Grad – śmiercionośna broń z nieba?
Gradobicie to jedno z bardziej destrukcyjnych zjawisk pogodowych. Boją się go zwłaszcza ogrodnicy i właściciele samochodów, ale potrafi wyrządzić o wiele więcej szkód. Wielkość lodowych kuli może być faktycznie szokująca – w oficjalnej nomenklaturze meteorologicznej stosuje się nawet porównania do grejpfrutów! Jakie warunki muszą zostać spełnione, aby z nieba spadł tak olbrzymi grad?
Grad bywa mylony z ziarnami lodowymi. Te ostatnie to nic innego jak lodowy deszcz, czyli krople wody, które zamarzły podczas opadania na ziemię. Są niewielkie (do 5 mm) i transparentne, czym odróżniają się od krupy, czyli kulek śniegowych o białym kolorze i średnicy również nieprzekraczającej 0,5 cm. W odróżnieniu od nich grad to właśnie zlodowaciały opad w rozmiarze większym niż 5 mm.
Jak powstaje grad?
Aby z nieba zaczęły spadać zlodowaciałe kule musi zajść kilka warunków jednocześnie. Po pierwsze, potrzebujemy burzy z piorunami, w czasie której na niebie zalegają chmury nazywane cumulonimbusami. To właśnie burza wznosi krople deszczu wysoko w głąb atmosfery, gdzie niskie temperatury zmieniają je w lodowe kuleczki. Ich rozmiar wciąż jest jednak zbyt mały, aby zasłużyć na miano gradu.
Najważniejsza część procesu odbywa się w chmurze, która musi zawierać w sobie dużą liczbę bardzo zimnych kropli wody – o temperaturze poniżej 0°C. Jak to możliwe, że pozostają one w stanie ciekłym? Aby przejść w stan stały potrzebują jakieś fizycznej masy, na której mogłyby zamarznąć. Tym pożądanym elementem są właśnie uformowane wyżej kulki lodu, które zderzają się z marznącymi kroplami wody, tworząc większe lodowe twory. Od prędkości domarzania tych nowych warstw zależy, czy grad będzie przeźroczysty czy zamglony, z pęcherzykami powietrza uwięzionymi w środku.
W czasie burzy silny wiatr nieustannie podbija kulki lodu w chmurze, sprawiając, że nabierają one kolejnych lodowych warstw. Niektóre z nich mogą być transparentne, inne nie. To właśnie od warunków panujących w chmurze, temperatury oraz siły i kierunku wiatru zależy jaki grad się uformuje. W pewnej chwili będzie on jednak zbyt ciężki, aby utrzymać w powietrzu i zacznie opadać na ziemię.
Opady gradu
Dzięki grawitacji lodowe kulki zaczynają spadać na nasze ulice, trawniki i auta. Te mniejsze i lżejsze niesione horyzontalnym wiatrem mogą opadać pod różnym kątem, często daleko od miejsca, gdzie powstały. Te cięższe spadają prosto w dół, prostopadle do powierzchni ziemi.
Prędkość spadania zależy od wielkości gradowych kuli, ich tarcia z powietrzem, warunków wiatrowych, ale także tempa, w jakim topnieją, a więc temperatury powietrza. Naukowcy na bazie eksperymentów ze sztucznym gradem określili, że kulki o średnicy do 2,5 cm opadają zwykle z prędkością 4-11 m/s. Prędkość tych większych może jednak sięgać 18 m/s, a w przypadku wyjątkowo intensywnych burz superkomórkowych nawet 32 m/s.
Z lotu ptaka ewidentne jest, że grad opada smugami, które wynikają z faktu, że burza nieustannie się przesuwa. Mogą one mieć różną wielkość, a te największe sięgają nawet 15 km na szerokość i 160 km na długość. Burza może produkować mniej dużych kul lodowych lub więcej małych – te ostatnie tworzą czasami zaspy o wysokości kilkudziesięciu centymetrów. Dla rozróżnienia wielkości gradu w meteorologii stosuje się porównania do rzeczywistych przedmiotów, które pozwalają ludziom łatwiej uzmysłowić sobie skalę zagrożenia.
I tak najmniejsze kule lodowe spadające z nieba porównuje się do ziaren grochu i monet. Te większe reprezentowane są przez piłeczki ping-pongowe, piłki do golfa lub piłki do tenisa. Ale zmrożone opady mogą tworzyć jeszcze większe bryłki porównywane do piłki do wspomnianych już wyżej grejpfrutów lub piłki do softballu. Te ostatnie mają średnicę powyżej 11 cm i mogą spadać z prędkością nawet 166 km/h. Największy rozmiar gradu odnoszony jest do płyt CD.
Jakie są ziemskie rekordy w tym zakresie? Największa gradowa kula jak dotąd zarejestrowana spadła lipcu 2010 r. w amerykańskim stanie Dakota i miała średnicę 20 cm. Najcięższa ważyła natomiast nieco ponad 1 kg i spadła w 1986 r. w Bangladeszu.
Gdzie i kiedy można spodziewać się gradu?
Największe prawdopodobieństwo występowania burz z gradobiciem obserwuje się na obu półkulach między 23 a 66 równoleżnikiem, a więc z strefie klimatu umiarkowanego. Wynika to z faktu, że w tych właśnie strefach ujemne temperatury powietrza obserwowane są na wysokości poniżej 3400 m n.p.m. Warunkiem sprzyjającym są również kontynentalne ruchy suchego powietrza, które ograniczają poziom zamarzania w chmurach i zwiększają potencjał rozwoju lodowych kulek. W zimniejszych strefach podbiegunowych temperatury są już z kolei zbyt niskie, aby super zimne krople wody mogły pozostawać zawieszone w chmurze.
