Hãy tưởng tượng bạn đang ở dưới bầu trời đầy mây giông, tiếng sấm rền rĩ báo hiệu một sức mạnh khủng khiếp sắp sửa bùng nổ. Mỗi năm, Hoa Kỳ ước tính phải hứng chịu khoảng 25 triệu tia sét - mỗi tia đủ mạnh để gây ra cháy rừng, làm gãy cây và gây ra những vụ điện giật chết người chỉ trong vài giây.

Mặc dù số ca tử vong đã giảm trong 30 năm qua, sét vẫn là một trong những sát thủ thời tiết hàng đầu, gây thương tích cho hàng ngàn người do đánh giá sai phạm vi và tốc độ của nó. Khám phá khoa học đằng sau những "gã khổng lồ" điện này sẽ trang bị cho những người theo dõi bão kiến thức cứu sinh, biến nỗi sợ hãi thành sự tôn trọng và dẫn dắt hành động khi bầu trời bùng nổ.

Sự hình thành

Giông bão bùng phát khi luồng không khí ẩm ướt, được mặt trời làm nóng bốc lên trời, nguội đi nhanh chóng để tạo thành những đám mây tích cao ngất ngưởng, có thể trải dài hàng chục km. Khi những đám mây này nổi lên, đỉnh mây hình đe xuất hiện, báo hiệu một cơn bão trưởng thành có khả năng gây mưa lớn, mưa đá và hoạt động điện mạnh.

Sự va chạm dữ dội giữa các giọt nước siêu lạnh, tinh thể băng và hạt mưa đá bên trong những khối mây thẳng đứng khổng lồ này tạo ra các vùng chín muồi cho sự phân tách điện tích. Các nhà khí tượng học theo dõi những cấu trúc đang phát triển này để dự đoán sự khởi đầu của bão và nguy cơ sét đánh.

Điện hóa

Bên trong những đám mây dông cao chót vót, các luồng khí bốc lên xô đẩy các tinh thể băng và mưa đá mạnh đến mức các electron bị kéo ra, tạo nên cấu trúc điện tích phân cực. Các tinh thể nhẹ, tích điện dương bay lên đỉnh mây, trong khi những viên mưa đá nặng hơn thu thập điện tích âm ở các vùng thấp hơn, tạo ra điện trường được đo bằng hàng chục triệu vôn trên mét.

Sự phân tách này cũng tạo ra các điện tích trái dấu trên bề mặt Trái Đất, thu hút các ion dương đến các địa hình cao như tháp, cây cối và đường gờ. Khi khả năng cách điện của không khí bị suy giảm dưới điện thế quá lớn, một sự cố điện đột ngột sẽ tạo ra tia sét sáng đầu tiên.

Khởi đầu

Sét thường bắt đầu bằng một tia sét dẫn đầu dạng bậc thang, một kênh điện tích âm hình răng cưa lao xuống dưới với tốc độ cực nhanh trong vài micro giây, tạo thành một đường đi trong không khí ion hóa. Khi tia sét dẫn đầu gần mặt đất, các tia sét mang điện tích dương phun ra từ các vật thể cao hoặc địa hình, tìm cách gặp tia sét và hoàn thành một mạch điện.

Khi tiếp xúc, một luồng phản xạ rực rỡ — làm nóng không khí lên khoảng 30.000°C — phóng lên với tốc độ bằng một phần ba tốc độ ánh sáng, tạo ra tia chớp chói lọi thu hút sự chú ý của người xem. Thông thường, nhiều tia sét đi theo cùng một kênh trong vòng vài mili giây, tạo ra hiệu ứng nhấp nháy ấn tượng.

Các loại

Sét đánh từ mây xuống đất, mặc dù chỉ chiếm khoảng 20% tổng số sét đánh, lại gây ra nguy cơ cao nhất đối với sinh vật ngoài trời do truyền dòng điện cực lớn vào đất hoặc các công trình kiến trúc. Phóng điện trong mây chiếm khoảng 80% số sét đánh, chiếu sáng bên trong đám mây và đôi khi xuất hiện dưới dạng tia sét nhiệt im lặng trên đường chân trời xa xôi.

Sét đánh từ trên trời xanh tạo ra những tia sét trong suốt cách tâm bão hàng km, khiến người quan sát giật mình dưới bầu trời tĩnh lặng. Sét hòn, một quả cầu phát sáng hiếm gặp kéo dài vài giây, vẫn còn là một bí ẩn, có thể liên quan đến hóa học plasma kỳ lạ và các phản ứng trên mặt đất.

