Тарасов Л.В. - Ветры и грозы в атмосфере Земли (1109048), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Здесь снежинки осаждаются на поверхности, но не удерживаются там — ветер выметает их из данной зоны. В зоне В возникают вихревые воздушные потоки. Они способствуют как осаждению, так и накоплению снега. В этой зоне и будут скапливаться основные массы снега. При подходящих условиях именно здесь может зародиться снежная лавина. В рассмотренном примере нижняя гранина снеговой тучи оказалась выше вершины горы. Однако она могла оказаться и ниже вершины. Понятно, что в таком случае картина осаждения и накопления снега заметно усложнилась бы. 192 Глава 2. Фазовые оерекоды в атмосфере Пылевые бури и метели: сходство и различия Сухая погода, высохшая почва, сильный ветер, вызванный прохождением периферии устойчивого антициклона — в результате в воздух поднимаются огромные массы пыли, закрывающие подчас все небо.
Начинается пылевая буря. Исключительно сильная пылевая буря разразилась в степных областях Украины в апреле 1928 г. Ветер поднял в воздух более 15 млн т чернозема (с плошади около 1 млн км'). Высота облаков черной пыли достигала 700 — 800 м. Эта пыль была перенесена на запад и осела в Прикарпатье и Румынии. В декабре 1985 г.
сильная пылевая буря пронеслась над Ашхабадом (Туркмения). В десять часов утра вдруг стало смеркаться, и вскоре сделалось темно, как в безлунную ночь. В течение нескольких часов город находился в удушливой темноте. Поднялся штормовой ветер, шлейфы песка стелились по асфальту, ломались деревья, срывались крыши с домов. Эта пылевая буря пришла с Аравийского полуострова; она пересекла с юга на север Иран, преодолев расстояние свыше 1500 км.
Над Ашхабадом зта буря пронесла более 100 тыс. т пыли. В зависимости от структуры и окраски почв, выдуваемых ветром, наблюдаются пьиевые бури разного цвета. Черные бури возникают над черноземными почвами (например, в Украине и Башкириии). Над суглинками зарождаются зкельн ые или бурые бури (в Казахстане). Над красноватыми почвами, богатыми оксидами железа, случаются красные бури (в пустынях Средней Азии, Ирана, Афганистана). Над солончаками могут возникнуть белые бури. Пылевые бури сродни сильным низовым метелям. И в том, и в другом случае необходимы сильный ветер и сравнительно рыхлый поверхностный слой, способный подниматься в воздух под действием ветра. Правда, дпя пылевой бури требуется более сильный ветер.
Его скорость должна быть не менее 15 м/с, тогда как достаточно сильная метель может разыграться уже при скорости ветра 10 м/с. Микроструктура пылевой бури аналогична микроструктуре низовой метели. Частицы пыли совершают те же движения, что и метельные частицы: влечение вдоль поверхности, прыжки, питание в воздухе. Пылевая буря изменяет вид местности примерно так же, как и метель. В одних местах происходит выметание поверхности, в других нарастают «сугробы». На поверхности земли могут образоваться пылевые волны. 2.б. Метели 193 Вместе с тем пылевые бури существеиво отличаются от метелей — ведь частицы пыли совсем не похожи на метельные частицы или снежинки.
В скоплениях снежинок происходят фазовые переходы, а в скоплениях пыли их нет. Между снежинками образуются ледяные связи; под действием ветра поверхность снежного покрова уплотняется. Подобных взаимодействий между частицами пыли нет; слой сухой почвы под действием ветра не упрочняется, а наоборот, делается еше более рыхлым и податливым. В отличие от метельных частиц, частицы пыли не испаряются.
Все зто позволяет понять два основных отличия пылевых бурь от метелей. Первое состоит в том, что доля взвеси в пылевой буре может оказаться значительно больше, чем в метели. Второе связано с дальностью переноса взвеси. Как отмечалось, дальность переноса снега метелями ограничена несколькими километрами. Что же касается пылевых бурь, то они могут проходить расстояния в сотни и даже тысячи километров. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО В АТМОСФЕРЕ ГЛАВА 3.1. АТМОСФЕРНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО Электрическое поле и электропроволность атмосферы Физический портрет атмосферы не исчерпывается описанием ее динамических (механических) и тепловых свойств.
В воздушном океане, на дне которого мы живем, существует, помимо всего прочего, электрическое поле. Поэтому нам потребуется расширить перечень физических характеристик атмосферы. Ранее были введены и применялись такие физические характеристики, как температура Т, давление р, скорость частиц воздуха о (не молекул, а частиц воздуха!), плотность атмосферного водяного пара р (и соответственно относительная влажность воздуха у). Все эти характеристики локальные — они относятся к данной точке пространства атмосферы и к данному моменту времени.
