Атмосферное электричество. Методы изучения ионизационного состояния атмосферы. Электрическое поле в атмосфере, страница 9

Молнии, происходящие между облаком и землей, разделяют на положительные и отрицательные в зависимости от того, какой заряд сообщается при разряде Земле. В среднем около ¾ молний между облаками и Землей являются отрицательными. При этом, естественно, на поверхности Земли индуцируется положительный заряд, и напряженность поля меняет направление. Согласно [42], около 3000 гроз действует в каждый данный момент на планете[7]. При этом энергия, передаваемая одной грозой атмосфере, составляет величину порядка 10¹⁵ Дж [43]. Правда, и берется эта энергия, очевидно, из атмосферы.

Светящиеся разряды и разряды с острий

Во время грозы, снежных и пылевых бурь, шквалов, града и т.п. напряженность электрического поля в атмосфере может достигать весьма больших значений (500-1000 В/м и более). В такой ситуации часто наблюдаются светящиеся электрические разряды, возникающие на остриях и острых углах предметов, возвышающихся над земной поверхностью (травы, деревьев, мачт, труб и т.п.). Это так называемые огни Эльма, представляющие собой различные формы коронного разряда. Свечение разряда обусловлено процессами, происходящими в сильно ионизованном воздухе, аналогичными процессам, вызывающим атмосферные эмиссии. Иногда  разряды происходят без видимого свечения воздуха. Считается, что подобные электрические разряды являются одним из важных источников поддержания отрицательного заряда Земли.

Сохранение отрицательного заряда Земли

Электрическое поле в атмосфере схематически можно представить как результат совокупного действия отрицательного заряда земной поверхности и положительных объемных зарядов атмосферы. Однако между Землей и атмосферой непрерывно идет обмен зарядами посредством тока проводимости. Нетрудно подсчитать, что действие этого тока за 30 минут почти полностью уничтожает отрицательный заряд Земли. В связи с этим возникает вопрос об источниках, поддерживающих существующее разделение зарядов.

Помимо токов проводимости обмен зарядами осуществляется также посредством осадков, разрядов молний и разрядов с острий. Экспериментальные наблюдения, проведенные в Кэмбридже в начале ХХ века, дают приблизительно соотношение различных токов в единицах Кл/км²·год, приведенное в табл. 9.4.

     Таблица 9.4. Оценка вкладов различных механизмов в перенос заряда между атмосферой и Землей [1]

Ток проводимости	+60
Токи осадков	+20
Молнии	-20
Токи с острий	-100
Сумма	-40

Небольшой отрицательный баланс по всей вероятности компенсируется отсутствием тока с острий над морями и океанами.

Считается, что эти 4 механизма и обеспечивают поддержание сложившейся ситуации с распределением зарядов. Косвенным подтверждением этого является корреляция между суточным ходом интенсивности грозовой активности над всей Землей и суточным ходом напряженности электрического поля над океанами. Напряженность электрического поля достигает максимума, как отмечалось ранее, в 18-19 часов по Гринвичу (рис. 9.5). Тщательный анализ грозовой деятельности показывает, что максимум активности также приходится на это время. Разряды молний сообщают Земле дополнительный отрицательный заряд, и это ведет к увеличению напряженности электрического поля.

Таким образом, земная атмосфера представляет собой гигантскую динамо-машину, в которой «рабочим веществом» являются облака, где происходит разделение зарядов. Именно с помощью этой динамо-машины осуществляется «подпитка» Земли отрицательными зарядами (рис. 9.6). Токи проводимости атмосферы препятствуют чрезмерному накоплению отрицательного заряда и поддерживают его приблизительно на постоянном уровне.