχήμα 2.1: Αύξηση της θερμοκρασίας σε χάλκινους αγωγούς σαν συνάρτηση του W/R, με παράμετρο την διατομή τους. [1] 22

23 Η αύξηση της θερμοκρασίας σε αγωγούς από χάλυβα και χαλκό δίνεται στο Σχ.2.2. Από το σχήμα και για W/R ίσο με 10 7 A 2 s και διατομή του αγωγού περίπου 50 mm 2 η αύξηση της θερμοκρασίας φτάνει τους 140 C, θερμοκρασία που δεν είναι επικίνδυνη. Σχήμα 2.2 : Αύξηση της θερμοκρασίας σε χάλκινους και χαλύβδινους αγωγούς.[1] Υπάρχει όμως μία περίπτωση που η αύξηση της θερμοκρασίας μπορεί να προκαλέσει ζημιά. Αυτό συμβαίνει όταν το ρεύμα του κεραυνού ή ένα μέρος αυτού, εκφορτίζεται διαμέσου ενός αγωγού, ο οποίος σε μία ένωση παρουσιάζει μεγάλη αντίσταση, λόγω π.χ. μίας φτωχής σύνδεσης μεταξύ δύο αγωγών. Τότε μπορεί να προκληθεί ένας ισχυρός σπινθήρας, που οφείλεται στην στιγμιαία υπέρταση που παρουσιάζεται (μεγάλη αντίσταση*ρεύμα που εκφορτίζεται). Ο κίνδυνος να τρυπηθεί ένα λεπτό μεταλλικό φύλλο έχει πρακτική σημασία για τα μεταλλικά φύλλα που χρησιμοποιούνται σαν υλικά οροφής σε κτίρια και στην επιφάνεια των αεροσκαφών. Πιο συγκεκριμένα αν ένα τέτοιο μεταλλικό φύλλο πληγεί από έναν κεραυνό με ρεύμα i, η θερμότητα που θα αναπτυχθεί στο σημείο του πλήγματος είναι ανάλογη του u = u q, όπου u είναι η πτώση τάσης και q το φορτίο που είναι ανάλογο με το ρεύμα του κεραυνού. Φαίνεται λοιπόν ότι η τήξη του μετάλλου είναι ανάλογη του φορτίου του κεραυνού. Ο όγκος του μετάλλου που θα τακεί στο σημείο που θα εκφορτιστεί ένα πλήγμα κεραυνού δίνεται από τον τύπο: V (. ) Όπου : ο όγκος σε m 3 : η ενέργεια του κεραυνού τη στιγμή που πλήττει το συγκεκριμένο σημείο σε J : η πυκνότητα του υλικού σε Kg/m2 : ο συντελεστής θερμοχωρητικότητας σε J/(Kg K) : η διαφορά θερμοκρασίας σε ⁰ C : η ειδική θερμότητα τήξης σε J/Kg 23

24 Επειδή =, από τη σχέση (2.2) προκύπτει: (. ) όπου, η καθοδική τάση. Στον πίνακα 2.3 δίνονται οι τιμές των παραμέτρων,, και για το αλουμίνιο, τον σίδηρο και τον χαλκό και τον ανοξείδωτο χάλυβα. ΠΙΝΑΚΑΣ 2.3 [3] Αν ένας κεραυνός πλήξει ένα μονωτικό υλικό ή ένα «φτωχό» αγωγό, το σημείο του πλήγματος θα αποκτήσει πολύ υψηλή θερμοκρασία και θα έχει σαν αποτέλεσμα την διάτρηση του υλικού ή την ανάφλεξή του. Τέτοιες οπές ενός ή δύο εκατοστών έχουν παρατηρηθεί σε τζάμια παραθύρου, λόγω πλήγματος κεραυνού. Εάν το μονωτικό περιέχει ίχνη υγρασίας, όπως συμβαίνει στα μάρμαρα ή κάποιο άλλο μη αγώγιμο υλικό, το ρεύμα του κεραυνού θα ρεύσει μέσω των σημείων που παρουσιάζουν μεγαλύτερη αγωγιμότητα. Όμως έτσι η υγρασία μπορεί, λόγω θερμοκρασίας, να μετατραπεί σε ατμό και η πίεση που δημιουργείται να προκαλέσει θραύση του υλικού. Παραδείγματα τέτοιων φαινομένων είναι η κατάρρευση πλινθότοιχων, έκρηξη κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα και καταστροφή αρχαίων ελληνικών μαρμάρινων κιόνων. Ένα άλλο παράδειγμα της τρομακτικής δύναμης που περικλείεται σ' αυτού του είδους τα πλήγματα αναφέρεται στους κανονισμούς της Ν. Αφρικής. Ένα ισχυρό πλήγμα σε ένα πετρώδες έδαφος διέλυσε 70 τόνους από αυτό, σε μία απόσταση 250 μέτρων. Άλλη σημαντική θερμική συνέπεια ενός πλήγματος κεραυνού είναι η ανάφλεξη υλικών όπως ξυλείες, αχυρένιες στέγες κλπ, όπως επίσης εκρηκτικών υλών και υγρών καυσίμων. Οι συνέπειες αυτές οφείλονται κυρίως στους «θερμούς κεραυνούς», οι οποίοι έχουν μεγάλη διάρκεια ροής ρεύματος. [1] 24

25 2.2 Μηχανικές επιπτώσεις Οι μηχανικές συνέπειες του πλήγματος ενός κεραυνού μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: α) αυτές που αφορούν το κρουστικό κύμα που παράγεται από τον οχετό επιστροφής και β) αυτές που αφορούν τις δυνάμεις που αναπτύσσονται σε έναν ή περισσότερους αγωγούς, όταν διαρρέονται από το ρεύμα του κεραυνού. Όπως αναφέρθηκε και σε προηγούμενο κεφάλαιο η θερμοκρασία του οχετού προεκκένωσης μπορεί να ανέβει στους Κ ή περισσότερο μέσα σε λίγα μs. Αποτέλεσμα αυτού είναι ο αέρας που περιβάλλει τον οχετό να εξαπλώνεται με πολύ μεγάλη ταχύτητα, παράγοντας έτσι ένα κύμα πίεσης το οποίο είναι στην αρχή στην περιοχή των υπερήχων και μετά εξελίσσεται στη γνωστή βροντή. Το σχήμα 2.3 δείχνει πως μεταδίδεται το κύμα αυτό από τον κεντρικό πυρήνα του οχετού προεκκένωσης. Αυτό το κύμα είναι επίσης υπεύθυνο για το κύμα αέρα που σηκώνει κεραμίδια οροφών, φαινόμενο που παρατηρείται μετά από ένα άμεσο πλήγμα, αλλά και για τον τραυματισμό ανθρώπων. Σχήμα 2.3:Κατανομή της πίεσης που δημιουργείται από την θερμότητα του οχετού, στο χώρο, με παράμετρο τον χρόνο. [1] Όσο αφορά τη δεύτερη κατηγορία συνεπειών, αυτές οφείλονται στο γεγονός ότι δύο παράλληλοι αγωγοί, οι οποίοι μοιράζονται την εκφόρτιση του ρεύματος ενός κεραυνού, υπόκεινται σε ελκτικές μαγνητικές δυνάμεις οι οποίες είναι ανάλογες του τετραγώνου της τιμής του ρεύματος και αντιστρόφως ανάλογες της μεταξύ τους απόστασης. Αυτές οι δυνάμεις είναι υπεύθυνες για την συγχώνευση πολύπλοκων αγωγών και για την σύνθλιψη κοίλων αγωγών. Μπορούμε να υπολογίσουμε την μαγνητική δύναμη που ασκείται σε δύο παράλληλους αγωγούς μήκους l, που διαρρέονται από ρεύμα i και βρίσκονται σε απόσταση d με την βοήθεια του τύπου: Όπου (. ) ( ): η μαγνητική δύναμη σε Νewton 0: η μαγνητική διηλεκτρική σταθερά του αέρα ( 4π10-7 H/m) ( ): η ένταση του ρεύματος σε Α : το μήκος των αγωγών σε m : η απόσταση μεταξύ των αγωγών σε m 25

