北マケドニア のスコピエ 南部の農村地帯にあるドルノ・ソニェ 村から見た落雷の様子。1902年にエッフェル塔 に落雷があった。金属製の塔は巨大な避雷針 として機能した。複数の稲妻が写っていることから、これは長時間露光で撮影された写真であることがわかる。 落雷または稲妻は 、 大気 と地上の間で放電が 発生する雷 現象です。ほとんどは積乱雲 で発生し、地上で終わるもので、雲対地(CG)雷と呼ばれます。あまり一般的ではないタイプの落雷である地対雲(GC)雷は、高い地上の物体から発生し、雲にまで達する上向きの雷です。世界中のすべての落雷現象の約25%は、大気と地上の物体の間の落雷です。ほとんどは雲内(IC)雷と雲間(CC)雷で、放電は大気圏上層でのみ発生します。[ 1 ] [ 2 ] 平均的な商用航空機は少なくとも年に1回は落雷を受けますが、現代の工学と設計により、これはめったに問題になりません。航空機が雲の中を移動すること自体が落雷を引き起こすこともあります。[ 3 ]
疫学 落雷は 人間に さまざまな方法で怪我を負わせる可能性がある。 [ 4 ] [ 5 ]
直接 直撃――被爆者は閃光帯の一部となる。膨大なエネルギーが体内を非常に速く通過し、内臓の火傷、臓器損傷、肉や骨の破裂、神経系の損傷を引き起こす。閃光の強さや医療サービスへのアクセス状況によっては、即死に至る場合もあれば、永久的な障害や機能障害を引き起こす場合もある。 接触による感電事故 ― 人が触れている物体(一般的には導体)に衝撃が加わり、帯電する。 側面飛沫 – 主放電経路から「飛び出す」電流の枝が、人を感電させる。 爆風による負傷 – 衝撃波で吹き飛ばされ、鈍的外傷 を受ける(非常に近い場合)、雷鳴 による聴覚障害の 可能性。[ 6 ] 間接的 地電流または「ステップ電位」 – 放電中、地表面の電荷がフラッシュチャネルに向かって急速に進みます。地面はインピーダンスが高いため、電流はより優れた導体、多くの場合人の脚を「選択」し、人体を通過します。ほぼ瞬時の放電速度により、距離に応じて電位差が生じ、1フィートあたり数千ボルトに達することがあります。この現象(雷雨によるトナカイの大量死の報告の原因でもある)は、すべての直撃の影響を合わせたよりも多くの負傷者と死者をもたらします。[ 7 ] EMP (電磁パルス)とは、放電プロセスによって発生する電磁パルスであり、人工ペースメーカーを損傷したり、その他の正常な生物学的プロセスに影響を与えたりする可能性がある。激しい雷雨から200 メートル(650フィート)以内にいる人の網膜に視覚的なアーティファクトが誘発される可能性がある。 [ 8 ] 二次的または結果的 : 近くに落雷が迫っている兆候としては、パチパチという音、髪や皮膚に静電気を感じる、 オゾン の刺激臭、人や物の周りに青いもやが現れる(セントエルモの火 )などが挙げられます。[ 9 ] このような極限状況に陥り、より安全な完全に密閉された空間に避難できなかった人は、「落雷姿勢」を取るように勧められます。これは、「膝と足を近づけて座るかしゃがみ込み、地面との接触点を1点だけにする」姿勢です(座っている場合は足を地面から離し、立っている場合は足を地面につけなければなりません)。[ 9 ]
落雷は人間に重傷を負わせる可能性があり、[ 4 ] 10~30% のケースで致命的であり、生存者の最大 80% が長期的な後遺症を負います。これらの重傷は通常、熱傷によるものではありません。電流は組織を大きく加熱するには短すぎるためです。代わりに、神経や筋肉は高電圧によって細胞膜 に穴が開けられることで直接損傷を受ける可能性があり、このプロセスは電気穿孔 と呼ばれます。[ 5 ] 皮膚に接触している金属物体は、より優れた自然導体であり、優先的な経路であるため、落雷のエネルギーを「集中」させ、溶融または蒸発する金属による火傷など、より深刻な損傷を引き起こす可能性があります。iPod を装着していた落雷被害者が、その結果より深刻な損傷を負ったという事例が少なくとも 2 件報告されています。 [ 10 ]
しかし、落雷時には、電流がチャネルを通って体の周りを流れることで、大きな電磁場やEMPが発生し、神経系 や心臓のペースメーカー 内で電気的過渡現象(サージ) を引き起こし、 正常な動作を阻害する可能性があります。この効果は、外傷を伴わない落雷後に 心停止 や発作が 起こったケースを説明できるかもしれません。また、被害者が直接落雷を受けたのではなく、落雷の終点に非常に近かっただけである可能性も示唆しています。[ 5 ]
