2.4.3. Атмосферное электричество. Весьма существенную экологическую роль играет энергетический пояс, расположенный вблизи поверхности Земли в виде атмосферного электричества (электростатическое поле). Атмосферное электричество проявляет себя в виде молний, "сухих" грозовых разрядов (зарниц), огней святого Эльма, которые наблюдаются при стекании земного электричества с различных острых предметов, например вершин гор, мачт кораблей и т.п. (Чалмерс, 1974). Электростатическое поле Земли можно представить в виде гигантского конденсатора, проводящими обкладками которого являются земная поверхность и слой ионосферы. Силовые линии поля атмосферного электричества направлены сверху, от положительно заряженных слоев ионосферы, вниз, к отрицательно заряженной поверхности Земли, Движение положительных зарядов вниз и встречное движение отрицательных зарядов вверх приводит к возникновению тока проводимости, средняя величина плотности которого составляет приблизительно 2,9 · 10^-20А/м². Между атмосферой и поверхностью Земли существует разность потенциалов, составляющая у поверхности Земли величину 100 В/м и достигающая во время гроз 40 000 В/м.

В атмосфере всегда присутствуют ионы (аэроионы) обоих знаков (полярностей). В среднем на 1 м² поверхности планеты приходится примерно 6,7 · 10⁹ элементарных зарядов. В большинстве случаев преобладают положительные аэроионы. Количественно соотношение аэроионов обеих полярностей оценивается по величине так называемого коэффициента униполярности - безразмерного отношения числа положительных аэроионов к числу отрицательных: q = п⁺/п^-. При средней концентрации положительных ионов 800 ионов/см³ и отрицательных - 700 ионов/см³ величина q составляет 1,14. В нормальных условиях в 1 см³ воздуха в приповерхностном слое атмосферы содержится 1000 - 1400 аэроионов обоих знаков. В крупных городах удельное содержание аэроионов увеличивается до 1100 - 3500 в 1 см³. Это имеет большое значение с позиций экологии: "тяжелые" аэроионы оказывают вредное воздействие на живые

30

организмы. Значительное увеличение числа ионов наблюдается в атмосфере так называемых "электрокурортов", например Сочи и Кисловодска (1800 - 3700 ионов/см³), а также вблизи водопадов и в зоне морского прибоя (50 - 100 тыс. ионов/см³). При этом соотношение количества положительных и отрицательных аэроионов варьирует, что отражается в изменении коэффициента униполярности от 1,0 в местностях, относимых к "электрокурортам", до 1,25 в крупных городах, промышленных центрах и т.п.

Хотя из названия "атмосферное электричество" следует, что упоминаемое электростатическое поле присуще атмосфере, тем не менее роль литосферы в формировании поля этого вида достаточно велика. Насыщение воздуха ионами происходит вследствие распада радиоактивных элементов, находящихся в воде, почве и горных породах. Радиоактивное излучение почвы и горных пород является, наряду с космическим и солнечным корпускулярным видами излучения, естественным ионизатором воздуха в приземном слое атмосферы. Локальными ионизаторами служат гранитные породы, сланцы, металлические руды, не говоря уже об ураносодержащих горных породах. Через породы и почву по системе капилляров непрерывно просачивается воздух (дыхание Земли), несущий с ювенильными газами радиоактивные эманации. Так, содержание эманации радия (²²²Rn) в почвенном воздухе примерно на три порядка выше, чем в приземном слое атмосферы, вследствие чего проводимость почвенного воздуха в 30 раз превышает проводимость атмосферного воздуха. Согласно адсорбционной теории, отрицательные ионы в силу своей высокой подвижности быстрее диффундируют к стенкам капилляров, отдавая горным породам и почве отрицательные заряды, тогда как выходящие наружу потоки воздуха выносят с собой в атмосферу избыток положительных ионов. Таким образом, можно считать, что геологическое строение верхних горизонтов литосферы, и в первую очередь присутствие в горных породах радиоактивных элементов, в значительной степени обусловливает уровень общей ионизации воздуха в приземном слое атмосферы.

31