В общем случае они изменяются как с течением времени, так и при перемещении наблюдателя из одной точки пространства в другую. Во многих случаях изменения характеристик атмосферы могут быть относительно медленными, поэтому можно говорить о температуре, давлении, плотности пара, скорости ветра по отношению к некоторой воздушной массе. Переходя к рассмотрению электрического поля и электрических явлений в атмосфере, дополним перечисленные выше локальные физические характеристики атмосферы еще двумя (тоже локальными); напряженностью Е электрического поля атмосферы (она измеряется в единицах В/м) и удельной электрической проводимостью л атмосферы (измеряется в единицах Ом ' м ') и является величиной, обратной удельному электрическому сопротивлению. 3.
1. Атмосферное электричество 195 1 0 31020 50 100 Е, В/м Проше всего рассматривать электрическое поле атмосферы в так называемых зонах хорошей погоды — там, где нет осадков и даже облачности. Напряженность электрического поля у поверхности Земли равна там приблизительно 100 В/м (точнее говоря, 130 В/м). Она направлена вертикально вниз и, значит, земная поверхность заряжена отрицательно. Суммарный отрицательный заряд, распределенный по земной поверхности, составляет 3 — 5 10' Кл. На рис. 3.1 представлено экспериментально найденное изменение напряженности поля Е с высотой и в зоне хорошей погоды. В непосредственной близости от земной поверхности имеем Е = 100 В/м; на высоте 500 м имеем Е = 50 В/м; на высоте 3 км имеем Е = 20 В/м; на высоте 10 км имеем Е = 3 В/м.
Можно предвидеть, что читатель умножит мысленно свой рост (допустим, он равен 1,7 м) на напряженность поля 100 В/м и задаст вопрос: Рис. 3.1 «Если, когда я нахожусь в вертикальном положении, между моей макушкой и моей пяткой имеется напряжение 170 В, то почему же меня не ударяет током?» Дело в том, что наше тело — хороший проводник, и следовательно, потенциал всех его точек одинаков, так что никакой разности потенциалов (электрического напряжения) между точками тела не возникает. Эквипотенциальные поверхности поля атмосферы параллельны земной поверхности — см. параллельные штриховые линии на рис.
3.2, а. Теперь предположим, что на земле стоит человек. В его теле происходит перераспределение зарядов, и система эквипотенциальных поверхностей принимает вид, показанный на рис. 3.2, б. В чем причина су1цествования в атмосфере электрического поля? Причина вполне понятна: космические лучи, экесткое электромагнитное излучение Солнца и радиоактивное излучение из земных недр ионизируют земную атмосферу, в результате чего в ней появляются электрически заряженные частицы, в том числе свободные электроны, атомарные и молекулярные ионы (подробнее об ионизации земной атмосферы и образовании ионосферы мы поговорим в разд.
3.7). 19б Глава 3. Электричество в атмосфере Можно приближенно уподобить слой атмосферы в зоне хорошей погоды плоскому электрическому конденсатору, у которого нижняя пластина — участок подстилаюшей поверхности (она заряжена отрицательно), а в роли верхней пластины выступает нижняя граница ионосферы на высоте примерно и = 50 км (она заряжена положительно) (рис. 3.3). 500 В 400 В 300 В 200 В 100 В ОВ Рис. 3.2 Ионосфера 1- + ч + + ф + -1- Земная ноаархносхь Рис. 3.3 Конечно, зто довольно грубое представление поля атмосферы. Ведь, как можно видеть на рис.
3.1, его напряженность изменяется с высотой в интервале значений порядка 100 В/м, тогда как поле внутри плоского конденсатора является однородным и потому одинаково как по направлению, так и по модулю во всех точках пространства. 3. 1. 4тмосферное электричество 197 Тем не менее, используя приближенно модель плоского конденсатора (благодаря ее наглядности), будем считать, что электрическое поле атмосферы в зоне хорошей погоды есть однородное поле и оно характеризуется эффективным значением напряженности Е, = 5 В/м.
В таком случае разность потенциалов между Землей и ионосферой нетрудно оценить: Е . Ь = 5 В/м 50 км = 250 кВ. Этот результат вполне соответствует экспериментальным данным, согласно которым разность потенциалов между Землей и ионосферой полагают равной 300 — 400 кВ. Вследствие ионизации атмосфера оказывается проводником, хотя и довольно плохим. Как показали измерения, удельная электрическая проводимость земной атмосферы равна непосредственно у поверхности Земли 3.10 '4 Ом '. м '. С высотой электрическая проводимость быстро возрастает и, например, на высоте 1О км становится равной приблизительно!О-" Ом-' м-'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
