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住宅近郊への落雷
住宅近郊への落雷
稲妻
稲妻
火山雷
火山雷

(かみなり)とは帯電したの中、または雲と雲の間、または雲と地面との間に起きるを伴う大規模な放電現象のことである[1]

目次

語彙と語義

雷を発生させる雲を雷雲と呼び、雲の中で起こる放電、雲と雲の間の放電をまとめて雲放電と呼び[2]、雲と地面との間の放電を対地放電または落雷と呼ぶ[2]

雷に際して起こる光はであり、稲妻であり、英語ではLightningライトニング)となる。擬態語は「ピカ」または「ピカッ」。それに対して雷に際して起こる音は雷鳴であり、英語ではThunderサンダー)となる。擬音語は「ゴロゴロ」または「バリバリ」。

光と音を伴う雷放電現象を雷電と呼ぶ。雷電の英語はThunderboltサンダーボルト)。雷と雷電とは同義語であるが、遠方で発生した雷は光は見えるものの、風向きの影響などで音が聞こえない事がある。そのため、日本式天気図においては「過去10分以内に雷電または雷鳴があった状態」を雷としている。

また、雷は主にを伴う雷雨時に粒子で形成される雷雲によっておこる雷を指す場合が多いが、そればかりではなく、火山噴火時や砂嵐時にの粒子で形成される雷雲によっておこる火山雷なども雷に含む。

語源

「いなずま」(古来の表記は「いなづま」)の日本語の語源はが開花し結実する旧暦太陰暦)の夏から秋のはじめにかけて雨に伴い雷がよく発生し、その落雷によって大気中の窒素が田畑に固着されるため、落雷した稲穂は雷に感光することで実るという理解が生まれ、雷を稲と関連付けて稲の「つま(=配偶者)[3]」と解し、「稲妻」(いなづま)、あるいは「稲光」(いなびかり)などと呼ぶようになったといわれている[4]

「かみなり」の日本語の語源は、昔、雷はが鳴らすものと信じられていたため「神鳴り」と呼ばれた為。さらに古語や方言などでは、いかづちごろつきかんなりらいさまなどの呼び名もある。

発生の原理

雷の発生原理は上空と地面の間、または上空の雷雲内に電位差が生じた場合の放電により起きるとされる。主に以下のような説で説明されている。

雷雲の発生

積乱雲の形成過程
積乱雲の形成過程

地表で大気が暖められることなどにより発生した上昇気流湿度が高いほど低層から飽和水蒸気量を超えて水滴(雲粒)が発生して雲となり、気流の規模が大きいほど高空にかけて発達する。

この水滴は高空にいくほど低温のため、氷の粒子である氷晶になる。氷晶はさらに(あられ)となり上昇気流にあおられながら互いに激しくぶつかり合って摩擦されたり砕けたりすることで静電気が蓄積される。重い霰(あられ)は下に、軽い氷晶は上に行くことによって雲の上層には正の電荷が蓄積され、下層には負の電荷が蓄積される。

稲妻

稲妻のアニメーション
稲妻のアニメーション

上層と下層の電位差が拡大して空気の絶縁の限界値を超えると電子が放出され、放出された電子は空気中にある気体原子と衝突してこれを電離させる。電離によって生じた陽イオンは、電子とは逆に向かって突進し新たな電子を叩き出す。この2次電子が更なる電子雪崩を引き起こし、持続的な放電現象となって下層へ向って稲妻が飛んでいく。

また、下層の負電荷が蓄積されると、今度は地面では正の電荷が静電誘導により誘起される。この両者の間でも、電位差がある一定を超えると放電が起きる。

これらの放電は、大気中を走る強い光の束として観測される。1回の放電量は数万 - 数十万A、電圧は1 - 10億V、電力換算で平均約900GW(=100W電球90億個分相当)に及ぶが時間にすると1/1000秒程度でしかない。エネルギーに換算するとおよそ900MJであり、もし、無駄なくこの電力量をすべてためる事ができるなら、家庭用省電力エアコン(消費電力1kW)を24時間連続で使い続けた場合、10日強使用できる。