26 Σχήμα 2.4: Δύο παράλληλοι αγωγοί όπου διαρρέονται από το ίδιο ή αντίθετο ρεύμα και βρίσκονται σε απόσταση d. [2] Τέτοιες δυνάμεις μπορούν να ασκηθούν και σε έναν μόνο αγωγό όταν αυτός σχηματίζει μία ορθή γωνία σε κάποιο σημείο του. Όταν λοιπόν ένας τέτοιος αγωγός εκφορτίζει το ρεύμα ενός κεραυνού, υπόκεινται σε μία δύναμη που τείνει να τον ισιώσει. Το μέγεθος της δύναμης αυτής είναι ανάλογο του τετραγώνου του ρεύματος. Όμως ακόμη και όταν το ρεύμα είναι της τάξης των 200 ka, η δύναμη αυτή δεν φαίνεται να ξεπερνά τους λίγους τόνους. Στο σχήμα δίνεται η κατανομή της δύναμης πάνω σε έναν τέτοιο αγωγό συναρτήσει της απόστασης από το σημείο αλλαγής κατεύθυνσης. Αν όμως η γωνία δεν είναι ορθή αλλά αμβλεία τότε η μαγνητική δύναμη μειώνεται. Έτσι σε έναν αγωγό με μεγάλη ακτίνα καμπυλότητας μειώνονται οι πιθανότητες να υποστεί ζημιά όταν πληγεί από κάποιον κεραυνό. [1],[3] Σχήμα 1.5: Συνηθισμένος αγωγός ενός συστήματος αντικεραυνικής προστασίας.[2] 26

27 Σχήμα 1.6:Διάγραμμα καταπονήσεων του αγωγού του Σχ.1.5 όταν διαρρέεται από ρεύμα. [2] Αυτού του είδους οι δυνάμεις είναι δυνατό να μην προκαλούν ζημιά σε έναν αγωγό συνηθισμένης διαμέτρου, αν ληφθεί πρόνοια η ακτίνα καμπυλότητας να είναι αρκετά μεγάλη, αποφεύγοντας τις απότομες αλλαγές κατεύθυνσης του αγωγού, ή στερεώνοντας με ασφάλεια τον αγωγό στον τοίχο σε μικρή απόσταση από την απότομη γωνία. [1] 2.3 Ηλεκτρικές επιπτώσεις Μία ηλεκτρική συνέπεια ενός πλήγματος κεραυνού είναι η εσωτερική διάσπαση που μπορεί να συμβεί μεταξύ των αγωγών του συστήματος προστασίας και εσωτερικών αγώγιμων στοιχείων μιας κατασκευής, γνωστή και ως «επικίνδυνος σπινθήρας» ή «sideflash». Για να γίνουν κατανοητές οι συνθήκες που οδηγούν σε ένα τέτοιου είδους σφάλμα, δίνεται το σχήμα 2.7 το οποίο δείχνει το περίγραμμα μιας κατοικίας με έναν συλλεκτήριο αγωγό στην καμινάδα. Στο εσωτερικό της κατοικίας υπάρχει μια δεξαμενή νερού, η οποία τροφοδοτείται από ένα μεταλλικό σωλήνα νερού και ο οποίος είναι συνδεδεμένος με έναν άλλο μεταλλικό σωλήνα που είναι θαμμένος στην γη. 27

28 Σχήμα 2.8 :Πλήγμα κεραυνού σε μία κατοικία με σύστημα προστασίας και δίκτυο σωληνώσεων νερού γειωμένων ανεξάρτητα, όπου φαίνεται ο κίνδυνος της μεταξύ τους διάσπασης. [1] Αν υποτεθεί ότι ο συλλεκτήριος αγωγός στην καμινάδα πλήττεται από έναν κεραυνό με ρεύμα i, το ρεύμα αυτό θα εκφορτιστεί στη γη μέσω του συλλεκτήριου αγωγού, του αγωγού καθόδου και του γειωμένου ηλεκτροδίου. Ο δρόμος αυτός παρουσιάζει μία αυτεπαγωγή L και η αντίσταση του γειωμένου ηλεκτροδίου μπορεί να περιγραφεί από την αντίσταση γείωσης R. Η κορυφή λοιπόν του συστήματος προστασίας θα παρουσιάσει ως προς τη γη διαφορά δυναμικού που δίνεται από τον τύπο: u Αυτή η τάση είναι της τάξεως κάποιων χιλιάδων kv. Η δεξαμενή όμως, μέσω του συστήματος των σωληνώσεων, έχει το δυναμικό της γης ακόμη και όταν η κατασκευή πλήττεται από κεραυνό. Έτσι η στιγμιαία τάση u εμφανίζεται μεταξύ του συστήματος προστασίας και της δεξαμενής. Αν η τάση διάσπασης του διακένου D, που είναι η απόσταση μεταξύ αγωγών προστασίας και δεξαμενής, είναι μικρότερη από την u, τότε θα συμβεί εσωτερική διάσπαση μεταξύ των αγωγών του συστήματος και της δεξαμενής, διοχετεύοντας ένα μεγάλο μέρος του ρεύματος προς τη γη, με ίσως καταστροφικά αποτελέσματα. Εσωτερική διάσπαση μπορεί να συμβεί και κάτω από άλλες συνθήκες. Στο Σχ.2.9 εικονίζεται μια αγροτική αποθήκη με μεταλλική οροφή και μέσα σε αυτή ένας άνθρωπος που κρατά ένα εργαλείο. Αν ένα πλήγμα κεραυνού συμβεί σε μικρή σχετικά απόσταση από την αποθήκη, η οροφή της θα βρεθεί σε μία διαφορά δυναμικού ως προς τη γη, που δίνεται από την σχέση: όπου το δυναμικό του οχετού ως προς τη γη και, οι χωρητικότητες όπως σημειώνονται στο Σχ2.9. Αυτή η διαφορά δυναμικού, ίσως είναι ικανή να προκαλέσει εσωτερική διάσπαση. 28

