กระแสไฟฟ้าไหลไปตามพื้น กลไกของ ‘ฟ้าผ่า’ ที่ทำอันตรายมนุษย์มากที่สุด
Multiverse | บัญชา ธนบุญสมบัติ
กระแสไฟฟ้าไหลไปตามพื้น
กลไกของ ‘ฟ้าผ่า’
ที่ทำอันตรายมนุษย์มากที่สุด
ในบทความก่อนหน้านี้ ผมได้เล่าถึง ไซด์แฟลช (side flash) ซึ่งเป็นกลไกหนึ่งที่ฟ้าผ่าอาจทำร้ายมนุษย์หรือสัตว์ได้ เล่าสั้นๆ คือ เมื่อฟ้าผ่าต้นไม้ เสาไฟ หรือโครงสร้างบางอย่าง จากนั้นกระแสไฟฟ้าก็จะไหลลงมาตามวัตถุที่ถูกฟ้าผ่า อย่างไรก็ดี กระแสไฟฟ้าสามารถ “กระโดด” ออกจากวัตถุที่ถูกฟ้าผ่าเข้าสู่คนหรือสัตว์ที่อยู่โดยรอบได้
คราวนี้มาดูภาพรวมกัน บทความวิจัยชื่อ Distribution of Lightning Injury Mechanisms (การกระจายของกลไกที่ทำให้เกิดการบาดเจ็บเนื่องจากฟ้าผ่า) ระบุว่าสัดส่วนของกลไกต่างๆ ที่ฟ้าผ่าทำอันตรายต่อมนุษย์ เป็นดังนี้
ฟ้าผ่าโดยตรง (Direct strike) : 3-5%
การบาดเจ็บการสัมผัส (Contact Injury) : 3-5%
ไซด์แฟลช (Side flash) หรือไซด์สแปลช (Side splash) : 30-35%
กระแสไฟฟ้าไหลไปตามพื้น (Ground current) : 50-55%
กระแสไฟฟ้าไหลขึ้น (Upward streamer) : 10-15%
การบาดเจ็บจากแรงกระแทก : ไม่ทราบ
หากดูค่าตัวเลข หรือนำข้อมูลนี้มาพล็อตเป็นแผนภูมิรูปวงกลมในภาพที่ 1 จะเห็นได้ชัดว่ากลไกของฟ้าผ่าที่ทำร้ายมนุษย์มากที่สุดเป็นอันดับที่ 1 คือ กระแสไฟฟ้าไหลไปตามพื้น (Ground current) ซึ่งมีสัดส่วนสูงราวครึ่งหนึ่งของกลไกทั้งหมด
เนื่องจากกลไกนี้สำคัญเพราะทำร้ายคนและสัตว์มากกว่ากลไกอื่น จึงน่าทำความรู้จักเอาไว้ จะได้หลีกเลี่ยงอันตรายที่อาจเกิดขึ้น และเข้าใจข่าวจำนวนมากเกี่ยวกับฟ้าผ่า ทั้งนี้ ผมขอแบ่งเป็นข้อๆ เพื่อให้ความคิดคมชัดและอ้างถึงได้ง่าย ดังนี้
ที่มา : https://www.vaisala.com/sites/default/files/documents/Gookin-Understanding%20voltage%20Ground%20current%20lab%20exercise%20for%20lightning%20education-2014-ILDC-ILMC.pdf
1)เมื่อฟ้าผ่าพื้นดิน หรือผ่าโดยตรงวัตถุหนึ่งๆ (เช่น ต้นไม้) กระแสไฟฟ้าจะกระจายตัวออกไปโดยรอบบนผิวดิน
ปริมาณของกระแสไฟฟ้าที่ไหลไปตามพื้นผิวจะขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่าง ที่สำคัญได้แก่ (1) ปริมาณกระแสไฟฟ้าจากฟ้าผ่า (2) ค่าความต้านทานไฟฟ้าของดิน ซึ่งส่วนหนึ่งขึ้นกับความชื้นของดิน และ (3) ระยะห่างจากจุดที่ฟ้าผ่า ถ้ายิ่งใกล้กระแสไฟฟ้าก็จะมาก แต่ถ้าไกลออกไป กระแสไฟฟ้าก็จะลดลง
คนหรือสัตว์ที่อยู่ในบริเวณที่กระแสไฟฟ้าไหลไปตามผิวดิน ก็มีความเสี่ยงสูงที่กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านร่างกาย
2) การกระจายตัวของกระแสไฟฟ้ามักมีรูปร่างคล้ายกิ่งก้านสาขาของต้นไม้ เรียกว่า รูปแบบรอยไหม้ลิชเทินแบร์ก (Lichtenberg burn pattern)
ชื่อ ‘ลิชเทินแบร์ก’ มาจากนักฟิสิกส์ นักเขียน และนักปรัชญาชาวเยอรมันในศตวรรษที่ 18 ที่มีชื่อเสียงจากผลงานการทดลองทางวิทยาศาสตร์และงานเขียนแนวเสียดสี เขาเป็นคนแรกที่ค้นพบและอธิบายรูปแบบรอยที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวฉนวนจากการปล่อยประจุไฟฟ้า