この間を細かく分けると、落雷(負極性の雷)においては雷雲から最初に伸びる光の弱い先駆放電ステップリーダー)、大地側から迎えるように伸びるストリーマー(線条・先行放電)、両者が結合して大量の電荷が本格的に先駆放電路に流入する主雷撃の3段階に大別され、電位差が中和されるまで放電が続く。

主な夏雷は電子は雲から地表に、電流は地表から雲に流れる(電流を参照)。冬雷の場合はその性質上これとは逆に電子は地表から雲に、電流は雲から地表に流れる。

稲妻の過程(0.32 秒ごとに撮影)
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稲妻の過程(0.32 秒ごとに撮影)

雷鳴

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画像:Thunder.ogg
画像:Thunder.ogg

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放電現象が発生したときに生じる音である。雷が地面に落下したときの衝撃音ではなく、放電の際に放たれる熱量によって雷周辺の空気が急速に膨張し、音速を超えた時の衝撃波である。

稲妻は光速で伝わるため、ほぼ瞬間に到達する。これに対して、雷鳴は音速で伝わるため、音が伝わってくる時間の分だけ、稲妻より遅れて到達する。そのため、雷の発生した場所が遠いほど、稲妻から雷鳴までの時間が長くなり、その時間を計ればおおよその距離も分かる。

発現地点までの距離(自分を中心とした半径)を P 、稲妻が光ってから(もしくはラジオにパルス雑音が入ってから)雷鳴が聞こえる瞬間までの秒数を S とすると、次のように表される。定数0.34はキロメートルで表す音速。

  • <math>P=\, 0.34S</math>

雷鳴が聞こえる距離は通常で約10 - 15kmだが、雷雲外への放電がある場合などは、雷雲から30km以上離れていても雷鳴が聞こえることがある。

雷の種類

熱雷

急激な上昇気流により低層から高空まで形成された雷雲は主に積乱雲などで構成され、熱雷と呼ぶ。夏季によく発生する為、俗に夏雷とも呼ばれる。

界雷

積乱雲でも寒冷前線上などに発生する場合、また、温暖前線などで同様の原理が発生した場合の雷は界雷と呼ぶ。

熱界雷

前線に向かって湿った空気が流れ込むことによって形成された雷雲による雷など、熱雷と界雷の両方の特性を併せ持つものを熱界雷と呼ぶ。夏季において激しい雷雨を伴うことが多く、たびたび地上において被害を引き起こす雷。

渦雷

上昇気流が発達した低気圧台風などにより形成された雷雲による雷の場合を渦雷(うずらい)と呼ぶ。

放電

雲内での放電を雲内放電(inter cloud lightning: IC)、雲と雲の間の放電を雲間放電(cloud to cloud lightning: CC)と呼ぶ。雷雲から地面への放電を対地雷 (cloud to ground lightning: CG) と呼ぶ。対地雷には上向きと下向き、正極性 (+CG) と負極性 (-CG) の分類があるから対地雷は結局4種類ある。

幕電

雷鳴を伴わない雲と雲間の稲光(2008年8月28日22:48東京上空)
雷鳴を伴わない雲と雲間の稲光(2008年8月28日22:48東京上空)

夜間、遠方で発生した雷による稲妻が雲に反射する現象および、雲内放電により雷雲自体が光って見える現象を幕電と呼ぶ。雷雲から15km以上離れている場合など、稲妻のみで雷鳴が確認できない時を指すことが多い。

幕電は上空が晴れていても確認できることがあり、強い閃光のわりに雷鳴が聞こえないなどといったことから、しばしば宏観異常現象ではないかとされることがある。

超高層雷放電

近年(1980年代 - )では大規模落雷に伴って発生するレッドスプライト等の雷雲上空高度20–100kmの成層圏中間圏・下部熱圏において起こる放電による発光現象も発見されている。詳しくは超高層雷放電を参照。

