Сторінка
5

Повітря та атмосфера

7. Серпанок, хмари, тумани Краплі і кристали, на відміну від порошин, виникають у самій атмосфері при конденсації водяної пари і можуть зникати, не випадаючи, унаслідок випару. Якщо вони дуже розріджені й дрібні, то виявляються по деякому помутнінню повітря синюватого або сіруватого кольору - серпанку. Більш щільні їхні скупчення - хмари і тумани. Краплі хмар звичайно дуже дрібні - діаметром від одиниць до десятків мікрометрів (тобто від тисячних до сотих часток міліметра). У кожному кубічному сантиметрі хмарного повітря міститься декілька десятків або сотень крапель. Це значить, що на один кубічний метр хмарного повітря доводиться усього декілька грамів або навіть часток грама рідкої води. Кристали в хмарах також у більшості дуже дрібні. Тому хмари можуть довгостроково утримуватися в атмосфері в завислому стані внаслідок опору повітря і його висхідних рухів. Але в хмарах може відбуватися й укрупнення хмарних елементів; досягнувши визначених розмірів, вони починають випадати з хмар у виді опадів - крапель дощу, кристалів снігу й ін. Хмари спостерігаються на різних висотах у межах нижніх 10-15 км, причому з висотою водність хмар (тобто утримання в них рідкої води на одиницю об'єму) у середньому убуває. Зрідка спостерігаються особливі, дуже легкі хмари на висотах біля 22-27 км (перламутрові) і біля 82-85 км (сріблясті, або мезосферні). Нерідко хмароподібні скупчення крапель і кристалів починаються від самої земної поверхні; у цих випадках вони називаються туманами.

8. Іони в атмосфері 1. Частина молекул атмосферних газів і часток атмосферного аерозолю - крапель, порошин, кристалів - несе електричні заряди. Ці заряджені частинки називаються іонами. Молекули повітря заряджаються унаслідок втрати електрона або приєднання вільного електрона. До зарядженої молекули приєднуються інші молекули, у яких відбувається шляхом індукції поділ зарядів. Так виникає електрично заряджений комплекс молекул, називаний легким іоном. Заряджені молекули можуть також приєднуватися до ядер конденсації або порошинам, завислим у повітрі, унаслідок чого виникають дуже великі важкі іони з масами, в тисячу разом більшими, ніж у легких іонів. Утримання легких іонів у земної поверхні - декілька сотень на один кубічний сантиметр, важких - від декількох сотень до десятків тисяч на один кубічний метр.

Краплі і кристали хмар і опадів, виникаючи на іонах як на ядрах конденсації, приєднуючи їх надалі, а також одержуючи електричні заряди іншими способами, також можуть стати носіями електричних зарядів. У більшості випадків вони і є такими. Заряди крапель і кристалів набагато більше, ніж заряди іонів: вони можуть досягати багатьох мільйонів елементарних зарядів (зарядів електрона).

2. З висотою утримання іонів збільшується, особливо в шарах вище 80-100 км. Іони є тут в основному зарядженими атомами кисню, гелію і водню. Крім того, значна частина іонів у високих шарах являє собою вільні електрони. Утримання іонів тут вимірюється сотнями і мільйонами на один кубічний сантиметр повітря. Так само як і незаряджені частки, іони в атмосфері постійно переміщаються. Саме завдяки цьому атмосфера має електропровідність, у нижніх шарах малу, у високих - значну.

9. Електричне поле атмосфери I. У атмосфері завжди існують рухливі електричні заряди, зв'язані з іонами, а також з елементами хмар і опадів. Заряди ці обох знаків, причому переважають позитивні, так що сумарний заряд атмосфери - позитивний. При цьому з висотою він зростає. Сама земна поверхня також має електричний заряд, причому у сумі негативний (порядку - 6х105 кулонів). У результаті атмосфера володіє електростатичним полем, у кожній точці якого є те або інше значення потенціалу. Це значить, що електричний заряд, поміщений у будь-якій точці атмосфери, буде випробувати силу, що діє на нього в напрямку, нормальному до поверхні рівного потенціалу, що проходить через цю точку. Цю силу на одиницю позитивного електричного заряду називають напруженістю атмосферного електричного поля. Вона спрямована у відсутності хмар зверху вниз і вимірюється зміною потенціалу поля на одиницю відстані, тобто у вольтах на метр (В/м).

У приземному шарі атмосфери напруженість поля в середньому для всієї земної кулі біля 100 В/м. У промислових районах із сильно забрудненим повітрям вона значно більше. З висотою напруженість поля зменшується: на висоті 10 км вона усього біля 5 В/м. Вище 20 км напруженість поля дуже мала; провідність повітря в цих шарах достатня для вирівнювання різниць потенціалу. Напруженість електричного поля атмосфери випробує зміни в добовому і річному ході, а також дуже великі збурення, зв'язані з розвитком хмар, особливо купчасто-дощових (грозових).

2. У загальному перенос електрики (струм провідності) повинний відбуватися від позитивно зарядженої атмосфери до негативно зарядженої земної поверхні. Незважаючи на це, негативний заряд земної поверхні з часом не убуває. Причина перебуває, мабуть, у грозах. У грозових хмарах відбувається сильна електризація хмарних елементів і поділ позитивних і негативних зарядів по окремих частинах хмари. Внаслідок цього в хмарах, а також між хмарами і землею виникають величезні різниці потенціалів, при яких напруженість поля доходить до десятків тисяч вольт на метр. При цьому в атмосфері виникають не тільки позитивні, але і негативні заряди, що індукують позитивний заряд на земній поверхні. Напруженість поля між хмарою і землею може навіть змінити свій напрямок, тобто одержати напрямок нагору. У зв'язку з зазначеними величезними різницями потенціалів в атмосфері виникають іскрові електричні розряди, блискавки, як у хмарах, так і між хмарами і землею. При напруженості поля, спрямованої нагору, блискавки можуть переносити до земної поверхні дуже великі негативні заряди, що і компенсують втрату негативного заряду земною поверхнею в спокійну погоду.