29 Σχήμα 2.9 : Εσωτερική διάσπαση οφειλόμενη σε έμμεσο πλήγμα κεραυνού και στην έλλειψη γείωσης της στέγης. [1] Μία άλλη ηλεκτρική συνέπεια ενός πλήγματος φαίνεται στο Σχ Στο σχήμα αυτό φαίνεται η εκφόρτιση του ρεύματος ενός κεραυνού που πλήττει το έδαφος. Σε ομοιόμορφα εδάφη, η κατανομή του ρεύματος όσο και της τάσης γίνεται με ομαλό τρόπο (Σχ.2.10). Αν ένας άνθρωπος ή ζώο βρίσκεται πλησίον του σημείου, θα εμφανιστεί μία διαφορά δυναμικού μεταξύ των άκρων του, η οποία δίνεται από την σχέση: u (. ) Όπου : το εύρος του ρεύματος του κεραυνού σε Α : η ειδική αντίσταση του εδάφους σε Ωhm : η απόσταση των άκρων σε m : η απόσταση μεταξύ του σημείου του πλήγματος και του πλησιέστερου άκρου του ανθρώπου σε m. Αυτή η διαφορά δυναμικού είναι η αιτία ενός ρεύματος που θα ρεύσει μέσω των άκρων και του χαμηλότερου μέρους του σώματος. Αυτή η διαφορά δυναμικού είναι υπεύθυνη για τον θάνατο μεγάλων ζώων, λόγω του μεγάλου ανοίγματος των άκρων τους (μεγάλη απόσταση μεγάλη τάση ). [1] 29

30 Σχήμα 2.10 : Κατανομή του ρεύματος (α) και της τάσης (β) κατά την διάρκεια της εκφόρτισης του ρεύματος του κεραυνού. [1] 2.4 Επιπτώσεις στον άνθρωπο Τα ατυχήματα από πτώση κεραυνού δεν είναι πάντα θανατηφόρα. Στην πραγματικότητα, περίπου το 80% των θυμάτων επιβιώνουν με ή χωρίς περεταίρω συνέπειες. Ένα κεραυνικό χτύπημα μπορεί να προκαλέσει ζημιά σε ένα μεγάλο πλήθος συστημάτων που ελέγχουν διάφορες πνευματικές και σωματικές λειτουργίες του ανθρώπου, όπως το αναπνευστικό, το καρδιαγγειακό, το οπτικό, το ωτικό και το νευρικό σύστημα. Επίσης μπορεί να προκαλέσει δερματικούς (εγκαύματα), και άλλους σωματικούς τραυματισμούς (εξαιτίας του ωστικού κύματος). Τέλος, εκτός από εμφανείς σωματικές βλάβες, το θύμα μπορεί να εμφανίσει και διάφορες ψυχολογικές επιπλοκές. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι κυριότερες επιπλοκές που μπορούν να παρουσιαστούν ανά κατηγορία. Αναπνευστικές και καρδιαγγειακές επιπλοκές Η κυριότερη αιτία θανάτου εξαιτίας ενός κεραυνικού χτυπήματος είναι η καρδιοπνευμονική ανακοπή, η οποία ωστόσο σε κάποιες περιπτώσεις είναι αναστρέψιμη εάν το θύμα δεχτεί τις κατάλληλες πρώτες βοήθειες (καρδιοπνευμονική αναζωογόνηση). Συγκεκριμένα, εξαιτίας του κεραυνικού ρεύματος που διατρέχει το σώμα κατά την διάρκεια του κεραυνικού χτυπήματος, είναι πιθανό να προκληθεί βλάβη του μυοκαρδίου, που μπορεί να οδηγήσει σε δυσλειτουργίες όπως αρρυθμία και καρδιακή ανακοπή κατά την οποία το μυοκάρδιο είτε σταματά πλήρως να συσπάται είτε συσπάται ακανόνιστα (ασύγχρονα) οπότε πρόκειται για κοιλιακή μαρμαρυγή. Και στις δύο περιπτώσεις χάνεται η αντλητική ικανότητα της καρδιάς με αποτέλεσμα να μην αρματώνονται τα ζωτικά όργανα. Το κεραυνικό ρεύμα μπορεί επίσης να προκαλέσει ζημιά στο αναπνευστικό κέντρο του εγκεφάλου, πράγμα που μπορεί να οδηγήσει σε αναπνευστική ανακοπή, με συνέπειες αυτής, την καρδιακή ανακοπή εξαιτίας της απώλειας οξυγόνωσης του μυοκαρδίου αλλά κυρίως τον θάνατο εγκεφαλικού ιστού επίσης λόγω έλλειψης οξυγόνου. Βλάβες στο αναπνευστικό σύστημα μπορεί να προκαλέσει και το ωστικό κύμα του κεραυνού, όπως θα δούμε και παρακάτω. 30