各地の雷

世界の雷の発生頻度
世界の雷の発生頻度

北関東の雷

北関東地方(群馬県栃木県)では特に夏の雷が多く「雷の銀座通り」等ともよばれる。落雷保険の料率も他地方に比べて高い。「上州(群馬県)名物、かかあ天下空っ風」という言葉があるが、それに加えて雷である。また、やはり雷の多い宇都宮市では地域の愛称としての「雷都(らいと)」が土産物の菓子の名前などで使われている。

日本海側の雷

北陸地方新潟県山形県庄内地方秋田県などの日本海沿岸では、冬季に目立って多く発生することから冬季雷とも呼ばれる。冬季雷は夏期のものが積乱雲から地面に向かって放電するのに対し地面から積乱雲に向かって、上向きに放電する。落雷数こそ少ないものの発生のメカニズムから夏季の雷より数百倍のエネルギーを持つものが確認されるほか、一日中発雷することが多くあられを伴うことが多い。また、はっきりとした落雷が無くても瞬間的な停電などの被害が出ることもある。海岸線から35km以上の内陸部では少ない。

また、冬季の雷には愛称があることが多く、「雪起こし」、「ブリ起こし」、「雪雷」などのような方言がみられる。特に、雪起こしが観測された場合は冬の始まりであると言い習わされる。

雷の被害

落雷で折れ、幹が裂けた木莫大な熱で幹の内部の水分が一瞬で水蒸気となり、内部から破裂する
落雷で折れ、幹が裂けた木
莫大な熱で幹の内部の水分が一瞬で水蒸気となり、内部から破裂する

雷の被害は直撃雷、側撃雷、誘導雷、侵入雷等に大別される。

直撃雷
雷の電撃を直接受ける状態、側撃雷は直撃雷の周りに発生する高い電位差をいう。
誘導雷
雷雲に発生した静電エネルギーと対になる地面に誘起される電位差をいう。
侵入雷
誘導雷や側撃雷と似ているが、これは建物の接地極・接地線を介して建物内部に影響を及ぼす現象である。
  • 感電などによる人的な被害。雷雲発生時に野外でのスポーツ(ゴルフなど)や作業中に雷撃を受け、命を落とすことが多い(直撃雷、側撃雷)。
  • 変電施設などへの落雷による停電(直撃雷、側撃雷、誘導雷)。
  • 送電線への誘導雷に伴う、異常電流の発生(雷サージ)による電気機器の損傷。
  • 上空を飛行中の飛行機に落雷し、機体に穴が開いたことがある。
  • 家などの建造物に落雷し、火災になったことがある。
  • 家屋(またはその周辺)に落雷し、屋根、壁、窓ガラスなどが大きく破損することがある。これは稲妻周辺の空気が瞬時に膨張したためと考えられる。
  • 雷が直接地面に落ちた場合その地点に大きな穴を生ずることがあるが、これは雷による大電流により内部にある水分が爆発的に蒸発することによる(水蒸気爆発)。

雷が落ちる場所・人的被害を受ける状況

  • 雷は大抵は高いものに落ちやすいが、条件によっては高さも無関係に落ちる。事実、海、サッカースタジアムのフィールド、ゴルフコースで落ちた実例がある。
  • 金属製品を身につけているかどうかは関係ない(以前は金属製品を持たないほうがよいとされてきたが、近年関係ないことが明らかになった。逆に身に付けている方が、雷の通り道になって放電され、助かる場合もある)。
  • 家への落雷の場合、電化製品や電気を通すものを介して感電あるいは発火する。
  • 送電線への場合はアークホーンなどを通し、一時的に当該回路が停電になる(瞬停)。
  • 公園などにある屋根付きの壁のない簡単な休憩所に落ちた場合、柱に近い位置にいると屋根から伝っていた雷が飛び移って感電する。

雷対策

雷の天気記号(日本式)
雷の天気記号(日本式)

雷は大気中に発生する現象としては必ずしも大きな大気の撹乱を伴わないため、詳細な予報は困難であり天気予報などにおいても予測の範囲内で注意を呼びかける(雷注意報)などにとどまっている。電力会社各社は、独自に雷雲や落雷の観測システムを持っている。

