Михаил Галисламов - Воздействие на геосферы Земли – причина изменения климата

В 1906 г. между 13 и 23 октября был ураган, который зародился и прошел близко к пути урагана в октябре 1947 г. Он также повернул и двинулся обратно к побережью США, но только в юго-западном направлении.

О существовании электрического поля в атмосфере Земли известно давно, изучение электрических процессов в атмосфере Земли осуществляется на протяжении нескольких веков. Б. Франклин (США) установил две формы электрических зарядов. Первые молниеотводы появились в 1752 г. в США и в Чехии. Большой вклад в понимание физики атмосферного электричества внес Вильсон (C.T.R. Wilson) в начале XX века. Он продемонстрировал наличие ионов в атмосфере, показал, что Земля заряжена отрицательно, а космические лучи вызывают разрядку планеты. Полярность Земли, в отсутствие грозовых облаков, всегда отрицательна, в тоже время верхний слой атмосферы (ионосфера) заряжен относительно Земли положительно. Большинство исследователей сходятся во мнении, что атмосферное электричество взаимосвязано с разделением электрических зарядов в грозовом облаке. Эта модель объяснения унитарной вариации АЭП остается признанной до сих пор.

Величина Еz = 130 В/м вблизи поверхности Земли практически постоянна в различное время года и для различных регионов. Автор работы [29] считает, что молнии переносят заряды из атмосферного слоя и обеспечивают отрицательный заряд Земли, под действием которого создается электрическое поле, возникают слабые электрические разрядные токи. Напряженность атмосферного электрического поля уменьшается летом и возрастает зимой; ночью поле больше его дневного значения. Отмечаются синхронные для всех пунктов суточные и годовые вариации E – т. н. унитарные вариации (UT). Явление UT заключается в том, что величина Е по всей Земле одновременно возрастает на 20 % в тот момент, когда в Лондоне (UT-мировое время) 19 часов. Установлено [30. С. 83], что максимум грозовой деятельности, усредненный по всей поверхности земного шара, приходится также на 19 часов по лондонскому времени. Автор считает, что возникновение электрических зарядов в атмосфере может быть обязано источникам, или их сочетаниям. К ним он относит: галактические космические лучи, солнечные космические лучи и естественные радиоактивные источники почвы. АЭП увеличивается с высотой в горах [31]. Наблюдение вступает в противоречие с теорией об ослаблении поля, по мере удаления от центра Земли.

Ионизация – это процесс, посредством которого из нейтральных атомов или молекул получаются положительные или отрицательные заряды. Газ, большинство частиц которого имеют электрический заряд, отличается от обычного газа. Он проявляет сходство с проводниками, электролитами и полупроводниками. Эти свойства являются следствиями электрических полей между заряженными частицами. Газам, ионизованным до высокой степени, И. Лэнгмюр дал особое название «плазма». Определение плазмы связано с представлением об ионизованном газе. Смеси газов, состоящие из противоположно заряженных компонент, у которых плотность заряженных частиц становится фактором взаимодействия этих частиц с электрическими и магнитными полями, в том числе и с внешними полями, представляет собой плазму [32].

Информация о работах по физике плазмы газового разряда ранее широко не освещалась. Она стала доступна научной общественности с 1958 г., после Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии. Физика плазмы относится к проблеме многих тел. Основное взаимодействие – электромагнитное, хорошо изучено. Между заряженными частицами плазмы действуют электростатические силы. По теории, частицы газа с разноименными зарядами при встрече нейтрализуют друг друга. Статическая механика таких равновесных систем создана. Однако силы взаимодействия простираются на значительные расстояния [33], динамические свойства оказываются разнообразными, существует много типов коллективных движений.

Плазма называется газовой, если число таких частиц велико. По условию, плазма нейтральна и состоит из большого числа частиц двух сортов с зарядами +е и – е. Согласно теории, в объеме одной поверхности заключено равное количество положительных и отрицательных ионов. Плазма отличается от скопления просто заряженных частиц минимальной плотностью, определяемой из условия L > D, где L – линейный размер системы заряженных частиц, D – характерное для плазмы расстояние, называемое дебаевским радиусом экранирования [30. С. 505]:

rD = (kT/2πe2n)0,5,

где T – температура электронов, в кельвинах (К), k = 1,380662 эрг/К – постоянная Больцмана, e – заряд электрона, n – концентрация частиц одного знака заряда.

В теории Дебая – Хюккеля ион полностью ионизированного газа принимается за точечный заряд. Если приложить к плазменному объекту внешнее поле, то оно проникает на глубину порядка дебаевского радиуса. Чтобы плазма сохраняла квазинейтральность, ее линейные размеры должны намного превосходить дебаевский радиус (rD). Экранирование кулоновского поля произвольного заряда плазмы на расстояниях rD происходит в результате того, что данный заряд оказывается окруженным частицами с зарядами противоположного знака. Взаимодействие заряженных частиц друг с другом возрастает, когда плотность заряженных частиц растет.

Наиболее важными характеристиками плазмы являются плотность и температура заряженных частиц. Если среда представляет собой не полностью ионизованный газ и плотность заряженных частиц в газе очень мала, то ионы взаимодействуют, в основном, с нейтральными частицами. Большая электропроводность плазмы приближает ее свойства к свойствам проводников. Сильное взаимодействие с внешними магнитными и электрическими полями обусловлено высокой электропроводностью плазмы. В природных условиях на Земле плазма появляется в пламени и, посредством поля, при грозовых разрядах; искусственная – создается при разрядах в газоразрядных лампах. Средняя кинетическая энергия электронов в газоразрядной плазме значительно превышает среднюю энергию нейтральных частиц плазмы. В плазме отсутствует термодинамическое равновесие. В газоразрядной плазме заряженные частицы, входящие в ее состав, непрерывно находятся в ускоряющем электрическом поле. Состояние термически неравновесной газоразрядной плазмы поддерживается ва счет энергии разрядного тока, проходящего через плазму [34].

Особое коллективное взаимодействие частиц, связанное с кулоновскими силами, позволяет рассматривать плазму как особое агрегатное состояние вещества. Эти свойства приводят к возможности возбуждения и распространения в плазме разнообразных колебаний и волн. С прекращением действия внешнего поля, с течением времени исчезает плазменное состояние газа. Исчезновение предоставленной самой себе плазмы называется деионизацией газа.