9. Электрическое поле атмосферы

Итак, в атмосфере всегда существуют подвижные электри­ческие заряды, связанные с ионами, а также с элементами об­лаков и осадков. Заряды эти — обоих знаков, причем преобла­дают положительные, так что суммарный заряд атмосферы — положительный. При этом с высотой он растет. Сама земная поверхность также обладает электрическим зарядом, притом в сумме отрицательным (порядка -6*10⁵ кулонов).

В результате атмосфера обладает электростатическим полем, в каждой точке которого есть то или иное значение потенциала. Это значит, что электрический заряд, помещенный в любой точке атмосферы, будет испытывать силу, действующую на него в направлении, нормальном к поверхности равного потенциала, проходящей через эту точку. Эту силу на единицу положитель­ного электрического заряда называют напряженностью атмосферно-электрического поля. Она направлена в отсутствии обла­ков сверху вниз и измеряется изменением потенциала поля на единицу расстояния, т. е. в вольтах на метр (в/м).

В приземном слое атмосферы напряженность поля, в среднем для всего Земного шара, около 100 в/м.. В промышленных райо­нах с сильно загрязненным воздухом она значительно больше. С высотой напряженность поля уменьшается: на высоте 10 км она всего около 5 в/м.. Выше 20 км напряженность поля очень мала; проводимость воздуха в этих слоях достаточна для вы­равнивания разностей потенциала. Напряженность электрического поля атмосферы испытывает изменения в суточном и годовом ходе, а также очень большие возмущения, связанные с развитием облаков, особенно кучево-дождевых (грозовых).

В общем, перенос электричества (ток проводимости) дол­жен происходить от положительно заряженной атмосферы к от­рицательно заряженной земной поверхности. Несмотря на это, отрицательный заряд земной поверхности с течением времени не убывает. Причина состоит, по-видимому, в грозах.

В грозовых облаках происходит сильная электризация об­лачных элементов и разделение положительных и отрицатель­ных зарядов по отдельным частям облака. Вследствие этого в облаках, а также между облаками и землей возникают огром­ные разности потенциалов, при которых напряженность поля доходит до десятков тысяч вольт на метр. При этом в атмо­сфере возникают не только положительные, но и отрицательные заряды, индуцирующие положительный заряд на земной поверх­ности. Напряженность поля между облаком и землей может даже изменить свое направление, т. е. получить направление вверх. В связи с указанными огромными разностями потенциа­лов в атмосфере возникают искровые электрические разряды, молнии, как в облаках, так и между облаками и землей. При напряженности поля, направленной вверх, молнии могут перено­сить к земной поверхности очень большие отрицательные за­ряды, которые и компенсируют потерю отрицательного заряда земной поверхностью в спокойную погоду.