31 Οφθαλμολογικές επιπλοκές Προβλήματα στου οφθαλμούς μπορούν να προκληθούν εξαιτίας τόσο του κεραυνικού ρεύματος που ρέει διαμέσου του κεφαλιού του θύματος, όσο και της ισχυρής ακτινοβολίας του οχετού. Ο καταρράκτης είναι η πιο συχνή μακροχρόνια βλάβη που μπορεί να προκληθεί εξαιτίας ενός κεραυνικού χτυπήματος, με την εμφάνιση του να μην γίνεται πάντα άμεσα, αλλά πολλές φορές ύστερα από την πάροδο αρκετών ημερών ή και ετών από τον αρχικό τραυματισμό. Το κεραυνικό πλήγμα μπορεί επίσης να προκαλέσει οπή της ωχράς κηλίδας που έχει σαν αποτέλεσμα η κεντρική όραση του θύματος να εμφανίζεται θολή και παραμορφωμένη, ζαρώματα (ρυτίδες) στον ιστό του αμφιβληστροειδούς, με αποτέλεσμα η όραση του θύματος να εμφανίζει τυφλά σημεία, ακόμη και αποκόλληση του αμφιβληστροειδούς. Επίσης ο τραυματισμός από κεραυνό μπορεί να προκαλέσει αιμορραγίες στο υαλοειδές σώμα (της ουσίας που βρίσκεται μεταξύ του φακού και του μπροστινού μέρους του αμφιβληστροειδούς του ματιού), ακόμη και αποκόλλησή του, ιρίτιδα, και ραγοειδίτιδα που έχει σαν αποτέλεσμα υπερβολική ευαισθησία του θύματος στο φως (φωτοφοβία). Κατά την διάρκεια του κεραυνικής λάμψης, η ισχυρή υπεριώδης και υψηλής ενέργειας ακτινοβολία που απορροφάται κυρίως από τον κερατοειδή χιτώνα, μπορεί να προκαλέσει μια σειρά από βλάβες του κερατοειδούς όπως εγκαύματα, οιδήματα, θολερότητα και έλκη του κερατοειδούς που μπορούν να οδηγήσουν σε αλλαγές της όρασης ακόμη και σε πλήρη απώλειά της. Τέλος, το κεραυνικό πλήγμα μπορεί να προκαλέσει ζημιές στους μύες που ελέγχουν την κίνηση των ματιών, με αποτέλεσμα τα μάτια να μην παρακολουθούν συνδυαστικά, οπότε το θύμα εμφανίζει διπλωπία. Ωτολογικές επιπλοκές Σε ποσοστό 20-50% των περιπτώσεων τραυματισμού από κεραυνό, το θύμα εμφανίζει ρήξη της τυμπανικής μεμβράνης, που πιθανότατα οφείλεται στο ωστικό κύμα του κεραυνού. Στην περίπτωση ενός κεραυνικού χτυπήματος στο ανώτερο μέρος του σώματος, τα αυτιά του θύματος βρίσκονται σε απόσταση μερικών εκατοστών από κανάλι του κεραυνού. Υπολογισμοί έχουν δείξει ότι η πίεση σε απόσταση λίγων εκατοστών από τον οχετό του κεραυνού μπορεί να φτάσει τιμές 10-20atm, που αντιστοιχούν σε ηχητικό κύμα έντασης 200dB (όριο αναφοράς Pa), με το όριο του πόνου να βρίσκεται στα 120 db. Ακόμη και σε περίπτωση που η τυμπανική μεμβράνη παραμείνει άθικτη, το θύμα μπορεί να εμφανίσει διαφόρων βαθμών μόνιμη απώλεια ακοής και εμβοές (κουδούνισμα στα αυτιά) εξαιτίας βλαβών στα τριχωτά κύτταρα και νεύρα του κοχλία που προκαλούνται είτε εξαιτίας του ωστικού κύματος είτε εξαιτίας του κεραυνικού ρεύματος που ρέει διαμέσου του κοχλία. Η έκρηξη μπορεί επίσης να προκαλέσει ζημιά στα οστάρια, που έχει σαν αποτέλεσμα το θύμα να εμφανίζει επαγωγική κώφωση ιδιαίτερα στις υψηλές συχνότητες. Κατάγματα του κρανίου που προκαλούνται από τον κεραυνό μπορούν επίσης να προκαλέσουν ζημιά στο μέσο αυτί. Νευρολογικές επιπλοκές Κατά την διάρκεια ενός κεραυνικού πλήγματος, συνήθως επηρεάζεται τόσο το κεντρικό όσο και το περιφερειακό νευρικό σύστημα. Μάλιστα, η πλειοψηφία των συμπτωμάτων που εμφανίζει ένα θύμα κεραυνικού πλήγματος είναι νευρολογικής φύσεως και εμφανίζονται στο 70% των επιζώντων. Το κεραυνικό ρεύμα μπορεί να προκαλέσει ένα πλήθος τραυματισμών, όπως ενδοκρανιακές αιμορραγίες, οιδήματα των ιστών και νευρωνικούς τραυματισμούς που μπορεί να προκαλέσουν μόνιμη εγκεφαλική ζημιά. Το νευρικό σύστημα μπορεί επίσης να επηρεαστεί από την έλλειψη οξυγόνου είτε εξαιτίας μιας καρδιοπνευμονικής ανακοπής είτε εξαιτίας της έντονης συστολής των αιμοφόρων αγγείων που μπορεί να εμποδίσει τη ροή του αίματος σε κάποιο σημείο του σώματος. Αυτή η έλλειψη οξυγόνου ονομάζεται ιστική ισχαιμία και μπορεί να προκαλέσει περεταίρω τραυματισμούς σε επιμέρους περιοχές του νευρικού συστήματος. Σε κάποιες περιπτώσεις το θύμα ενός κεραυνικού πλήγματος 31

32 μπορεί να εμφανίσει καθυστερημένη εκδήλωση νευρολογικών διαταραχών όπως κρίσεις επιληψίας, τρέμουλο, προοδευτική ημιπαράλυση, νευρική δυσλειτουργία και νευρολογικές ανωμαλίες του κεντρικού νευρικού συστήματος. Μια άλλη σημαντική επιπλοκή αποτελεί το φαινόμενο της προσωρινής παράλυσης των μυών του προσώπου ή και κάποιου άκρου που βρίσκεται εντός του διαδρόμου ροής του κεραυνικού ρεύματος (κεραυνοπαράλυσις). Δερματολογικές επιπλοκές Καθώς το κεραυνικό ρεύμα περνάει μέσα από το σώμα δημιουργείται μια διαφορά δυναμικού μεταξύ του σημείου του χτυπήματος και του εδάφους, πράγμα που οδηγεί σε μια επιφανειακή εκκένωση η οποία μπορεί να ακολουθήσει την επιφάνεια του σώματος. Οποιαδήποτε εκκένωση στον αέρα μπορεί να θερμάνει στο κανάλι της εκκένωσης σε θερμοκρασίες αρκετών χιλιάδων βαθμών, και αυτή η θερμότητα με τη σειρά της μπορεί να προκαλέσει εγκαύματα στο δέρμα. Το πιθανότερο είναι να πρόκειται για επιφανειακά εγκαύματα καθώς το δέρμα μονώνεται από το κανάλι της εκκένωσης μέσω μιας στρώσης ατμοποιημένης υγρασίας στην επιφάνεια του δέρματος. Ωστόσο, αν το θύμα φοράει μεταλλικά αντικείμενα όπως κοσμήματα, τότε το μεταλλικό αντικείμενο μπορεί να βρεθεί στον δρόμο της επιφανειακής εκκένωσης ώστε όλο το ρεύμα της να διέλθει μέσω του αντικειμένου προκαλώντας την τήξη του. Το λιωμένο αυτό μέταλλο μπορεί να προκαλέσει βαθιά εγκαύματα στο δέρμα. Έτσι ένα κεραυνικό χτύπημα μπορεί να προκαλέσει από επιφανειακά εγκαύματα μέχρι εγκαύματα πλήρους βάθους. Επίσης, πολλά θύματα εμφανίζουν έναν δερματικό αποχρωματισμό, που μοιάζει στην μορφή του με την μορφή που αποτυπώνεται όταν ηλεκτρική εκκένωση οδηγείται σε μονωτικό φωτογραφικό χαρτί. Ψυχολογικές επιπλοκές Εκτός από σωματικούς τραυματισμούς, τα θύματα των κεραυνικών πληγμάτων μπορεί να εμφανίσουν και ένα πλήθος ψυχολογικών προβλημάτων. Ανάμεσα σε αυτά περιλαμβάνονται η φοβία για τις καταιγίδες, το άγχος, η κατάθλιψη, διαταραχές του ύπνου, κρίσεις πανικού καθώς επίσης και διαταραχές της μνήμης της μάθησης της συγκέντρωσης και άλλων υψηλών πνευματικών λειτουργιών. Μερικά από τα θύματα εξακολουθούν να ξαναζούν το μαρτύριο με την μορφή αναλαμπών (flashbacks), αναμνήσεων, εφιαλτών, ή τρομακτικών σκέψεων ειδικά όταν εκτίθενται σε γεγονότα ή αντικείμενα που τους θυμίζουν τον τραυματισμό. Τραυματισμοί εξαιτίας του ωστικού κύματος Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το ωστικό κύμα του κεραυνού μπορεί να προκαλέσει τραυματισμούς στα όργανα της όρασης και της ακοής. Επιπλέον μπορεί να προκαλέσει ζημιές σε εσωτερικά όργανα όπως το ήπαρ, η σπλήνα, τα πνευμόνια, και την εντερική οδό, ενώ μπορεί και να εκτινάξει το θύμα σε απόσταση προκαλώντας διάφορους σωματικούς τραυματισμούς. Τέλος, τραυματισμοί μπορούν να προκληθούν και από εκτινασσόμενα υλικά από το σημείο του κεραυνικού πλήγματος. [5] 32