Na północnej półkuli gradobicie obserwowane bywa między kwietniem a wrześniem, na południowej między wrześniem a lutym. Pod względem geograficznym największe natężenie burz z gradem jest typowe dla Indii, Chin, środkowej Europy, południowej Australii oraz stanów Kolorado, Nebraska i Wyoming w USA. W tym ostatnim w ramach jednego sezonu obserwuje się nawet 9-10 burz gradowych. W Europie szczególne ryzyko dotyczy północnej Francji i Włoch, południowych Niemiec oraz krajów Beneluksu.
Warto dodać, że klasyczne gradobicie trwa od kilku do najwyżej 15 minut. Jedynie w sporadycznych wypadkach opady są dłuższe.
Szkody powodowane przez grad
Łatwo się domyśleć, że lodowe kule wielkości piłek golfowych spadające z nieba z olbrzymią prędkością są w stanie spowodować ogromne szkody fizyczne. Obserwuje się je w szczególności na samochodach, samolotach oraz wszystkich szklanych strukturach – od okien i świetlików w domach po szklarnie. Wyjątkowo silne burze gradowe mogą też nadwyrężać strukturę budynków, np. odrywając boczne okładziny.
Intensywne lodowe opady są oczywiście również zagrożeniem dla istot żyjących i mogą powodować poważne urazy a nawet śmierć zwierząt i ludzi. Spadające na powierzchnię szosy lodowe kulki pogarszają dodatkowo bezpieczeństwo jazdy i bywają przyczyną wypadków drogowych. Ponieważ grad pojawia się w sezonie letnim samochody bez opon zimowych mogą mieć problem z utrzymaniem się na pokrytym lodem asfalcie. Grad na lotnisku z kolei poważnie utrudnia lądowanie, nie mówiąc o tym, że zmarzłe opady o średnicy powyżej 13 mm są w stanie w ciągu kilku sekund uszkodzić samolot.
Gradobicie bywa też katastrofalne w skutkach dla upraw. Pszenica, kukurydza, soja i tytoń szczególnie łatwo poddają się sile spadających lodowych kul. Straty finansowe z tego powodu bywają zasadnicze. Uszkodzona zostaje często również infrastruktura, zwłaszcza sieci energetyczne. W USA co roku koszty związane z opadami gradu sięgają ok. 1 miliarda dolarów. Kolejnych 8-14 miliardów jest wypłacanych w odszkodowaniach.
Historia burz gradowych
Ze źródeł historycznych wiemy, że w IX w. Indie nawiedziło gradobicie, które zabiło od 200 do 600 nomadów. Opad wielkości piłek do krykieta łatwo powoduje śmiertelne urazy głowy i wstrząsy mózgu. W 1360 r. we Francji, pod Chartres, setki brytyjskich wojaków poległy nie z rąk nieprzyjaciela, ale lodowych kul spadających z nieba. Z kolei w 1888 r., ponownie w Indiach grad wielkości pomarańczy uśmiercił 246 osób i 1600 zwierząt hodowlanych.
Współczesne burze gradowe na szczęście nie są tak śmiertelne w skutkach, ponieważ większość ludzi jest w stanie się na czas schronić. Bywają jednak kosztowne – w 1990 r. pojedyncza burza w Denver spowodowała szkody w wysokości 625 mln dolarów. Pięć lat później w Teksasie 400 ludzi doznało urazów wskutek gradobicia, które nawiedziło festiwal – 60 z nich poddano hospitalizacji. W czerwcu 2015 r. w Kolorado grad padał przez 1,5 godziny generując zaspy o wysokości ponad 120 cm – potrzeba były 30 ciężarówek, aby jej wywieźć. W ciągu ostatniego stulecia w USA zanotowano też kilka zgonów z powodu gradu, niestety, większość dotyczyła małych dzieci.
Ciekawostka: Po II wojnie światowej w ZZSR próbowano przeciwdziałać niszczącym gradobiciom strzelając w chmury pociskami z jodkiem srebra. W drugiej połowie XX w. różne próby prewencji podejmowano też w kilkunastu innych krajach. Rezultaty nie są przekonywujące.
Grad a zmiany klimatyczne – czego możemy oczekiwać?
Ekolodzy zgodnie ostrzegają, że wraz ze zmianą klimatu ekstremalne zjawiska pogodowe mogą ulec nasileniu. Czy będzie to dotyczyło również gradobicia, trudno jest na tym etapie odpowiedzieć. Trendy zaobserwowane w ciągu ostatnich 50 lat nie są jednoznaczne.
Wydaje się jednak, że burze z gradem przybierają na sile – takie obserwacje poczyniono przede wszystkim we Włoszech i Stanach Zjednoczonych. Sugeruje się też, że w związku ociepleniem klimatu sezon na grad może ulec wydłużeniu. Z drugiej jednak strony, podwyższona temperatura w wyższych warstwach atmosfery może przeciwdziałać tworzeniu się lodowych kul, a raczej sprzyjać ich tajeniu. Tylko czas więc pokaże w jakiś sposób grad doświadczy przyszłe pokolenia.
Ekologia.pl (Agata Pavlinec)
