Электромагнетизм и электричество Земли.

Электромагнетизм и электричество Земли.

Это одна из общих статей серии, посвящённой электричеству пчёл. Если вы не собираетесь постигать «глубины» геоэлектричества, то её смело можно игнорировать. Именно о пчёлах здесь нет ни чего. Статья существует в целях экономии времени на поиск и изучение поясняющих тему «электричества пчёл» сведений.

Естественное электромагнитное поле Земли обусловлено сложным комплексом геофизических процессов, протекающих во внутренних и поверхностных слоях земной коры, в нижних слоях атмосферы, в ионосфере, магнитосфере, а также событиями в ближнем межпланетном пространстве и на Солнце.

Разнообразие электрических полей Земли

Переменные электрическое и магнитное поля Земли можно рассматривать только в совокупности — изменение во времени одного из них приводит к появлению другого.

Магнитные силовые линии Земли.

Условная схема магнитного поля Земли. На самом деле магнитное поле Земли имеет гораздо более сложную конфигурацию чем на данном рисунке.

У электромагнитных и электрических сред имеются свои характеристики. Все электромагнитные поля и токи делятся по типу источников на два больших класса – естественного и искусственного происхождения. К естественным электромагнитным полям относятся: постоянное естественное электрическое поле, возникающее в земной коре в результате  электрохимических и электрокинетических процессов; магнитотеллурическое поле, образующееся вследствие корпускулярного излучения солнца (солнечного ветра); поле электромагнитных излучений; естественное импульсное электромагнитное поле Земли (ЕИЭМПЗ), как поле механических напряжений вследствие динамических процессов в земной коре. К искусственным полям относятся поля, создаваемые в земной коре принудительно: постоянное (инфранизкочастотное) поле, переменное поле, поле переходных процессов, электроволновое поле.

Электромагнитные свойства материи

Основными участниками электрических процессов являются материальные объекты. По электрическим свойствам все природные объекты подразделяются на проводники, полупроводники и диэлектрики. В проводниках электромагнитное поле обусловлено сквозным током электронов и ионов, в полупроводниках сквозным током ионов и дырок, в диэлектриках передача энергии электромагнитного поля от одних двойных электрических слоев к другим связана с волновыми процессами. Электрические свойства минералов зависят от их вещественно-петрографического состава. Основную роль играет соотношение металлической, ковалентной и ионной связей химических элементов внутри кристаллов. Жидкости: нефть и дисцилированная вода относятся к диэлектрикам, как и воздух, и все природные газы (без примесей).

Электромагнитные свойства вещества (способность откликаться на внешнее электромагнитное поле) характеризуются основными электромагнитными параметрами: удельной проводимостью (способность получения электрического тока в веществе под действием электрического поля) или удельным электрическим сопротивлением (способность вещества препятствовать прохождению электрического тока), диэлектрической проницаемостью (способность вещества создавать электрическое поле под воздействием внешнего электрического поля) и магнитной проницаемостью (способность вещества создавать своё магнитное поле при воздействии внешнего магнитного поля). Уравнения Максвелла, устанавливающие связь между напряженностью электрического и магнитного полей, электрической и магнитной индукциями и плотностью тока являются фундаментом в теории электромагнитного поля.

Электрические токи Земли

С электромагнитной частью поля (переменного магнитного поля) связывают поля преобладания токов смещения, а с электрической частью связывают поля циркуляции токов (направленное движение электронов) проводимости. Электропроводящие среды наиболее благоприятны для протекания проводимости, а диэлектрики для токов смещения. Теория постоянного электрического поля развивается на основе закона Ома, устанавливающего связь между напряженностью электрического тока, электропроводностью и плотностью тока.

