ТЕМА № 7.  Екологічні проблеми атмосфери та шляхи розв’язання.

ІОНИ В АТМОСФЕРІ

          Частина молекул атмосферних газів і часток атмосферного аерозолю - крапель, порошин, кристалів - несе електричні заряди. Ці заряджені частинки називаються іонами. Молекули повітря заряджаються унаслідок втрати електрона або приєднання вільного електрона. До зарядженої молекули приєднуються інші молекули, у яких відбувається шляхом індукції поділ зарядів. Так виникає електрично заряджений комплекс молекул, називаний легким іоном. Заряджені молекули можуть також приєднуватися до ядер конденсації або порошин, завислих у повітрі, унаслідок чого виникають дуже великі важкі іони з масами, в тисячу разом більшими, ніж у легких іонів. Утримання легких іонів біля земної поверхні - декілька сотень на один кубічний сантиметр, важких - від декількох сотень до десятків тисяч на один кубічний метр.

          Краплі і кристали хмар і опадів, виникаючи на іонах як на ядрах конденсації, приєднуючи їх надалі, а також одержуючи електричні заряди іншими способами, також можуть стати носіями електричних зарядів. У більшості випадків вони і є такими. Заряди крапель і кристалів набагато більше, ніж заряди іонів: вони можуть досягати багатьох мільйонів елементарних зарядів (зарядів електрона).

         З висотою вміст іонів збільшується, особливо в шарах вище 80-100 км. Іони є тут в основному зарядженими атомами кисню, гелію і водню. Крім того, значна частина іонів у високих шарах являє собою вільні електрони. Утримання іонів тут вимірюється сотнями і мільйонами на один кубічний сантиметр повітря. Так само як і незаряджені частки, іони в атмосфері постійно переміщаються. Саме завдяки цьому атмосфера має електропровідність, у нижніх шарах малу, у високих - значну.

 

ЕЛЕКТОМАГНІТНЕ ПОЛЕ АТМОСФЕРИ

          В атмосфері завжди існують рухливі електричні заряди, зв'язані з іонами, а також з елементами хмар і опадів. Заряди ці обох знаків, причому переважають позитивні, так що сумарний заряд атмосфери - позитивний. При цьому з висотою він зростає. Сама земна поверхня також має електричний заряд, причому у сумі негативний (порядку - 6х10⁵ кулонів). У результаті атмосфера володіє електростатичним полем, у кожній точці якого є те або інше значення потенціалу. Це значить, що електричний заряд, поміщений у будь-якій точці атмосфери, буде випробувати силу, що діє на нього в напрямку, нормальному до поверхні рівного потенціалу, що проходить через цю точку. Цю силу на одиницю позитивного електричного заряду називають напруженістю атмосферного електричного поля. Вона спрямована у відсутності хмар зверху вниз і вимірюється зміною потенціалу поля на одиницю відстані, тобто у вольтах на метр (В/м).

          У приземному шарі атмосфери напруженість поля в середньому для всієї земної кулі біля 100 В/м. У промислових районах із сильно забрудненим повітрям вона значно більше. З висотою напруженість поля зменшується: на висоті 10 км вона усього біля 5 В/м. Вище 20 км напруженість поля дуже мала; провідність повітря в цих шарах достатня для вирівнювання різниць потенціалу. Напруженість електричного поля атмосфери випробує зміни в добовому і річному ході, а також дуже великі збурення, зв'язані з розвитком хмар, особливо купчасто-дощових (грозових).

        В цілому переніс електрики (виникнення струму провідності) повинний відбуватися від позитивно зарядженої атмосфери до негативно зарядженої земної поверхні. Незважаючи на це, негативний заряд земної поверхні з часом не зменшується. Причина, мабуть, у грозах. У грозових хмарах відбувається сильна електризація хмарних елементів і поділ позитивних і негативних зарядів по окремих частинах хмари. Внаслідок цього в хмарах, а також між хмарами і землею виникають величезні різниці потенціалів, при яких напруженість поля доходить до десятків тисяч вольт на метр. При цьому в атмосфері виникають не тільки позитивні, але і негативні заряди, що індукують позитивний заряд на земній поверхні. Напруженість поля між хмарою і землею може навіть змінити свій напрямок, тобто одержати напрямок нагору. У зв'язку з зазначеними величезними різницями потенціалів в атмосфері виникають іскрові електричні розряди, блискавки, як у хмарах, так і між хмарами і землею. При напруженості поля, спрямованої нагору, блискавки можуть переносити до земної поверхні дуже великі негативні заряди, що і компенсують втрату негативного заряду земною поверхнею в спокійну погоду.

