5.18. Електризація хмар та опадів

Частина молекул атмосферних газів і частинки атмосферного аерозолю – краплі, кристали, пилинки – мають електричні заряди. Усі заряджені частинки називаються іонами (від грецького – той що йде).

Молекули повітря заряджаються внаслідок втрати електрона або приєднання вільного електрона. До зарядженої молекули приєднуються інші молекули, в яких відбувається поділ зарядів завдяки індукції – наведення електричних зарядів на провідниках та діелектриках статичним електричним полем. Так виникає електрично заряджений комплекс молекул, який називають легкими іонами. Заряджені молекули можуть приєднатися до ядер конденсації або пилинок, завислих у повітрі, внаслідок чого виникають великі важкі іони масою в тисячі разів більшою, ніж легкі іони. Вміст легких іонів у повітрі поблизу земної поверхні становить кілька сотень в одному кубічному сантиметрі, а важких – від кількох сотень до десятків тисяч в одному кубічному метрі.

Отже продукти конденсації та сублімації водяної пари − краплі і кристали – стають носіями електричних зарядів. Оскільки повітря постійно перемішується, то атмосфера має електропровідність, яка незначна у нижніх шарах та велика у вищих. В атмосфері є заряди обох знаків, переважають позитивні, тому і сумарний заряд атмосфери позитивний. Сумарний же заряд земної поверхні від’ємний.

Таким чином, атмосфера має електростатичне поле. За відсутності хмар напруга атмосферного електричного поля спрямована зверху донизу і вимірюється у вольтах на метр (В/м). У приземному шарі напруга поля в середньому близько 100 В/м. У промислових центрах з дуже забрудненим повітрям вона значно більша. При підняті догори напруга поля зменшується і на висоті 10 км вона становить всього 5 В/м.

В реальних умовах при розвитку купчасто-дощових хмар спостерігаються великі збурення електричного поля. Позитивні та негативні заряди концентруються у різних частинах хмар. Тому у хмарах, між сусідніми хмарами та між хмарами і Землею виникають величезні різниці потенціалів, за яких напруга електричного поля досягає десятків тисяч вольт на метр. Від’ємні заряди у хмарах індукують позитивний заряд на земній поверхні.

Краплі дощу частіше заряджені позитивно. Заряд сніжинок буває різним, але вони заряджені сильніше. Краплі туманів частіше мають однойменні заряди. Лише у 25% випадків вони мають різнойменні заряди. Заряд туманів малий. Такий же заряд мають дрібнокрапельні хмари, із яких не випадають опади.