33 2.5 Επιπτώσεις στα αεροσκάφη Πλήγματα από κεραυνούς σε αεροπλάνα συμβαίνουν περίπου ένα σε 3200 ώρες πτήσης. Η μεγάλα πλειονότητα των πληγμάτων συμβαίνει σε ύψη κάτω από 4000m αν και τυχαία πλήγματα έχουν καταγραφεί μέχρι τα 8000m. Αυτές οι θέσεις (που συμβαίνουν τα πλήγματα) καθορίζονται από τα συνηθισμένα ύψη των φορτισμένων σύννεφων τα οποία, στις εύκρατες ζώνες, συγκεντρώνονται γύρω στα 2500m τα αρνητικά φορτισμένα και στα 6000m τα θετικά φορτισμένα. Στις τροπικές περιοχές και τα δύο είδη φορτισμένων σύννεφων συγκεντρώνονται ψηλότερα. Επειδή τα ύψη πτήσης των μοντέρνων αεροσκαφών είναι πάνω από τα ύψη που αναφέρονται, μεγαλύτερο κίνδυνο από πλήγμα κεραυνού διατρέχουν κατά τη διάρκεια της απογείωσης και προσγείωσης. Τα αεροσκάφη είναι οι μόνες κατασκευές οι οποίες επηρεάζονται και από τις εκφορτίσεις στη γη και απ αυτές που συμβαίνουν μέσα στα σύννεφα. Υπάρχουν πληροφορίες σχετικά με τα χαρακτηριστικά των εκφορτίσεων στα σύννεφα, οι οποίες αν και δεν περιέχουν μεγάλα κρουστικά ρεύματα, της τάξης των Α με μέση διάρκεια περίπου 500ms, τα μέγιστα φορτία που περιέχονται είναι της ίδιας τάξης μεγέθους με εκείνα που παρατηρούνται σε πολλαπλούς κεραυνούς στη γη, περίπου 400C ή μεγαλύτερα. Όταν ένα μεταλλικό αεροπλάνο πετάει μέσα σε ένα ηλεκτρικό πεδίο που υπάρχει μέσα ή κάτω από ένα ηλεκτρισμένο σύννεφο, βραχυκυκλώνει μέρος αυτού του πεδίου. Σ αυτή τη περίπτωση συμπεριφέρεται σαν απαγωγέας κεραυνών. Βλέποντας τις γεωμετρικές του διαστάσεις και τη θέση πτήσης, αναμένεται να βραχυκυκλώνει μεγαλύτερο μέρος της οριζόντιας συνιστώσας του ηλεκτρικού πεδίου από ότι της καθέτου συνιστώσας. Σ αυτές τις συνθήκες και εφ όσον τα μεγέθη των σημειακών εκφορτίσεων αυξάνονται απότομα με την ταχύτητα του αέρα, το αεροσκάφος πιθανόν να αναπτύξει επιμέρους έντονες διασπάσεις κορόνα στα άκρα του και αυτές μπορούν να γίνουν τόσο ισχυρές, ώστε να προκαλέσουν εκφόρτιση κεραυνού με τον ίδιο τρόπο όπως ένα ψηλό κτήριο (σχήμα 2.11) Σχήμα 2.11 : Η συμπεριφορά ενός αεροσκάφους κάτω από ένα φορτισμένο σύννεφο. [1] 33

34 Εναλλακτικά, ένα οχετός κεραυνού μπορεί στη πορεία του να πλησιάζει ένα αεροσκάφος και να προσελκυσθεί από αυτό. Οποιοσδήποτε μηχανισμός και να εφαρμόζεται, το ρεύμα του κεραυνού εισέρχεται από το ένα άκρο του σκάφους και εξέρχεται από το άλλο, αν και υποθέτοντας ότι ένα αεροπλάνο που πετάει με 500mph καλύπτει 220m/s, τα σημεία αγωγής σαρώνουν τμήμα της επιφάνειας του αεροπλάνου. Αυτό τυχαία γίνεται αντιληπτό από μία σειρά κοίλων σημαδιών κατά μήκος της ατράκτου. Στο σχήμα 2.12 μπορούμε να δούμε τις περιοχές τις επιφάνειας του αεροσκάφους που υπάρχει πιθανότητα να πληγούν και τη μορφή του πλήγματος. Σχήμα 2.12 : Περιοχές με πιθανότητα να πληγούν, βάσει πειραματικών αποτελεσμάτων. 1Α: περιοχή με μικρή πιθανότητα να προσελκύσουν τα πλήγματα. 2Α: περιοχή με μικρή πιθανότητα να παρατηρηθεί σάρωση των σημείων αγωγής. 1Β, 2Β: περιοχή με μεγάλη πιθανότητα να συμβούν οι παραπάνω περιπτώσεις. [1] Η μύτη και η ουρά του αεροσκάφους είναι τα σημεία που πιθανόν να πληγούν περισσότερο ενώ η πιθανότητα να πληγούν τα άκρα των πτερυγίων εξαρτάται πολύ από τον λόγο του ανοίγματος των φτερών προς το μήκος της ατράκτου. Όσο το μήκος του αεροπλάνου αυξάνεται και τα πτερύγια μετατοπίζονται προς τα πίσω ή παίρνουν μορφή δέλτα, η ένταση των πληγμάτων στη μύτη και στην ουρά πιθανόν να αυξηθεί. Οι επιβάτες ενός αεροσκάφους εξ ολοκλήρου μεταλλικού, πρακτικά είναι απρόσβλητοι από οποιοδήποτε ηλεκτρικό σφάλμα. Στις περισσότερες περιπτώσεις αυτοί αγνοούν ότι το αεροσκάφος τους έχει πληγεί ενώ ο πιλότος μπορεί στιγμιαία να τυφλωθεί αν το πλήγμα έρθει 46 σε επαφή με το θάλαμο πλοήγησης. Επίσης έχει διαπιστωθεί, ότι τα πλήγματα σ' οποιοδήποτε τμήμα του αεροσκάφους δεν έχουν καμία φυσιολογική επίδραση στο πλήρωμα. 34