Sấm

Sấm nổ ra khi luồng sét làm không khí xung quanh nóng lên dữ dội đến mức giãn nở nhanh hơn âm thanh, tạo ra sóng xung kích mạnh. Mặc dù tia chớp xuất hiện trước sấm do tốc độ 300.000 km/giây của ánh sáng, nhưng tiếng gầm rú có thể lan truyền tới 16 km, dội lại từ địa hình, tạo thành những tiếng rền rĩ.

Việc đếm số giây giữa tia chớp và tiếng sấm cho phép ước tính nhanh khoảng cách—cứ ba giây lại xấp xỉ một km—để cảnh báo người nghe tìm nơi trú ẩn. Các mảng âm thanh độ phân giải cao giúp hiểu rõ hơn về sự lan truyền của sấm qua các tầng khí quyển khác nhau.

Nguy hiểm

Sét đánh gây bỏng nặng, loạn nhịp tim và chấn thương thần kinh, những người sống sót thường phải đối mặt với đau mãn tính, suy giảm trí nhớ và khó khăn trong việc di chuyển. Tại Hoa Kỳ, hàng năm có 20–30 ca tử vong và hàng trăm trường hợp bị thương, thường liên quan đến người đi bộ đường dài, đội cứu hộ và người đi biển không hề hay biết về cơn bão đang đến gần.

Các mối nguy hiểm thứ cấp bao gồm cháy rừng do sét đánh lạc hướng, hư hại kết cấu do cây đổ và xung điện áp cao làm tê liệt hệ thống điện. Ngay cả dòng điện chạy qua đất cũng có thể gây ra những cú giật chết người cho những người ở cách xa điểm va chạm ban đầu vài mét.

An toàn

Tìm nơi trú ẩn trong các tòa nhà kín hoàn toàn với hệ thống dây điện hoặc xe có mái tôn, cửa sổ đóng kín, tránh xa các cánh đồng trống, cây cối đơn độc và các vùng nước. Ở trong nhà ít nhất 30 phút sau tiếng sét cuối cùng, để các vùng tích điện và các rìa bão ẩn di chuyển an toàn.

Ngắt kết nối các thiết bị điện tử để tránh hư hỏng do quá áp, tránh các thiết bị ống nước và hạn chế sử dụng điện thoại có dây, giảm thiểu các đường dẫn điện. Nếu bị mắc kẹt ngoài trời, hãy co người lại như khi bị sét đánh - hai chân khép lại, đầu cúi xuống - để giảm tiếp xúc với mặt đất cho đến khi tìm được nơi trú ẩn thực sự.

Nghiên cứu

Các viện như Phòng thí nghiệm Bão Quốc gia Nghiêm trọng của NOAA và UCAR triển khai các mảng cảm biến VHF dày đặc và radar phân cực kép để lập bản đồ phân bố điện tích trong các đám mây dông đang hoạt động. Camera tốc độ cao và máy dò điện từ cho thấy sự phân nhánh fractal của các tia sét dẫn đầu, nâng cao khả năng dự đoán vị trí tấn công trong điều kiện nhiễu động.

Những tiến bộ trong chụp cắt lớp vi sóng và lập bản đồ trường điện từ vệ tinh hứa hẹn hình ảnh điện hóa bão gần như theo thời gian thực để cảnh báo chính xác hơn. Các cảm biến trường đeo được và ứng dụng điện thoại thông minh mới nổi khai thác dữ liệu điện tích xung quanh để cảnh báo người dùng về nguy cơ tấn công sắp xảy ra chỉ vài giây trước khi sét đánh.

Kết luận

Việc kết hợp kiến thức về sét với bằng chứng và sự cảnh giác sẽ cứu sống nhiều người; việc coi sấm sét là một cảnh báo trực tiếp và tuân thủ các hướng dẫn trú ẩn đã được chứng minh sẽ đảm bảo an toàn. Việc theo dõi khoảng thời gian giữa tia chớp và sấm sét sẽ giúp tinh chỉnh ước tính khoảng cách và đưa ra tín hiệu khi nào cần tìm nơi ẩn náu. Việc kết hợp các công cụ phát hiện tiên tiến và chú ý đến các cảnh báo sẽ biến dữ liệu thô thành hành động bảo vệ cho cộng đồng và cá nhân. Chiến lược an toàn nào sẽ được áp dụng trong cơn bão tiếp theo, và sự hiểu biết này sẽ định hình mỗi tiếng sấm sét nghe được như thế nào?