近くに建物や自動車がある場合

雷対策として最も確実なのは、雷注意報、雷警報が出ているときは野外に出ないことである。出ざるを得ない場合、または出てしまった場合は遠くで雷雲が見えたら室内(あるいは停止し窓を閉め切った自動車内など)に逃げ込む。雷雲は急速に発達する。雷鳴が聞こえてからでは遅い。自動車内が安全なのは、いわゆるファラデーケージになっているためである。車内に浸水してしまった場合はこの限りではないので、早急に別の安全な場所に避難する必要がある。

野外の場合

45度以上に見上げる高さの木がある位置は、木が避雷針の役割を果たしてくれるので安全とされる。ただし幹や枝などの2m以内にまで近づくと木に落ちた雷に側撃雷が発生する可能性があり危険なので、適度に離れている必要はある。

雷が近い場合、走って逃げたからといって落雷を避けられるとは限らない。雷雲が発生させる電位差は広範囲にわたるからである。運良く直撃を避けられて落雷地点が多少離れていても、地面に落ちた雷はある程度の距離ならば地表を伝わってきて人は強い衝撃波を受ける。この時、足を開いていると、一方の脚から胴体を通って他方の脚へと電流が流れて感電する可能性が高くなるので、脚は閉じているほうが良いとされている。さらに、身をできる限り小さくして座ると効果はあるとされている。

避雷針

落雷の原理として、地面と上空との電位差から生じることが分かっている。このことを活かして適切な位置に避雷針を設置して空中放電し、あらかじめ地面と上空との電位差を軽減するという処置がとられる。建築基準法33条では、「高さ20メートルをこえる建築物には、有効に避雷設備を設けなければならない。ただし、周囲の状況によつて安全上支障がない場合においては、この限りでない。」としている[5]。なお、避雷針には保護範囲というものがあり、その範囲の外にあるものまでは保護することはできない。一般的な目安としては、避雷針の先端を(水平から)45度の以上の角度で仰げる範囲(の円錐形の空間)に入れば安全だとされていた。しかし、最近の研究の物理的見地から見た通常の避雷針の保護角は回転球体法により求められるラッパのような形状の保護角でしかなく、この形状よりはみ出る45度以上の円錐状部分では雷の保護はできない。しかし、国会議事堂やその他文化財のように長い形状の建物、高い形状の建物の場合、棟上げ導体などを使用し広い保護範囲を得る事が行われている。また、雷ストリーマを発生させ、45度の角度よりもはるかに高い保護角を持つようにした避雷針なども開発されている。

したがって、通常の避雷針をビル等に設置した場合、設置位置などによっては避雷針ではなく建物の角に落雷することもある。

雷サージ対策

家庭などにおいて雷サージによる家電製品やPC等の故障を防ぐためには、雷の時は電源ケーブルや電話線をコンセントから抜いておく事が望ましい。また、同被害を軽減するために、サージプロテクタというコンセント型の器具も販売されている(同器具の詳細については、サージ防護機器の項参照)。

雷ストリーマによる誘雷

雷ストリーマによる誘雷に適した形状(小形放電電極と下部集電電極)をした避雷針などに、予め別途回路により雷ストリーマを発生させておき雷を誘導する方法である。

レーザー誘雷

雷雲に向けて強力なパルスレーザーを当てて稲妻の通り道となるプラズマを発生させ、稲妻を安全な場所へ誘導することが可能である事が実験で実証されている。送電線鉄塔への落雷が原因の停電を防止する手段として期待されている[6]

ロケットによる誘雷、消雷

ロケットに電線を繋げて打ち上げ、雲の上下に生じた電位差を電線を通じて放電する事により落雷を防ぐ。電線はジュール熱によって蒸発する[7][8]

落雷実験

日本工業大学の超高圧放電研究センターでは300万ボルトインパルス電圧発生装置による人工的な落雷実験が行われている[9]