1787年、ロンドンで落雷により亡くなった男性を追悼する記念碑 CDCによると、落雷は1分間に約6,000回、つまり1日に800万回以上発生している。[ 11 ] 2008年時点で、世界中で毎年約24万件の「落雷事故」が発生していた。[ 12 ]
米国海洋大気庁 によると、2012年までの20年間で、米国では落雷による死亡者数が年間平均51人となり、洪水 に次いで気象関連の死亡原因として2番目に多かった。[ 13 ] [ 14 ] 米国では、1999年時点で落雷を受けた人の9~10%が死亡しており、[ 15 ] 2010年代の年間平均死亡者数は25人(2017年は16人)であった。[ 16 ] [ 17 ]
米国では2009年から2018年の期間に、平均して年間27人が落雷で死亡しました。[ 18 ] 米国では2012年から2021年の間に、平均して年間23人が落雷で死亡しました。[ 19 ] 一部の人は生涯にわたる脳損傷に苦しんでいます。[ 20 ]
2005年現在、ケニアのキシイ では、毎年約30人が落雷で死亡している。キシイの落雷による死亡率が高いのは、雷雨の頻度が高いことと、この地域の多くの建物が金属製の屋根を持っているためである。[ 21 ] 2013年現在、直撃による死傷者数は報告されている数よりもはるかに多い可能性がある。[ 22 ] 2015年には、オーストラリアでは毎年5人から10人が落雷で死亡し、100人以上が負傷していると報告された。[ 23 ]
2018年には、「直撃による負傷や死亡は全体の3~5%に過ぎず、落雷後に地面に広がる地電流が最大50%を占める…落雷が地面に落ちると地面は強く帯電し、その帯電領域内にいると…」[ 24 ] 落雷による感電を受ける可能性があると報告された。[ 24 ]
2021年の報告書では、「英国では毎年30~60人が落雷に遭い、平均してそのうち3人(5~10%)が死亡している」と記されている。[ 25 ] また、「落雷に遭った人の4人に1人は木の下に避難していた」と推定されている。[ 25 ]
動物への影響 落雷は動物にとって脅威です。落雷は、人間の牧畜や農業で使用される家畜 に対する脅威として最も研究されています。特に、牛 、羊 、馬 などの大型四足動物 は、落雷による電気に対して特に危険です。ごく少数の不運な動物が落雷や側面の閃光に直接打たれますが、より大きな危険があります。それはステップ電位とステップ電圧です。[ 26 ] [ 27 ] 落雷のように大量の電気が地面に流れると、地面との複数の接触点の間にステップ電圧 差が生じる可能性があります。この差により、影響を受けた地面に立っている物体を電流が通過する経路が作られます。人間のような二足歩行動物は 、両足が比較的近いため電圧差が小さくなり、この被害に遭う可能性は低くなります。電流が通過したとしても、脚などの致命的ではない部分を主に通過する可能性があります。四足動物はそれほど幸運ではありません。前脚と後脚の間隔が広いため、急激に流れる電流が片方の脚を通って体中を通り、もう片方の脚から出る経路をたどります。さらに、この電流は人間の場合よりも心臓や神経系の重要な臓器を容易に通過し、死に至らしめます。その結果、地面の電流によって木の近くに集まった家畜が一斉に大量死する可能性があります。木は暑さから日陰を作り、雨から部分的に身を守るため、家畜が近くに集まることでこの状況はさらに悪化します。しかし、木は局所的に高い位置にあるため落雷も引き寄せます。[ 26 ]
同様に、落雷を受けた金属またはワイヤーフェンスも危険です。木の下に避難しない家畜は、嵐から逃れようとするかのように敷地の周辺に集まることがあり、その結果、家畜の群れがフェンスに接触することがあります。これらのリスクを軽減するために、ワイヤーフェンスを使用する農家や牧場主は、フェンスに沿って一定間隔で接地棒 を打ち込むことが推奨されています。そうしないと、落雷がフェンスを伝って家畜に伝わり、フェンスのどの部分に触れても感電死する可能性があります。[ 27 ] また、丘の上の孤立した木には家畜が近づかないようにすることも推奨されています。孤立した木は、神経質な家畜の群れを引き寄せるだけでなく、嵐の際に落雷の危険が最も高い場所となるからです。木製のフェンスなどで抑止することが不可能または望ましくない場合(暑い気候で日陰を作ることを目的とした木など)、危険のある木の近くの地面を砂利や同様の非導電性の絶縁材 で覆うことが推奨されます。さらに保護を強化するために、木の幹に金属線を巻き付け、地表の下を通って木から放射状に広がる垂直線と接続することができます。これは、落雷時に電流をより遠く、より深い地下に導くための低抵抗経路を提供しようとします。[ 28 ]