35 Ο πιλότος ενός ξύλινου ή ενός ανεμοπλάνου βρίσκεται σε μεγαλύτερο κίνδυνο. Τέτοια αεροσκάφη μπορεί να καταστραφούν με μηχανική ζημιά στο σκελετό. Ο πιο σοβαρός κίνδυνος υπάρχει σε ένα ανεμοπλάνο το οποίο ανυψώνεται με τη βοήθεια ενός χαλύβδινου σύρματος που είναι συνδεδεμένο σε ένα κινητήρα αυτοκινήτου. Το χαλύβδινο σύρμα αποτελεί ένα πολύ μεγάλο απαγωγέα κεραυνών που πιθανόν να προσελκύσει ένα κεραυνό. Το ίδιο μπορεί να συμβεί και με τα ελικόπτερα τη στιγμή που κατεβάζουν διάφορα φορτία, αν τύχει από κάτω να υπάρχει γραμμή μεταφοράς ή μια ψηλή χαλύβδινή δοκός. [1] 2.6 Επιπτώσεις στα δέντρα Η μεγάλη διάρκεια ουράς του ρεύματος σε ένα μοναδικό πλήγμα είναι εκείνη που είναι υπεύθυνη για την ανάφλεξη εύφλεκτων υλικών. Έχει εξακριβωθεί ότι στις 16 εκκενώσεις κεραυνών οι οποίες μπόρεσαν να καταγραφούν οι 11 που προκάλεσαν πυρκαγιές σε δάση στην δυτική Montana, U.S.A είχαν ρεύματα διάρκειας ουράς περισσότερο από 40 ms. Παρ όλα αυτά η παραπάνω πιθανότητα δεν μπορεί να ληφθεί σαν κανόνας, επειδή υλικά του δάσους (ξερά φυτά, εδαφοκάλυμμα κ.λπ.) μπορούν να αναφλεγούν με όχι απαραίτητα τόση μεγάλη διάρκεια ουράς του ρεύματος. Δοκιμές κρουστικών διασπάσεων σε δείγματα με μήκη από 0,5 μέχρι 2m από πολλά είδη δέντρων έδειξαν ότι η αντοχή σε κρουστική τάση μειώνεται από kv/m σε kv/m αν συμβεί διάσπαση μετά από 20 με 55μs. Η εσωτερική αντοχή σε διάσπαση των δέντρων είναι έτσι μικρότερη από ένα διάκενο αέρα ίδιου μήκους. Μετρήσεις αντίστασης έγιναν σε μεγάλη ποικιλία δέντρων. Τέτοιες μετρήσεις έδειξαν ότι στρώμα υγρασίας στην επιφάνεια του δείγματος δεν επηρεάζει αξιοσημείωτα την αντίσταση. Επίσης η επιφανειακή αντίσταση είναι υψηλή σχετικά με την αντίσταση του ξύλου κάτω από το φλοιό. Οι ζημιές που παθαίνουν τα δέντρα εξαρτώνται κυρίως από τη μορφή του φλοιού. Δέντρα με λείο φλοιό, σπανίως παθαίνουν σοβαρές ζημιές και συνήθως λεπτά φύλλα του φλοιού δακρύζουν. Αυτό αποδεικνύει ότι το περισσότερο ρεύμα του κεραυνού εκφορτίζεται σε ένα τμήμα της διατομής της εξωτερικής επιφάνειας του κορμού. Αντίθετα, δέντρα με ανώμαλο φλοιό, όπως τα κωνοφόρα συνήθως παρουσιάζουν ένα ή δύο με τρία στενά αυλάκια, υπό μορφή σπείρας, κατά μήκος του κορμού, τα οποία φτάνουν μέχρι τα πιο έξω στρώματα του εσωτερικού του κορμού. Αυτές οι μεγάλες σχισμές φλοιού, σε εξαιρετικές περιπτώσεις μπορούν να πεταχτούν σε αρκετή απόσταση. Με τον μηχανισμό του πλήγματος σε ένα δέντρο που περιγράφηκε παραπάνω, μπορεί να υποτεθεί ότι το ρεύμα κεραυνού που διαχέεται σ ένα δέντρο με ανώμαλο φλοιό πρώτα ακολουθεί την διεύθυνση των ινών του ξύλου της καμπύλης περιοχής, μέσα σε μερικά μs, με εξωτερικό σπινθηρισμό. Τα υπό μορφής σπείρας αυλάκια εξαρτώνται από τις διαφορετικές ειδικές αντιστάσεις του φλοιού και την ηλεκτρομαγνητική έλξη μεταξύ εσωτερικών και εξωτερικών ρευμάτων. Ωστόσο αυτός ο υποθετικός μηχανισμός χρειάζεται διευκρίνηση. Εκείνο που μπορεί να ειπωθεί με βεβαιότητα είναι ότι εκείνο που είναι ευρέως διαδεδομένο, ότι δηλαδή οι ζημιές που προκαλούνται σε ένα δέντρο οφείλονται στην απότομη εξάτμιση της υγρασίας που υπάρχει μεταξύ του εξωτερικού φλοιού και του εσωτερικού κορμού, είναι αβάσιμο. [1] 35

36 Σχήμα 2.13: Δέντρο το οποίο έχει πληγεί από κεραυνό. 36

37 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΠΛΗΓΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΟ ΠΑΓΚΟΣΜΙΩΣ Στο συγκεκριμένο κεφάλαιο παρουσιάζονται αναλυτικά τα δεδομένα σχετικά με τα πλήγματα κεραυνών παγκοσμίως για το έτος Η επεξεργασία που έχει γίνει αναλύει τα περιστατικά ανά ήπειρο (έγκυρες πληροφορίες βρέθηκαν για τις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής μόνο). Επίσης να σημειωθεί πως η Ανταρκτική συμπεριλαμβάνεται κανονικά στα διαγράμματα αν και δεν έχει βρεθεί κανένα συμβάν. Για χάρη της αξιοπιστίας της έρευνάς μας τα στοιχεία που προσκομίσθηκαν προέρχονται από ηλεκτρονικές εφημερίδες και διαδικτυακές πύλες ενημέρωσης. Οι αναφορές είναι διασταυρωμένες και έγκυρες και περιέχουν όλες τις απαραίτητες λεπτομέρειες σχετικά με την τοποθεσία, την ημερομηνία και τις συνθήκες κάτω από τις οποίες έλαβαν χώρα τα συμβάντα. 3.1 Στατιστική ανάλυση των θανάτων εξαιτίας κεραυνών Με βάση τα δεδομένα που συλλέχθηκαν το εξεταζόμενο έτος προέκυψε το διάγραμμα της εικόνας 1 όπου φαίνεται ο αριθμός των θανάτων που οφείλονται σε κεραυνό ανά ήπειρο για το έτος Από ό,τι φαίνεται το μεγαλύτερο αριθμό θανάτων είχαμε στην Ασία, με 52 θανάτους. Ακολουθούν η Ευρώπη με 45 και οι Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής με 39 αποθανόντες. Ο συνολικός αριθμός θανάτων ανέρχεται σε 158. Εικόνα 3: Διάγραμμα κατανομής θανάτων παγκοσμίως για το 2016 ανά ήπειρο. Στην εικόνα 2 παρουσιάζεται η ανά μήνα κατανομή των θυμάτων από πλήγμα κεραυνού για το έτος Παρατηρούμε ότι οι περισσότεροι θάνατοι έχουν σημειωθεί τον μήνα Απρίλιο με 32 αποθανόντες. Ακολουθεί ο Ιούλιος με 27 και ο Αύγουστος και Φεβρουάριος με ίσο αριθμό θανάτων, δηλαδή

