Электрическое поле в облаках

Ключевым в проблеме формирования погоды считается вопрос конденсации водяного пара в облаках и как следствие — выпадение осадков. Условия, при которых это происходит, весьма сложные.

Одним из значительных факторов, от которых зависит изменение фазового состояния воды и коагуляция капель, является сильное электрическое поле в облаках. Поэтому, чтобы разобраться в этой проблеме, необходимо, с одной стороны, понять роль электрического поля в поведении облаков, а с другой — установить, каким законам оно подчиняется, от чего зависит и как изменяется в пространстве и времени.

Может оказаться, что электрическое поле, действующее в облаках, является одной из ниточек, через которые происходит управление формированием и изменением погоды.

Электрическое поле возникает там, где имеются электрические заряды, возникшие из электрически нейтральных частиц. Образование этих зарядов зависит от температуры, а также от восходящих и нисходящих движений воздуха в облаках.

Восходящие потоки заносят вверх мелкие переохлажденные водяные капли. Там они сталкиваются с градинками, падающими из верхней части облака. При этом часть капелек воды замерзает и выделяется теплота замерзания, которая идет на повышение температуры всех остальных капель (до 0° С).

Это тепло путем теплопроводности передается окружающим частицам воздуха. При этом снаружи каждая градина становится холоднее, чем внутри. Другими словами, температура внутри градины изменяется от 0° С в ее центре до меньшей величины в ее внешних частях.

В результате этого перепада вначале замерзает внешняя часть капли и только после этого — ее внутренняя часть. Расширившаяся при замерзании вода разваливает каплю на куски. Ее мелкие осколки, находящиеся снаружи и заряженные положительным электрическим зарядом, уносятся вверх восходящими потоками воздуха, а тяжелые — образованные из внутренней части капли и заряженные отрицательно перемещаются вниз его нисходящими потоками. Поэтому в верхней части облаков всегда имеются положительные электрические заряды, а в нижней — отрицательные.

Таким образом могут заряжаться только капли определенных размеров, от 20 до 50 мкм. Если капля меньше, она при замерзании не развалится. Из большой же капли будет происходить разбрызгивание маленьких, заряженных отрицательно (внутренняя часть большой капли имеет отрицательный электрический заряд).

Происходят и другие процессы, приводящие к разрушению капель и образованию осколков с разноименными электрическими зарядами. Например, мягкие градины, соединяясь с переохлажденными каплями, быстро растут. Но при этом они оказываются на несколько градусов теплее окружающей среды (тепло выделяется при слиянии).

Более теплые крупные градины сталкиваются с мелкими и более холодными кристаллами льда. Происходит их крушение, в результате которого мелкие осколки заряжаются положительно, а крупные — отрицательно.

Далее идет обычный процесс: мелкие частицы заносятся вверх, а крупные опускаются вниз. Возникает разделение электрических зарядов, а значит, и электрическое поле, направленное от положительного заряда к отрицательному, т. е. сверху вниз.