大型家畜が落雷で死亡した場合、素人目には原因がはっきりとわかるような痕跡は残らない。被害を受けた牛は、単に倒れたように見える。このような明らかな兆候がないことから、農家は家畜の死因を誤って落雷によるものと分類したり、保険金詐欺 の一環として、過失による死亡を落雷による死亡と偽装しようとすることがある。ベルギーで落雷によるものとされた牛の死亡に関するある調査では、落雷によるものとされた死亡のうち、獣医の専門家による分析で確認されたのは約半分に過ぎなかった。[ 27 ] それでも、何を探すべきかを知っている法医学捜査官にとっても、死因を決定的に判断するのは難しい場合がある。[ 27 ]
落雷が野生動物に及ぼす影響は十分に記録されておらず、綿密に追跡もされていないが、既知の事例から判断すると、家畜と同様の理由で野生の四足動物にも危険が及ぶようだ。ノルウェーで発生した大量死事故では、323頭の野生の トナカイが 落雷で死亡した。[ 29 ]
自然への影響
岩石の粉砕 岩盤 内の水が落雷によって急速に加熱されると、結果として生じる蒸気爆発によって岩が崩壊し、巨礫が移動する可能性がある。これは、氷河に覆われたことのない熱帯および亜熱帯の山々の侵食において重要な要因となる可能性がある。落雷の証拠には、不規則な磁場が含まれる。[ 31 ] [ 32 ]
予防と緩和
保護システム 標準的な、先端が尖ったタイプのエアターミナルの例 避雷針 や電荷転送システムなど、数百もの装置が落雷による被害を軽減し、落雷の経路に影響を与えるために使用されている。
避雷針(または避雷装置)は、導体 と接地システムを介して大地に接続された金属の帯または棒で、雷が構造物に落ちた場合に、接地への優先的な経路を提供するために使用されます。これらの製品のクラスは、「フィニアル」または「エアターミナル」と呼ばれることがよくあります。避雷針、または有名な発明者であるベンジャミン・フランクリン にちなんで「フランクリンロッド」と呼ばれるものは、単なる金属の棒であり、過去には時々あったように、避雷システムに接続されていないと、構造物に追加の保護を提供することはありません。他の名称には、「避雷導体」、「避雷器」、「放電器」などがありますが、長年にわたり、これらの名称は、雷保護に関係する他の製品や業界に組み込まれてきました。たとえば、避雷器は、高電圧架空送電線に落雷があったときに爆発して回路を開放し、下流にある高価な変圧器を保護するヒューズリンクを指すことがよくあります。実際には、これは高耐久性サージ保護装置の初期形態でした。金属酸化物で構成された最新の避雷器は、異常に高い電圧サージを安全に接地へ逃がすと同時に、通常のシステム電圧が接地へ短絡するのを防ぐことができる。
監視および警報システム ストロボライト付き雷警報システム 雷予測システム 落雷の正確な場所や発生時期を予測することは依然として不可能です。しかし、場所の状況や環境に対するリスク評価 によって設定されたレベルを超えて落雷の確率が高まると、人々に警告を発する様々な複雑さの製品やシステムが開発されてきました。地上および衛星ベースの観測装置による落雷の検出は、大きな進歩を遂げた分野の一つです。落雷や大気中の閃光は予測できませんが、これらの技術によって記録される情報の詳細度は、過去20年間で飛躍的に向上しました。
雷は一般的に近距離の雷雨と関連付けられるが、雲一つないように見える日にも落雷が発生することがある。このような現象は「青天の霹靂」として知られている。[ 35 ]
雷は振幅変調 (AM)ラジオ信号に周波数変調 (FM)信号よりもはるかに大きな干渉を与えるため、局所的な落雷の強度を簡単に測定できる。[ 36 ]
個人の安全 米国国立雷安全研究所[ 37 ] は、雷雨が発生した際の安全対策をアメリカ国民に計画し、最初の稲妻が見えたり雷鳴が聞こえたりしたらすぐに実行するよう勧めています。これは、一般的に信じられていることとは異なり 、実際に雨が降っていなくても、また頭上に嵐がなくても、雷が落ちる可能性があるため重要です。[ 38 ] [ 39 ] 雷鳴が少しでも聞こえる場合は、落雷の危険性があります。