38 Εικόνα 4: Διάγραμμα κατανομής θανάτων παγκοσμίως ανά μήνα για το Σχετικός συντελεστής θανάτου από κεραυνό, Dr Ο συντελεστής αυτός καλείται αλλιώς και συντελεστής θνησιμότητας και χρησιμοποιείται για τη σύγκριση των θανάτων από κεραυνό ανάμεσα σε διαφορετικές χώρες ή μικρότερες γεωγραφικές περιοχές. Αυτός ο συντελεστής εκφράζει το σχετικό αριθμό θανάτων εξαιτίας κεραυνού σε μία χώρα ή επαρχία, λαμβάνοντας υπόψη τον πληθυσμό, την έκταση και τη μέση δραστηριότητα κεραυνού,ng. Με αυτόν τον τρόπο εξασφαλίζουμε πιο αξιόπιστα αποτελέσματα στη σύγκρισή μας από το να συγκρίναμε μόνο το μέσο όρο θανάτων ή λαμβάνοντας υπόψη μόνο ως παράμετρο τον πληθυσμό της εκάστοτε περιοχής. Ο τύπος για το σχετικό συντελεστή θανάτου από κεραυνό είναι αυτός που ακολουθεί: (3.1) Όπου: Dr: ο σχετικός συντελεστής θανάτου από κεραυνό di: ο αριθμός θανάτων από κεραυνό το έτος i Pi: ο πληθυσμός της χώρας ή της επαρχίας κατά το έτος i A: η έκταση της χώρας ή της επαρχίας σε km 2 n: ο αριθμός των χρόνων που λήφθηκαν υπόψη Ng: οι κεραυνοί ανά km 2 το χρόνο Με αυτόν το συντελεστή, η σύγκριση μεταξύ δύο χωρών ή περιοχών μπορεί να υλοποιηθεί σε μια ισότιμη βάση και μπορούν να αντληθούν σχετιζόμενες παρατηρήσεις και συμπεράσματα. Η αξιοπιστία αυτού του συντελεστή αυξάνει όσο αυξάνει το εξεταζόμενο διάστημα, δηλαδή ο αριθμός n. Παρόλα αυτά ο συντελεστής θνησιμότητας μπορεί να είναι ένα κριτήριο για την αποτελεσματικότητα των μέτρων προστασίας από κεραυνούς καθώς και για τα αποτελέσματα των ενημερωτικών και εκπαιδευτικών εκστρατειών σχετικά με τα μέτρα προστασίας ενάντια στον κίνδυνο 38

39 των κεραυνών. Βασικό μέλημα των υπεύθυνων αρχών πρέπει ναι είναι η μείωση αυτού του συντελεστή. Η παρούσα στατιστική ανάλυση όμως αφορά το έτος 2016 αποκλειστικά, άρα θα υπολογιστεί ο σχετικός συντελεστή θανάτου από κεραυνό κάθε ηπείρου σε ετήσια βάση, που μπορεί να προσφέρει ενδιαφέρουσες πληροφορίες για το συγκεκριμένο χρόνο. Ο τύπος για τον υπολογισμό του ετήσιου συντελεστή θα πρέπει να έχει στον παρονομαστή την πυκνότητα των κεραυνών όπως ακριβώς καταγράφεται (ή προσδιορίζεται από τον τύπο του Eriksson[4]) κατά τη διάρκεια του υπό διερεύνηση έτους. (3.2) Όπου: Dri: ο σχετικός συντελεστής θανάτου από κεραυνό το έτος i di: ο αριθμός θανάτων από κεραυνό το έτος i Pi: ο πληθυσμός της χώρας ή της επαρχίας κατά το έτος i A: η έκταση της χώρας ή της επαρχίας σε km 2 Ng: οι κεραυνοί ανά km 2 το χρόνο Ο υπολογισμός αυτού του συντελεστή για κάθε ήπειρο και έτος, προσφέρει ενδιαφέρουσες πληροφορίες για μια χρονική περίοδο και επιπλέον αποτελεί κριτήριο αποτελεσματικότητας των μέτρων για την προστασία από κεραυνούς και την ευαισθητοποίηση πάνω σε αυτό το θέμα για τα τελευταία χρόνια. Ο παρακάτω Xάρτης 1 βασίζεται σε στοιχεία που έχουν συλλεχθεί κατά τα έτη 1998 εως 2013 από τη NASA και με βάση αυτόν υπολογίστηκε προσσεγγιστικά ο αριθμός Ng κεραυνών ανά km 2 το χρόνο. Oι γκρι περιοχές είναι αυτές με τα λιγότερα χτυπήματα κεραυνών, ενώ οι μωβ αυτές με τα περισσότερα. 39

40 Χάρτης 1: Lightning Flash Rate (flashes per km 2 per year). Ακολουθεί ο Πίνακας 3.1 όπου φαίνονται συγκεντρωτικά όλα τα απαραίτητα στοιχεία για τον υπολογισμό του συντελεστή Dri για τις 6 ηπείρους. Να τονιστεί πως με την Αμερική εννοούνται οι Ηνωμένες Πολιτείες. Τα στοιχεία αντλήθηκαν από το Wikipedia αλλά και από τον διαδικτυακό τόπο di Pi A (km 2 ) Ng Dri ΕΥΡΩΠΗ ,849,000 22,121, ΗΝΩΜΕΝΕΣ ΠΟΛΙΤΕΙΕΣ ΤΗΣ ΑΜΕΡΙΚΗΣ ,118,787 9,155, ΑΣΙΑ 52 4,436,224,000 31,022, ΑΦΡΙΚΗ 21 1,216,130,000 29,661, ΑΥΣΤΡΑΛΙΑ 1 39,901,000 7,596, ΑΝΤΑΡΚΤΙΚΗ 0 4,490 14,000, Πίνακας 3.1: Συγκεντρωτικά στοιχεία για τον υπολογισμό του Dri. 40