За счёт электрокинетических (электродинамических, электрохимических) процессов, происходящих во всех оболочках Земли, возникают и циркулируют вихревые токи. Те, в свою очередь, порождают электромагнитную индукцию, которая предопределяет существование неуправляемых электрических и электромагнитных полей Земли. Электромагнитные поля имеют преимущественно естественное происхождение. К ним относятся электродинамическое поле (результат геодинамических процессов, в том числе акустических), магнитотеллурические поля (результат вариаций короткопериодных колебаний магнитного поля Земли), поля грозовой активности и т.п. В отдельную группу полей следует выделить электромагнитные поля техногенного происхождения (поля дальних и ближних радиостанций, теле- и радиокоммуникаций, линий ЛЭП и т.д.).

В верхней части литосферы, вследствие электрохимических и электрофизических процессов, возникают поля слабых естественных электрических токов, называющиеся электротеллурическими. Площадь, величина и направление электротеллурических полей не постоянны. Их действие обусловлено региональными или локальными факторами. Региональное поле, особенно во время электромагнитных возмущений, является нестационарным переменным полем. Локальные поля в основном сохраняют постоянный стационарный режим. Градиент потенциала земных токов на суше в среднем колеблется от 1 до 30 мВ/км, но иногда достигает 10 B/км. Электротеллурические токи и региональные электротеллуричекие поля обусловлены ионосферно-электрическими процессами (изменение электрического состояния ионосферы, полярные сияния, магнитные бури), погранично-электрическими процессами (фильтрационно-электрические процессы, конвекционные токи в нижних слоях атмосферы, грозовые разряды и пр.), литосферно-электрическими процессами (контактные напряжения, термоэлектрические и химико-электрические процессы), а так же корпускулярным излучением Солнца и космических лучей, приливными эффектами гравитационного взаимодействия и др.

Региональные переменные квазигармонические низкочастотные (от 10-5 до 10 Гц) поля возникают из-за изменений в электрическом состоянии ионосферы под воздействием солнечного ультрафиолетового и корпускулярного излучений. Наиболее сильные электротеллурические поля наблюдаются во время магнитных бурь. Проникая в слой ионосферы солнечные корпускулы, вызывают там неравномерную ионизацию ионосферы. Электрические неоднородности ионосферы увлекаются сильными высотными ветрами и создают переменные электромагнитные поля в верхних слоях атмосферы и индуцируют переменные поля в земной коре. Величина напряжения региональных электротеллурических токов так же зависит от геологической обстановки. Области распространения пород с высоким сопротивлением отличаются полем с повышенным напряжением.

Особенностью ещё является и то, что электротеллурические токи непрерывно меняют направление. За сутки электротеллурическое поле по величине и направлению претерпевает полный цикл изменений. Кроме того на равнинах умеренных широт отмечаются меридиональные токи, в полярных и экваториальных зонах – широтные. В поверхностном слое Земли постоянно циркулируют электротеллурические токи, образующие обширные замкнутые токовые системы (вихри). Напряженность токовых систем тесно связана с солнечной активностью (суточной и всеми остальными). Напряженность в умеренных широтах наибольших значений достигает в зимний период. Пик суточных вариаций наблюдается около 6 ч утра и около 16 – 18 ч. При этом фазы колебаний в одних пунктах совпадают, а в других нет.

Атмосферное электричество

Важной частью окружающей среды является атмосферное электричество. Основой электропроводящей воздушной среды выступают газы. Механизм возникновения атмосферного электричества следующий: так как силовые линии электрического поля атмосферы направлены сверху, от положительно заряженных слоёв ионосферы, вниз, к поверхности Земли, то ток проводимости возникает в результате движения положительных зарядов вниз и встречного движения отрицательных зарядов вверх. Разность потенциалов у поверхности Земли равна приблизительно 130 В/м. Основным источником электричества приземного слоя являются ионы, образованные при участии слабо радиоактивных газов. Состав и уровень общей ионизации воздуха в приземной атмосфере в основном зависит от геологического строения. (Подробно с электричеством приземной атмосферы знакомимся здесь, с процессами ионообразования – тут, посмотреть на электродный эффект — сюда.)