          Смертельним для людини може виявитися струм, що перевищує 60-100 міліампер, якщо він пройде через серце або мозок. Тому небезпечно безпосереднє влучення блискавки в людину. Але якщо блискавка вдарить не безпосередньо в людину, а недалеко від неї, всеодно виникає небезпека. Поблизу місця удару блискавки напруга між точками, що віддалені одна від одної на відстань 1 м, може досягати сотень і навіть тисяч вольт - так звана крокова напруга. Чому крокова? Розставте ноги на один крок, і між підошвами може виникнути ця напруга. Струм, що потече через людину, залежить і від цієї напруги і від опору шкіри ніг і підметок взуття. У цілому гумовому взутті крокова напруга навіть у тисячі вольт безпечна. А для босого, та ще з мокрими ногами і 20 вольт крокової напруги можуть виявитися смертельними. Нарешті, неприємне відчуття в людини, що виявилася поблизу точки удару блискавки, можуть викликати струми індукованих зарядів, що течуть по ньому після удару блискавки. Лінійні блискавки і проливний дощ не єдині прикрості, що несе людині гроза. З грозою зв'язана і поява кульових блискавок - куль діаметром 10-20 сантиметрів, що світяться, плавають у повітрі і іноді вибухають, що може мати небезпечні наслідки.

Основні правила поведінки під час грози.

Вдома.
1. Намагайтеся під час грози знаходитися в помешканні з закритими вікнами, дверима і димоходом, а також із блискавковідводом.
2. Якщо ваш будинок знаходиться в сільській місцевості, заземліть антену приймача, а розмови по телефону відкладіть до закінчення грози.

Поза домом.

3. Якщо ви виявилися біля води, не купайтеся. Блискавка, що впала у воду навіть у десятках метрах від вас, може виявитись для вас занадто близькою.

4. Не ховайтеся від блискавки поблизу самотньо стоячих дерев і кущів. До речі, немає порід дерев, що частіше від інших притягають блискавку  - блискавка найчастіше потрапляє в самотні дерева, незалежно від їхньої породи. Не притуляйтеся до стовпів, копиць сіна і т.д.

5. У лісі вибирайте для укриття дерева більш низькі, чим інші, але не притуляйтеся до їхніх стовбурів.

6. Не ходіть босоніж. Не лягайте на землю. Ноги повинні бути розташовані, як по команді "струнко".

7. Знаходячись на відкритому місці, намагайтеся не виявитися на височині. У горах намагайтеся розташовуватися в середній частині схилів ущелин. Перебігаючи з місця на місце, пам'ятаєте, що середній проміжок часу між блискавками біля 10 секунд.

8. Якщо ваша зустріч із грозою відбулася у відкритому степу й укриття занадто далеко, присядьте, накрийтеся чим-небудь і сподівайтеся, що вам пощастить.

9. Опинившись у човні далеко від берега, сядьте в ньому, постарайтеся заховатися від дощу і пам'ятайте, що можливість ураження блискавкою людини в човні менше десятитисячної відсотка.

При зустрічі з кульовою блискавкою

10. Не біжіть від кульової блискавки - це може створити течію повітря, що потягне її за вами.
11. Намагайтеся повільно відійти зі шляху кульової блискавки і взагалі тримаєтеся від неї подалі, але не повертайтеся до неї спиною, а увесь час уважно стежите за нею.
12. Кульові блискавки часто рухаються з потоками повітря. Тримайтеся навітряної сторони блискавки. У кімнатах намагайтеся не виявитися на шляху протягів (звичайний шлях протягів - між відкритими дверима, вікнами і димоходом).
13. Не хапайте кульову блискавку руками - це не тільки знищить її, але і позбавить вас можливості згодом розповісти про це цікаве і рідкісне явище вашим друзям.
14. Не торкайтеся кульової блискавки ніякими предметами - палицями, дротами, палками і т.п. Не кидайте по ній каменями, м'ячами і т.п. Це може викликати наслідки, про які говорилося в попередньому пункті. Якщо тільки з'явиться кульова блискавка і ви від хвилювання забудете ці правила поведінки, то запам'ятаєте одне: із кульовою блискавкою треба поводитися так, як поводяться з великим і злим собакою, якщо він раптово з'явиться без хазяїна у вашій кімнаті.

Після ураження блискавкою.

      При ураженні людини блискавкою - лінійною або кульовою - її варто перенести в тепле, сухе помешкання зі свіжим повітрям, накрити легкою теплою ковдрою, почати робити штучне дихання і негайно викликати швидку медичну допомогу або лікаря. До речі, не намагайтеся закопати ураженого блискавкою в землю: це не допоможе.