雷と神話

古来より、雷はと結びつけて考えられることが多かった。

ギリシャ神話ゼウスローマ神話ユピテル(ジュピター)、バラモン教インドラは天空の雷神であり最高神である。北欧神話トールも古代では最高神であった(時代が下るとオージンが最高神とされた)。マライ半島ジャングルに住むセマング族でも雷は創造を司る最高神であり、インドシナから南中国にかけては敵を滅ぼすため石斧をもって天下る神(雷公)として落雷を崇めた。

欧米ではカシが特に落雷を受けやすい樹木とされたのでゼウス、ユピテル、北欧神話のトールの宿る木として崇拝した。欧州の農民は住居の近くにカシを植えて避雷針がわりとし、また、はさみなども雷を呼びやすいと信じたので雷雨が近づくとこれらを隠す傾向があった。

雷雨の際に動物が往々紛れ出ることから雷鳥雷獣の観念が生まれた。アメリカインディアンの間では、その羽ばたきで雷鳴や稲妻を起こす巨大なサンダーバード)が存在すると考えられた。

雷神(尾形光琳画)
雷神(尾形光琳画)

日本神話においても雷は最高神という扱いこそ受けなかったが、雷鳴を「神鳴り」ということからもわかるように雷を神々のなせるわざと見なしていた。天津神の1人で天孫降臨の前に葦原中国を平定したタケミカヅチ(建雷命、建御雷、武甕槌)はそういった雷神の代表である。雷(雷電)を祭った神社に「雷電神社板倉雷電神社など)」「高いかづち神社」などがあり、火雷大神(ほのいかづちのおおかみ)・大雷大神(おおいかづちのおおかみ)・別雷大神(わけいかづちのおおかみ)などを祭神としている。

日本では方言で雷を「かんだち」ともいうが、これは「神立ち」すなわち神が示現する意である。先述した稲妻の語源が示すとおり、雷は稲と関連づけられている。日本霊異記今昔物語にあるように雷は田に水を与えて天に帰る神であったため、今でも農村では雷が落ちると青竹を立て注連縄(しめなわ)を張って祭る地方がある。

雷神平安時代になると、天神の眷属神として低い地位を占めるようになった。

また、雷が起きると、落雷よけに「くわばら、くわばら」と呪文を唱える風習がある。これは、菅原道真の土地の地名であった「桑原」にだけ雷(かみなり)が落ちなかったという話に由来する。平安時代に藤原一族によって流刑された道真が恨みをはらすため雷神となり宮中に何度も雷を落とし、これによって藤原一族は大打撃を受けた。このとき唯一、桑原だけが落雷がなかったので後に人々は雷よけに「桑原、桑原」ととなえるようになったといわれる[10][11]

雷神は古くから美術に表現されてきたが絵では京都建仁寺俵屋宗達筆の障壁画、元禄時代尾形光琳の作など、彫刻では日光東照宮京都三十三間堂などのものが有名である。

文化の中での雷

季語

俳句においては「春雷」は春の季語、「雷」「遠雷」「軽雷」はの季語、「稲妻」はの季語、「寒雷」はの季語である。

八卦の中の「震」は雷に相当する。木気であり、方角としてはを指す。但し八卦の「雷」の字の意味は少し違い、「雷鳴」、つまり雷ののみを指す。雷の閃光の部分は「電」と言い、八卦の「離」(火)に当たる。六十四卦の「雷火豊」と「火雷噬嗑」は雷鳴と閃光が合せたもの。

故事成語

  • 付和雷同
  • 青天の霹靂
  • 地震、雷、火事、親父(「親父」は「おおやまじ」(突風)が訛った物とする説もある)
  • 電光石火
  • 天沢火雷風水山地

雷に関連する作品・命名等

小説

音楽

自動車・オートバイの車種名

鉄道車両

航空機

人物

食べ物

テレビ番組

その他

出典・脚注

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参考文献

  • 日本大気電気学会編『大気電気学概論』 オーム社2003年ISBN 4-339-00751-X

外部リンク

ウィキメディア・コモンズ
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gan:霍閃


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