Погода интересует всех - [53]
Однако при создании грозового электричества, когда вершины ливневого облака оледеневают и появляется ледяная пелена, развивается другой процесс.
Когда ледяные кристаллы соприкасаются с переохлажденными каплями, они тотчас намерзают на кристаллы. Внутри кристаллов возникает разделение электрических зарядов. Ледяные или снежные кристаллы внешне являются электрически нейтральными, но внутри они несут тот или иной заряд. В восходящем потоке воздуха эти кристаллы, как и капли воды, часто сталкиваются и разрушаются или смерзаются, отдельные их осколки приобретают заряды различных знаков. Восходящие потоки «сортируют» эти осколки ледяных кристаллов, которые таким образом тоже способствуют образованию в облаке объемных электрических зарядов противоположного знака.
Разность потенциалов между двумя точками в атмосфере может быть измерена путем зондирования или каким-либо другим способом. Интересно отметить, что даже в ясную погоду разность потенциалов между разными уровнями в атмосфере составляет 120 вольт на метр. Следовательно, между двумя точками, отстоящими друг от друга по вертикали на 2 метра, разность потенциалов примерно равна напряжению на полюсах штепсельной розетки в комнате. Из этого, конечно, не следует, что каждого человека в атмосфере может ударить током. В каждом проводящем теле электрическое напряжение выравнивается, т. е. исчезает, если только на концах проводника разность потенциалов не восстанавливается, как в динамо-машине или в батарее карманного фонаря. Поскольку человек стоит на земле, а каждый проводник, соединенный с землей, принимает ее потенциал, то никакой разности потенциалов между ногами и головой человека при ясной погоде не возникает. Однако постоянная разность потенциалов в атмосфере действует на все заряженные частицы, т. е. на все ионы. Положительные ионы притягиваются к отрицательно заряженной земной поверхности, а отрицательные ионы и электроны перемещаются в более высокие слои атмосферы. Поток положительных ионов к земной поверхности нейтрализует часть ее отрицательного заряда, ибо воссоединение зарядов противоположного знака влечет за собой уменьшение разности потенциалов. Расчеты показали, что поток положительных ионов из атмосферы к земле мог бы нейтрализовать ее заряд в течение нескольких часов. Но поскольку отрицательный заряд земной поверхности остается неизменным, то, очевидно, существует непрерывный приток отрицательных ионов или электронов, численно равный притоку к ней положительных ионов. Электрический заряд земной поверхности поддерживается, в частности, грозовой деятельностью. Грозы служат той динамо-машиной, которая постоянно поддерживает определенную разность потенциалов между высокими слоями атмосферы и земной поверхностью. При каждом ударе молнии к земной поверхности подводится отрицательное электричество. Если при работе обычной динамо-машины электроны движутся по проводникам, то при грозе электроны и ионы движутся через атмосферу. Она до известной степени создает электрическое сопротивление проводника, т. е. систему, потребляющую энергию. Во время грозы разность потенциалов в атмосфере может увеличиваться до 100 000 в на метр. В этих случаях с заостренных предметов — травинок, деревьев и башен, а также с волос и пальцев человека — могут соскакивать в воздух электроны, стремясь соединиться с находящимися в воздухе зарядами противоположного знака. Это так называемые тихие разряды, имеющие очень эффектный вид. Когда такой разряд на заостренных предметах становится достаточно сильным, на фоне темных грозовых облаков или ночного неба вблизи острия возникает зеленовато-голубоватое свечение. Оно может быть настолько сильным, что кажется, будто верхушки мачт и башен горят огнем. Это явление получило название огней Эльма. Неоднократно наблюдавшиеся в одном из портов Японии «японские огни», известные также под названием холодных огней, по-видимому, тоже представляют собой редкую форму огней Эльма.
Грозовые облака, безобидные на вид, но тем не менее иногда в течение нескольких часов дающие столько же осадков, сколько в нормальных условиях выпадает за целый месяц.
Результатом ливней бывают большие разрушения.
Разветвленная молния над мостом Вашингтона в Нью-Йорке (фото агентства Центральбильд).
Атмосферно-электрическая станция в Вансдорфе (Дрезден). Все здание покрыто проволочной сеткой с таким расчетом, чтобы разность потенциалов не возникала между приборами для измерения напряженности электрического поля, смонтированными на крыше, и земной поверхностью.
Отложения зернистой изморози на горе Брокен. Зернистая изморозь, образующаяся в результате намерзания капель переохлажденного тумана, растет навстречу ветру.
Тающая зернистая изморозь на горе Брокен.
Гора Брокен в зимнем одеянии. Брокен — самая снежная гора в ГДР.
Когда воины Ганнибала переходили через Альпы, то на остриях их копий бушевало настоящее море огня, что было ими расценено как предзнаменование будущих побед.
Возникновение объемного заряда и сопровождающих его явлений типа огней Эльма является предпосылкой для электрического разряда, т. е. для молнии. Каков же, однако, путь развития молнии? Отдельные фазы этого электрического разряда удалось выяснить при измерениях под облаками и внутри облаков. При разности потенциалов 30 000 в на метр начинается разряд, который предшествует видимой молнии и называется лидером. Лидер развивается отдельными ступенями, каждая из которых длится несколько тысячных долей секунды, так что лидер успевает за это время продвинуться в сторону земной поверхности лишь на 50—100 м. При этом из многих путей лидер выбирает тот, который дозволяет ему достигнуть земной поверхности возможно быстрее. Как правило, развитие наиболее мощного основного канала Молнии происходит быстрее, чем всех других побочных ее каналов — ответвлений. Когда основной канал молнии приблизится к земной поверхности, навстречу ему с земли начинают двигаться заряды противоположного знака. Через образовавшийся таким образом главный канал в течение 10 микросекунд, т. е. со скоростью, достигающей