41 3.2 Στατιστική ανάλυση των τραυματισμών εξαιτίας κεραυνών Με βάση τα δεδομένα που συλλέχθηκαν το εξεταζόμενο έτος προέκυψε το διάγραμμα της εικόνας 3 όπου φαίνεται ο αριθμός των τραυματισμών που οφείλονται σε κεραυνό για το έτος Ο συνολικός αριθμός τραυματιών από κεραυνό παγκοσμίως είναι 447. Από ό,τι φαίνεται το μεγαλύτερο αριθμό τραυματισμών είχαμε στην Ευρώπη με 156 τραυματισμούς. Ακολουθούν οι Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής με 121 και η Ασία με 100 τραυματισμούς αντίστοιχα. Εικόνα 5: Διάγραμμα κατανομής τραυματισμών παγκοσμίως για το Στην εικόνα 4 παρουσιάζεται η ανά μήνα κατανομή των τραυματιών από πλήγμα κεραυνού για το έτος Από ό,τι φαίνεται τη μεγαλύτερη συγκέντρωση σε τραυματίες έχει ο Ιούλιος με 89 ατυχήματα, ακολουθούν ο Μάιος με 73 και ο Φεβρουάριος με 68 ατυχήματα αντίστοιχα, ενώ τον Νοέμβριο δεν έχει σημειωθεί κανένα περιστατικό. 41

42 Εικόνα 6: Διάγραμμα κατανομής τραυματισμών παγκοσμίως ανά μήνα για το Στατιστική ανάλυση των θανάτων ζώων εξαιτίας κεραυνών Με βάση τα δεδομένα που συλλέχθηκαν το εξεταζόμενο έτος προέκυψε το διάγραμμα της εικόνας 5 όπου φαίνεται ο αριθμός των θανάτων ζώων που οφείλονται σε κεραυνό για το έτος Από όσο παρατηρούμε τα περισσότερα συμβάντα παρουσιάστηκαν στην Ευρώπη, με 519 θανάτους ζώων, ενώ στην Ασία και στις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής καταγράφηκαν 187 και 75 συμβάντα αντίστοιχα. Για την Αυστραλία δεν βρέθηκε κανένα κατεγραμμένο περιστατικό για το Ο συνολικός αριθμός θανάτων ζώων είναι 801 παγκοσμίως για το Εικόνα 7: Διάγραμμα κατανομής θανάτων ζώων παγκοσμίως για το Στην εικόνα 6 παρουσιάζεται η ανά μήνα κατανομή των θανάτων ζώων από πλήγμα κεραυνού για το έτος Παρατηρούμε πως το μήνα Αύγουστο έχουν πεθάνει 426 ζώα και άλλα 172 το μήνα 42

43 Ιούνιο. Παρατηρούμε μια αύξηση των συμβάντων από τον Απρίλιο και έπειτα και πτώση μετά τον Σεπτέμβριο. Εικόνα 8: Διάγραμμα κατανομής θανάτων ζώων παγκοσμίως ανά μήνα για το

44 3.4 Στατιστική ανάλυση των πυρκαγιών εξαιτίας κεραυνών Με βάση τα δεδομένα που συλλέχθηκαν το εξεταζόμενο έτος προέκυψε το διάγραμμα της εικόνας 7 όπου φαίνεται ο αριθμός των πυρκαγιών που οφείλονται σε κεραυνό για το έτος Από όσο παρατηρούμε ο μεγαλύτερος αριθμό πυρκαγιών εμφανίστηκε στην Ευρώπη με 130 πυρκαγιές και ακολουθούν οι Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής με 62 πυρκαγιές αντίστοιχα. Εικόνα 9: Διάγραμμα κατανομής πυρκαγιών ανά ήπειρο για το Στην εικόνα 8 παρουσιάζεται η ανά μήνα κατανομή πυρκαγιών από πλήγμα κεραυνού παγκοσμίως για το έτος Παρατηρούμε πως τα περισσότερα συμβάντα έλαβαν χώρα την περίοδο από τον Μάιο έως το Αύγουστο, με χειρότερο μήνα τον Ιούλιο με 79 πυρκαγιές. Εικόνα 10: Διάγραμμα κατανομής πυρκαγιών ανά μήνα παγκοσμίως για το

45 3.5 Στατιστική ανάλυση των πληγέντων εγκαταστάσεων εξαιτίας κεραυνών Με βάση τα δεδομένα που συλλέχθηκαν τo εξεταζόμενη έτος προέκυψε διάγραμμα της εικόνας όπου φαίνεται ο αριθμός των πληγέντων εγκαταστάσεων που οφείλονται σε κεραυνό για το έτος Από ότι φαίνεται οι περισσότερες εγκαταστάσεις επλήγησαν στην Ευρώπη και συγκεκριμένα 48 στον αριθμό, ενώ 15 επλήγησαν στις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής. Εικόνα 11: Διάγραμμα κατανομής πληγέντων εγκαταστάσεων ανά ήπειρο για το Στην εικόνα 8 παρουσιάζεται η ανά μήνα κατανομή πληγέντων εγκαταστάσεων από πλήγμα κεραυνού για το έτος Παρατηρούμε πως την άνοιξη και το καλοκαιρι, δηλαδή από Απρίλιο εως Σεπτέμβριο, έχουμε τα περισσότερα κρούσματα με αποκορύφωμα τον Ιούλιο με 19 συμβάντα. Τέλος, παρατηρούμε ελάχιστα περιστατικά τους μήνες Ιανουάριο, Φεβρουάριο, Μάρτιο, καθώς και Οκτώβριο, Νοέμβριο και Δεκέμβριο. Εικόνα 12: Διάγραμμα κατανομής πληγέντων εγκαταστάσεων παγκοσμίως ανά μήνα για το

46 3.6 Στατιστική ανάλυση των πληγέντων κτηρίων εξαιτίας κεραυνών Με βάση τα δεδομένα που συλλέχθηκαν τo εξεταζόμενo έτος προέκυψε το διάγραμμα της εικόνας 11 όπου φαίνεται ο αριθμός των πληγέντων κτηρίων που οφείλονται σε κεραυνό παγκοσμίως για το έτος Πρέπει να τονιστεί εδώ ότι ήταν πολύ δύσκολη η εύρεση στοιχείων για την Ασία, την Αφρική και την Αυστραλία γι αυτό και τα οι παρακάτω εικόνες ουσιαστικά απεικονίζουν μόνο στοιχεία για την Ευρώπη και τις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής. Από όσο παρατηρούμε, τα περισσότερα κτήρια επλήγησαν στην Ευρώπη με 373 συμβάντα και έπειτα στις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής με 313 αντίστοιχα. Εικόνα 13: Διάγραμμα κατανομής πληγέντων κτηρίων παγκοσμίως για το Στην εικόνα 12 φαίνεται το διάγραμμα που απεικονίζει τον αριθμό των πληγέντων κτηρίων που οφείλονται σε κεραυνό παγκοσμίως ανά μήνα για το έτος Το αποκορύφωμα είναι και πάλι τον Ιούλιο με 201 περιστατικά. Εικόνα 14: Διάγραμμα κατανομής πληγέντων κτηρίων παγκοσμίως ανά μήνα για το