Природные и антропогенные электромагнитные поля

ПОЛЯ еСТеСТВеННОГО ПрОИСХОЖДеНИЯ

Электрические поля

Атмосфера Земли обладает электрическими свойствами, которые изменяются по мере удаления от Земли. Объясняется это тем, что с высотою плотность воздуха уменьшается, а эффективность воздействия космических тел и Солнца возрастает.

Один из наиболее существенных эффектов действия солнечного излучения на атмосферу заключается в ионизации составляющих ее газов ультрафиолетовым и у-излучения-ми. Преимущественное поглощение излучения Солнца в верхних слоях атмосферы и понижение плотности воздуха с высотой создают значительную неоднородность в электрической проводимости воздуха, которая изменяется по экспоненциальному закону. Она увеличивается с высотой от 10-18 См/м (у поверхности Земли) до 10-7 См/м (на h = = 100 км). Это различие значений проводимости позволяет рассматривать воздух у поверхности Земли как хороший изолятор, а в ионосфере и выше — как проводник.

Из-за высокой электрической проводимости среды околоземного пространства Земля вместе с атмосферой относительно межпланетной среды представляется нейтральной. В земной атмосфере, однако, действует процесс разделения зарядов, в результате которого атмосфера постоянно содержит избыточный положительный объемный заряд, а на земной поверхности индуцирован поверхностный отрицательный заряд. Это разделение зарядов является причиной существования ЭП с напряженностью ?3, вектор которой направлен вертикально к земной поверхности, поскольку поверхность заряжена отрицательно, а верхние слои атмосферы — положительно. Принято считать, что в среднем по Земному шару напряженность Eq - 130 В/м. С увеличением расстояния от поверхности Земли напряженность ЭП убывает и составляет около 5 В/м на высоте 9 км.

Опытное исследование ЭП и соответствующие расчеты показывают, что отрицательный заряд Земли оценивается 32

в полмиллиона кулонов и приблизительно остается неизменным благодаря процессам в атмосфере Земли и вне ее.

Изменения напряженности ЭП Земли в течение года

Рис. 2.1. Изменения напряженности ЭП Земли в течение года

Электрические процессы в атмосфере имеют двойственный характер. Они порождают эффекты местного и глобального масштабов, которые взаимосвязаны и порой трудно отделимы одни от других.

Эффекты глобального ренных широтах и минимальны у экватора и в полярных областях. Годовые изменения напряженности ЭП Земли в течение года представлены на рис. 2.1. Здесь кривая 1 показывает изменения напряженности ЭП на экваторе, кривая 2 — в зоне северного географического полюса, кривая 3 — в зоне южного географического полюса (I-XII — порядковые номера месяцев).

масштаба проявляются в одновременном по всей Земле изменении напряженности ЭП атмосферы. Эти унитарные вариации имеют 11-летний, годовой, 27-суточный и суточный периоды. Средние значения напряженностей ЭП зави

сят от географической широты: они максимальны в уме

Кривые 1,2,3 имеют сходный характер по всему Земному шару с максимумом в декабре — феврале и минимумом в мае — июле.

Суточные же изменения имеют как общепланетарный, так и местный характер. Эффекты местного масштаба определяются метеорологическими условиями, характерными для данного района. Облака, осадки, туманы, метели, пыльные бури вызывают изменения напряженности ЭП с периодами в диапазоне от долей секунды до нескольких часов.

Источниками наиболее сильных ЭП в атмосфере являются грозовые облака. Напряженность ЭП под ними у поверхности Земли может достигать 104 В/м. Грозовые облака являются также и источниками электрических разрядов, существенно изменяющими значения напряженности ЭП у поверхности Земли. Кучевые облака, которые считаются облаками хорошей погоды, вызывают небольшие уменьшения напряженности ЭП. Суточное изменение Е& как tq 120 Ъ ПО

g 100 & 90 ж z г_

5 4

4 0 4 8 12 16 20 24

Время суток, ч

Рис. 2.2. Изменения напряженности ЭП Земли в течение суток

в экваториальных, так и в полярных областях происходит по единому универсальному времени и называется у-нитарной вариацией. Эта вариация связана с суммарной грозовой деятельностью по Земному шару, претерпевающей такие же суточные изменения.

Над остальными областями суши суточное изменение напряженности ЭП Земли связано еще и с местной грозовой деятельностью и может значительно изменяться в зависимости от времени года. На рис. 2.2 представлены изменения ЭП Земли в течение суток. Здесь кривая 1 характеризует экваториальную зону, кривая 2 — зону северного географического полюса, кривая 3 — зону южного географического полюса.

Напряженности ЭП Земли имеют переменные составляющие с частотой 1-13 Гц. В период геомагнитных возмущений в этой зоне частот регистрируются максимальные вариации напряженности ЭП (в 100 раз), что не имеет места в других диапазонах.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >