2.2 Атмосферна та земна електрика на фільтрації води.

Показано , що накладення неоднорідних електричних полів ( НЕП) на окремі

трубки (КТ ) і макропористі тіла , в яких капілярний тиск набагато менше

гідростатичного ( 2σ12cosθ/r0 << ρ1glsinα ) , істотно впливає як на довжину стовпчиків , так і на швидкість вбирання ( фільтрації ) води. Менш помітно це явище в мікрокапілярів і мікростатичних тілах , де виконується протилежне співвідношення тисків ( 2σ12cosθ/r0 >> ρ1glsinα ) . З явищем фільтрації - просочування води в грунтах і тріщинуватих породах - зіштовхуємося постійно: у наукових дослідженнях , в промисловому і сільськогосподарському виробництвах . Це процеси зрошення і осушення землі , гідрогеологія , гідромеханіка , штучне виконання водних ресурсів землі , скидання стічних вод, обтікання гідротехнічних та електротехнічних споруд , протікання вологи через земляні дамби і греблі , різні електрофізичні та електрохімічні явища в грунтах і багато іншого. Закони руху грунтових вод можуть поширюватися на рух через інші пористі середовища . Тому до області фільтрації примикают сушка і зволоження деревини і тканин , гідроізоляція , переміщення соків в рослинах , нафто добуваннях , витяг соків з плодів і зважених часток з розчинів, очищення стічних вод.

У різноманітті елементів природи грунтова вода і грунт займають найважливіше місце за значимістю для всього людства , його життєвих функцій і тому є першочерговим для існування життя на Землі. З усіх форм зв'язку води (адсорбована на зовнішній і внутрішній поверхнях частинок , волога мікрокапілярів , які складають гідростатичну вологу) і станів типу канатної , плівковою та стикової вологи, що знаходиться в макрокапілярах між частками грунту , нас будуть цікавити лише вказані стану , оскільки за відсутності НЕП ця вода рухається в основному під дією сили тяжіння через КТ ( молекулярні сили при русі грають роль). Інтенсивність фільтрації визначається наявністю найбільших макропор, водяні пари переміщаються шляхом дифузії . У присутності градієнта температури виникають додавальні , так звані термоградієнтні потоки , які при незначних коливаннях суточної температури грунту мають другорядне значення.

Величезна роль грунтової води для людства аргументує бажання знати напрямок і розумно керувати процесами протікання рідини в грунтах , а для цього необхідне глибоке знання закономірностей і законів фільтрації води , особливо в присутності численних і різноманітних електричних полів.

Як зазначено, головна перепона у використанні значного постійного заряду

атмосфери полягає в тому , що заряд в атмосфері неуважний з малою щільністю по всьому навколоземному просторі. Лише в передгрозовому стані атмосфери або при грозах відбувається концентрація зарядів у порівняно невеликому за обсягом просторі ( грозові хмари ) . Тоді виникають можливі НЕП , які можуть істотно впливати на фільтраційні властивості грунту .

Дійсно, в каналі лідера , який прокладає шлях блискавки , внаслідок стикання негативного заряду з хмари , останній заповнює його , як і канал будь-якого стримера. Найбільша кількість заряду зосереджено в голівці лідера . У міру просування лідера під впливом створюваного ним НЕП в землі також відбувається переміщення позитивних гідратованих іонів . Вони зосереджуються якомога ближче до голівки каналу лідера . Якщо

грунт однорідний , ці заряди концентруються безпосередньо під каналом лідера. Якщо ж грунт неоднорідний і основна його частина володіє великим питомим опором , то об'ємні заряди зосереджуються в ділянках з підвищеною вологістю , а отже , і провідністю (грунтові води). Навколо них в землі виникають потужні НЕП , які здатні істотним чином впливати на вологоперенос в грунті. Коли лідер досягає землі , починається зворотний розряд. На голівці цього розряду , який забезпечується перетіканням в канал позитивних зарядів з грунту , є область підвищеної напруженості електричного поля , під впливом якої щільність зарядів плазми збільшується на порядки. При цьому відбувається значна перебудова НЕП в грунті в напрямку посилення його напруженості в кожній точці. Після блискавки спостерігається тривала релаксація цього поля , яка супроводжується новим перебудівництвом полів вологовмісту в грунті. У широких порах грунту при дії всіх зазначених

факторів блискавки виникає конвективний рух вологи у вигляді пари або рідини .

Все ж основною характеристикою блискавки є струм , який переважно проходить по шляхах підвищеної вологості. Він виникає у внутрішніх частинах об'єкта завдяки його зволоження. За рахунок нагрівання і випаровування вологи струмом блискавки всередині пористого тіла різко збільшується тиск, який і призводить до його руйнування. Навіть через кілька діб можна спостерігати , що від місця зародження блискавки на значні відстані радіально розходяться промені обпаленої трави , які свідчать, що струм блискавки стелився в макрокапилляров супіски , по яким підтягувалися позитивні гідратованих іони , а з ними і вода. Ці напрямки виявилися набагато більш вологими , хоча саме в них відбувалося бурхливий випаровування вологи порівняно з сусідніми ділянками , а в епіцентрі блискавки ( каналі діаметром близько 1 см) спостерігалися вигорання ґрунту і агрегування частинок піску в результаті оплавлення . Це й зрозуміло , оскільки для лінійної блискавки різниця потенціалів між хмарою і землею може досягати 10⁹ В. Середня сила розрядного струму становить приблизно 103 А , а середній заряд , стерпний блискавкою , - 20 Кл.

Виділяється в каналі блискавки енергія дорівнює 109 -1010 Дж. Під час імпульсу ( ≈ 10- 3с ) канал блискавки нагрівається до 2 ⋅ 10⁴ К. Протягом проміжку між імпульсами ( ≈ 10-2 с) весь розряд блискавки триває близько

0,1 с.

Втім (і це важливо підкреслити) , відсутність блискавок ще не означає , що зарядів немає. І в грозових хмарах , і в різних видах хмар , зокрема в шаруватих і шарувато - дощових , накопичуються електричні заряди.

Зауважимо , що вже в чистій атмосфері , де взагалі немає ніяких хмар ,

є вільні електричні заряди. Весь повітряний простір над земною поверхнею

пронизують електричні струми , поточні зверху вниз - від « небес» , а точніше , від іоносфери , яка заряджена позитивно , а земна поверхня - негативно. При цьому різниця потенціалів між ними сягає 4 · 10⁵ В. Повний негативний заряд

Землі (як і позитивний заряд іоносфери) складає близько 10⁵ Кл. З висотою напруженість Е поля атмосфери зменшується. Найбільшого значення напруженість поля приймає поблизу земної поверхні ; в умовах чистої

атмосфери вона дорівнює 100 В / м. Отже , атмосферний електричне поле неоднорідне і спрямоване вертикально вниз. Тому воно повинно впливати на масоперенос в рослинах , оскільки вони є колоїдними капілярно - пористими тілами , в капілярах і осмотичних осередках яких від коренів рухається водний цілющий розчин. Останній повинен впливати на інтенсивність росту і плодоношення рослин.

Земля при іоносферному струмі не втрачає свого заряду тому, що існують і зворотні струми зарядки в місцях порушеною погоди , коли позитивні заряди переносяться з блискавками і опадами із земної поверхні до негативно зарядженої нижній частині хмари , після чого вони переходять в її верхню частину , а потім в іоносферу . І , таким чином , зберігаються як позитивний

заряд іоносфери , так і негативний Землі. Зауважимо , що під час грози напруженість поля поблизу поверхні перевищує 104 В / м. Причому воно спрямоване не вниз , як при ясній погоді , а вгору. Це означає , що в даному місці земної поверхні зосереджений великий позитивний заряд. Навколо заряджених місць в землі і між ними виникають потужні НЕП і струми , які

впливають на перенесення вологи при фільтрації. Навіть за відсутності грози існуючі хмари в ґрунті порівняно потужні позитивні заряди. При поверхневій напруженості близько 500 В / м з загострених предметів - кінчиків дерев , труб , щогл і навіть трави в атмосферу стікають коронні розряди . При цьому градієнт напруженості ∇ Е направлений від ґрунту до верхівок

рослин , сприяючи всмоктуванню додаткової кількості вологи.