全米雷安全協会も、落雷までの距離を測る方法としてFB(フラッシュ・トゥ・ブーム)法を推奨しています。落雷の閃光とそれに続く雷鳴はほぼ同時に発生します。しかし、光は 毎秒30万キロメートル、音速のほぼ100万倍の速さで伝わります。音はそれよりも遅い 毎秒約340 メートル(温度によって異なります)の速さで伝わるため、雷鳴が聞こえる前に稲妻の閃光が見えます。落雷と観測者との距離を測る方法として、稲妻の閃光と雷鳴の間の秒数を数える方法があります。そして、それを3で割ってキロメートル単位の距離を求め、5で割ってマイル単位の距離を求めます。FB時間が25秒以下、つまり落雷が8 キロメートルまたは5 マイル以内にある場合は、直ちに落雷対策を講じる必要があります。[ 37 ]
2014年の報告書では、雷雨の際に屋外にいる人が立っているか、しゃがんでいるか、横になっているかは関係なく、雷は地面に沿って伝わる可能性があると示唆されています。この報告書では、頑丈な構造物や乗り物の中にいるのが最も安全であると示唆されています。 [ 40 ] 最も危険な活動には、釣り、ボート、キャンプ、ゴルフなどがあります。[ 40 ] 雷で負傷した人は電気を帯びていないため、救急隊が到着する前に応急処置 を施すために安全に扱うことができます。雷は呼吸を制御する脳幹に影響を与える可能性があります。[ 41 ]
南アジアとアフリカで行われたいくつかの研究によると、これらの地域では落雷の危険性が十分に真剣に受け止められていないことが示唆されている。コロンボ大学 の研究チームは、落雷による死者が出た地域でさえ、将来の嵐に対する予防措置が講じられていないことを発見した。2007年に専門家フォーラムが開催され、落雷に対する意識を高め、落雷防止基準を改善する方法について議論したが、多くの国で避雷針 の設置に関する公式基準がないことに懸念を表明した。[ 42 ]
安全対策
注目すべき出来事
機内 飛行機は、損傷を受けることなく落雷を受けることがよくあり、一般的な民間航空機は少なくとも年に一度は落雷を受けています。[ 3 ] しかし、落雷の影響は深刻な場合もあります。
1963年12月8日:パンアメリカン航空214便が メリーランド州エルクトン郊外で激しい雷雨の中墜落し、 乗客乗員81名全員が死亡した。ボーイング 707-121型機(登録番号N709PA)は、サンフアン発ボルチモア経由フィラデルフィア行きの最終区間を飛行中だった。 1969年11月14日:アポロ 12号ミッション のサターン Vロケットとその電離した排気プルームは、打ち上げから36.5秒後に雷放電の経路の一部となった 。放電は機体の金属製の外皮と骨組みを「貫通」して発生したが、ロケットの可燃性の高い燃料には引火しなかった。 1971年12月24日:LANSA航空508便 (登録番号OB-R-941、ロッキードL-188Aエレクトラ・ターボプロップ機)は、ペルーのリマからプカルパに向かう途中、落雷により燃料タンクに引火し墜落、乗員 6名全員 と乗客86名のうち85名を含む計91名が死亡した。唯一の生存者はジュリアン・ケプケ で、座席にベルトで固定されたままアマゾンの熱帯雨林に3.2km落下したが 奇跡 的に生還し、その後10日間ジャングルを歩き、 地元の漁師に救助された。 2012年11月4日:ケント州ハーンベイ 沖で飛行中の飛行機が爆発したとの報告があった。しかし、実際にはそうではなく、飛行機はフラッシュチャンネルの一部となり、目撃者によると飛行機と周囲の空が鮮やかなピンク色に見えたという。[ 81 ] 2019年5月5日:アエロフロート航空1492便 (スホーイ・スーパージェット100型機)は、機長によると、離陸時に落雷を受け、電気系統が損傷したため、パイロットは緊急着陸を試みた。機体は地面に激しく衝突し、炎上して滑走路上で炎に包まれた。搭乗していた78人のうち41人が死亡した。[ 82 ]
関連項目 フルグライトは 、雷放電現象の一種で、「石化した雷」を生み出すことがあり、雷柱によって伝達される膨大なエネルギー量を示している。地磁気誘導電流は 宇宙放射線に関連する現象であり、過渡現象 や電気的異常 を引き起こし、広範囲にわたって電気システムやデータ伝送システムに影響を与える。
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外部リンク 雷が人に落ちるとき - NASA 1999 落雷安全対策ページ – 米国国立気象局プエブロ支局(2018年アーカイブ)