ผมนำภาพที่ 2 มาจากบทความรายงานชื่อ Case report : Lightning and Lichtenberg figures ซึ่งแสดงรูปแบบรอยไหม้ลิชเทินแบร์กบนพื้นหญ้าบริเวณกรีนหลุมที่ 9 ของสนามกอล์ฟ โดยเสาธงบนกรีนถูกฟ้าผ่าลงมาโดยตรง ธงถูกเผาไหม้บางตำแหน่ง ส่วนปลอกพลาสติกที่ใช้ยึดธงกับเสาไฟเบอร์กลาสก็เสียหายจากการเผาไหม้และแตกร้าว อย่างไรก็ตาม เสาไฟเบอร์กลาสกลับไม่พบร่องรอยความเสียหายใดๆ ลวดลายแตกแขนงคล้ายเฟิร์นแผ่กระจายออกจากเสาธงไปทุกทิศทางบนพื้นดิน
ที่มา : https://www.injuryjournal.com/article/S0020-1383%2802%2900313-3/pdf
3)หากมองจากจุดแรกบนผิวดินที่กระแสไฟฟ้าไหลออกไปจะมี ศักย์เกรเดียนท์ (potential gradient) หรือบางครั้งเรียกว่า ความชันศักย์ หรือการไล่ระดับศักย์ไฟฟ้า อันเกิดจากการที่จุดสองจุดจะมีแรงดันไฟฟ้าบนพื้นผิวต่างกัน
เนื่องจากคนหรือสัตว์มักมีส่วนของร่างกายแตะพื้นมากกว่า 1 จุด จึงเป็นไปได้ว่าแรงดันไฟฟ้าที่จุดหนึ่งจะมีค่าสูงกว่าแรงดันที่อีกจุดหนึ่งอย่างมาก เช่น หากยืน เท้าซ้ายอาจมีแรงดันไฟฟ้ามากกว่าเท้าขวา (หรือกลับกัน) ส่งผลให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านร่างกายได้
ในกรณีนี้ในทางวิชาการจึงเรียกว่าเกิด แรงดันไฟฟ้าช่วงก้าว (step voltage) ลองนึกถึงภาพคนที่กำลังก้าวเท้าโดยที่เท้าทั้งสองแตะพื้นนั่นเอง ดูภาพที่ 3
4) จากเรื่องแรงดันไฟฟ้าช่วงก้าว จึงห้ามนอนราบลงไปกับพื้นในขณะเกิดฝนฟ้าคะนอง เนื่องจากการนอนราบจะทำให้ร่างกายแตะพื้นมากกว่า 1 จุด ส่งผลให้มีความเสี่ยงสูงขึ้นที่กระแสไฟฟ้าจะไหลเข้าสู่ร่างกายจากจุดหนึ่งแล้วไปออกอีกจุดหนึ่งนั่นเอง ดูภาพที่ 4
5) กรณีข่าวฝูงสัตว์ เช่น วัว ควาย กวาง หรือแกะ ตายพร้อมๆ กันคราวละหลายตัว (บางกรณีหลายร้อยตัว) เนื่องจากถูกฟ้าผ่า กลไกที่เป็นไปได้มากที่สุดคือ กระแสไฟฟ้าที่ไหลไปตามพื้นนี้เอง ลองดูภาพที่ 5 ซึ่งเป็นแบบจำลองอย่างง่ายที่ผมสร้างขึ้นจะเข้าใจได้ไม่ยากเลย
ที่มา : https://ilovefourways.co.za/all-you-need-to-know-about-lightning-season/
สําหรับคุณผู้อ่านที่สนใจไฟล์ pdf ของบทความที่ใช้อ้างอิง สามารถค้นจากชื่อบทความที่ให้ไว้ หรือใช้ Link ต่อไปนี้
บทความ Distribution of Lightning Injury Mechanisms เขียนโดย Mary Ann Cooper, Ronald L. Holle และ Christopher J. Andrews นำเสนอในการประชุมวิชาการชื่อ 30th International Conference on Lightning Protection ซึ่งจัดที่เมืองคัลยารี (Cagliari) ประเทศอิตาลี ในช่วงวันที่ 13-17 กันยายน ค.ศ.2010
ดาวน์โหลด : https://www.researchgate.net/publication/277719172_Distribution_of_lightning_injury_mechanisms
บทความรายงานชื่อ Case report : Lightning and Lichtenberg figures เขียนโดย Michael Cherington, Sheryl Olson และ Philip R. Yarnell ตีพิมพ์ใน Injury, Int. J. Care Injured 34 (2003) 367-371
ดาวน์โหลด : https://www.injuryjournal.com/article/S0020-1383%2802%2900313-3/pdf
โมเดลและภาพ : บัญชา ธนบุญสมบัติ