Электричество земной коры

В земной коре возникают, и постоянно существует локальные электрические поля постоянного тока электрохимической и электрофизической природы, связанные с возникновением двойных электрических слоёв на границах разделов геологических сред. Такие поля электрохимической природы появляются при контакте двух пород при различных агрегатных (лёд – вода, мёрзлая порода – талая порода), метаморфических (известняк – мрамор) и аллотропических (графит – каменный уголь) состояниях, а также при неодинаковых плотностях пород.

Возникновение электродвижущей силы происходит и в результате окислительно-восстановительных реакций в породах, насыщенных растворами веществ при разных температурных режимах. Перемещение воды (морские и речные течения, водопады, фильтрация грунтовых и подземных вод) приводит к появлению локальных полей электрокинетической природы. Диффузионные поля образуются в результате взаимодействия двух природных растворов с различной минерализацией (соленых и пресных подземных вод). Речные потоки создают собственные электрические поля за счёт диффузии ионов на границе русла и речного потока. Поля фильтрационной активности имеются при движении подземных вод (возникают потенциалы течения). Вода, фильтруясь через пористый проводник, способна производить электрические токи. Если почвенный ток высок, а проводник обладает достаточной проводимостью, то на поверхности почвы возникает небольшая магнитная аномалия. Эти поля наиболее интенсивно проявляются на склонах гор и оврагов, на берегах и в руслах рек.

Пульсации магнитного поля

Электромагнитное поле Земли испытывает на себе короткопериодные колебания магнитного поля, называемые пульсациями. Пределы частот геомагнитных пульсаций составляют от нескольких миллигерц до одного килогерца. Например, в течение первой недели после магнитной бури существуют пульсации с амплитудой максимум в несколько гамм, но чаще всего около одной гаммы. Некоторые типы пульсаций происходят одновременно по всей планете. Иногда пульсации имеют региональный характер. Параметры геомагнитных пульсаций определяются как особенностями возбуждения волн, так и условиями их распространения в магнитосфере и ионосфере Земли. По физической природе геомагнитные пульсации являются элементами развития геомагнитных возмущений и магнитосферных суббурь. Короткопериодные пульсации электрического поля нижней атмосферы непосредственно связаны с существованием турбулентного перемешивания и дрейфом объемных зарядов. Например, в условиях тумана интенсивность пульсаций электрического поля увеличивается более чем на порядок.

Иные разновидности электромагнитных полей

На Земле также существует поле электромагнитных шумов. К электромагнитным шумам относятся электромагнитные поля, являющиеся следствием как геодинамических процессов (землетрясений, движений массивов горных пород, оползней, обвалов и т.п.), так и искусственных взрывов и электромагнитных разрядов, электромагнитные поля дальних и в некоторой мере ближних радиостанций.

Время от времени над поверхностью Земли и в атмосфере появляются концентрические зоны, в которых магнитные и гравитационные силы ведут себя необычно. Их появление связано с деятельностью Солнца. Вместе с интенсивным выбросом плазмы Солнце отправляет в сторону нашей планеты и большое количество высокоэнергичных частиц. Достигнув Земли, они приводят к образованию «зон концентрированных связей», нарушающих гравитационное поле планеты. В результате изменяется земное  поле тяготения и соответственно плотность атмосферы. Такие зоны не остаются долго на одном месте. Они передвигаются или просто исчезают.

Если «копать глубже» или «смотреть выше», то можно вспомнить и про глубинный электроток, и про короткоживущие подкорковые локальные возмущения, и про электромагнитное поле грозовых разрядов и пр. В принципе, данных общих знаний об электрическом поле Земли вполне достаточно для «погружение» в тему «Электрические «фокусы» пчёл». Важные дополнения можно найти по ссылкам.

Опубликовано Новиковым С.Н. © http://www.maymed.ru , 2012.

Вы можете оставить комментарий.


Выскажите своё мнение