Электрические явления в атмосфере

Многочисленные наблюдения показывают, что осадки всех видов несут электрические заряды, размер которых зависит от размера капли, градины или снежинки. При замерзании слабых растворов ряда солей появляется разность потенциалов. Знак заряда льда зависит от типа соли и ее концентрации.

Электрические заряды элементов облака создают электрические поля. Мелкие ледяные частички, заряженные в результате электролизации положительно, сосредоточиваются в верхней части облака, а более крупные кристаллы, заряженные отрицательно, опускаются вниз. Попав в нижнюю часть облака, где температура выше 0°С, они тают и образуют капли воды. В хорошо развитом грозовом облаке в нижней его части развиты мощные турбулентные движения. Здесь происходит разрушение капель, в результате которого мельчайшие отрицательно заряженные капли поднимаются в среднюю часть облака, а крупные капли приобретают положительный заряд и образуют в самой нижней части облака ограниченную область больших положительных объемных зарядов – активный центр грозового облака.

В результате разделения и концентрации противоположных зарядов в грозовом облаке создаются мощные электрические поля, напряженность которых достигает несколько сотен киловольт на 1 км. Это приводит к тому, что между отдельными его частями, а также между облаком и Землей возникают искровые заряды – молнии.

Молния. По своему внешнему виду молнии делятся на линейные, плоские, четочные и шаровые. Наиболее часто возникает линейная молния и ее многочисленными разновидностями, представляющая собой гигантскую искру, иногда сильно разветвленную. Длина такой молнии 2-3 км, а иногда при разрядке между облаками - 15-20 км.

Такая молния состоит из ряда разрядов (импульсов), следующих друг за другом. Число импульсов бывает разным: чаще всего 1-5, реже – до нескольких десятков. Время между ними исчисляется сотыми долями секунды, общая продолжительность молнии около 0,2 с. Диаметр ее канала в среднем 16-20 см, иногда 40 см, сила тока в канале - сотни килоампер, а мгновенная мощность - миллионы киловатт. Температура стенок газового канала, по которому происходит разряд, мгновенно повышается до 20 х 10^3°К. Вода внутри канала разлагается на водород и кислород – образуется гремучий газ.

Быстрое нагревание воздуха в канале молнии вызывает резкое расширение воздуха, в результате возникают звуковые колебания - гром. Глухие раскаты грома относятся к звукам, имеющим небольшую частоту колебаний: большинство характеризуется частотой не более 100 Гц, а некоторые имеют лишь 2-5 Гц. Но так как молния имеет в длину несколько километров, то звуковые колебания приходят к наблюдателю не одновременно, а последовательно от различных участков молнии, что создает впечатление длительного грохота, раската грома. Кроме того, звуковые волны, отражаясь от облаков, земной поверхности, стены падающего дождя, усиливают громовые раскаты.

Гром представляет собой звук очень большой интенсивности, однако максимальное расстояние, на котором еще можно его услышать, редко превышает 25-30 км, что значительно меньше дальности слышимости артиллерийской канонады. Объясняется это двумя причинами: во-первых, быстрым затуханием звука в дожде и, во-вторых, рефракцией звука, обусловленной быстрым понижением температуры воздуха с высотой, имеющим место во время грозы.

По интервалу времени t (в секундах) между появлением молнии и приходом к наблюдателю звуковых волн, вызванных ею, можно определить расстояние до молнии по формуле Д = t/3 км. При разряде молния обычно сначала движется зигзагообразно, а затем по мере приближения к земле ее траектория выпрямляется. Молния стремится к более возвышенным точкам земной поверхности и к местам, где земная кора обладает большей электропроводностью. Поэтому она может ударить и в низины.

Удар молнии в судно может привести к возникновению пожара, к потерям личного состава. При разряде молнии на антенну может выйти из строя сама антенна, а также радиоприемные и передающие устройства. При мощных электрических разрядах магнитные приборы могут потерять свои свойства и даже перемагнититься. Для защиты от молнии на судах применяют различного типа молниеотводы.

В течение суток на поверхности Земли протекает около 50 000 гроз. Однако грозы по земному шару распределены весьма неравномерно. Особенно много их в тропических и субтропических зонах; в средних широтах на морском побережье они обычно наблюдаются только летом, а в океанах – и зимой. Грозы чаще развиваются во второй половине дня, реже – утром и вечером.

Атмосферики. Под этим термином понимают электромагнитные колебаний в диапазоне радиочастот, возникающие в атмосфере в виде нерегулярных (апериодических) и кратковременных импульсов. Атмосферики создаются грозовыми разрядами: канал молнии является своего рода радиопередатчиком. Распространяясь от места своего возникновения, они действуют на радиоприемные устройства, создавая шумы, которые в обиходе называют атмосфериками. Атмосферики могут прослушиваться в местах, находящихся за несколько тысяч миль от очага образования. В то же время значительное их усиление свидетельствует о приближении холодного фронта или вообще неустойчивой воздушной массы, приносящей ухудшение погоды. Частые и сильные атмосферики при плавании в тропической зоне являются признаком приближения тропического циклона.

Огни Эльма. Если атмосфера в сильной степени насыщена электричеством и напряжение электрического поля в ней достигает до 80 000 – 100 000 вольт/метр, то из металлических остриев, мачт, рей и других заостренных предметов происходит истечение электричества – тихий электрический разряд в виде светящихся кистей.

Огни Эльма чаще всего наблюдаются во время шквалов и гроз.

Полярные сияния. Солнце в периоды своей усиленной деятельности выбрасывает громадное количество заряженных электричеством частиц, которые достигают Земли через 1 ¸ 3 дня. Эти частицы, пронизывая разреженные верхние слои воздуха, вызывают в них свечение, называемое полярными сияниями ("аврора").

Цвет полярных сияний большей частью беловатый с различными оттенками (желтоватые, красноватые, реже фиолетовые).

Полярные сияния могут иметь разнообразную форму в виде дуг, полос, драпри (занавесей), лучей и т.д.

Лучисные и пылающие сияния сопровождаются магнитными бурями, при этом нарушается работа магнитных компасов и радиоприборов. Полярные сияния могут наблюдаться на различных высотах.

Сияния в виде дуг достигают высоты до 1000 км, высота других сияний меньше, обычно от 100 до 250 км.