Спідометр для іонів
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Своєрідний «спідометр», який дозволяє визначати швидкість руху аероіонів — заряджених частинок повітря, винайшли вчені університету Тарту в Естонії. Їх дослідження довели, що рухливість аероіонів може бути важливим показником як електричного стану атмосфери, так і її забрудненості.
На одному з маленьких островів у Балтійському морі, де розташований найстаріший в Естонії Вільсандійський пташиний заповідник, вчені створили експериментальну базу. Це свого роду «пост ДАІ» для аероіонів. Вимірюючи швидкість руху цих частинок у потоках повітряних мас, що проходять над островом, дослідники вже змогли встановити, з якого боку дмуть найбрудніші вітри.
Подібно до того, як носіями електричного струму в металах є електрони, так у повітрі цю функцію виконують аероіони. Це з їх допомогою відбувається постійна розрядка гігантського сферичного конденсатора, між обкладками якого ми живемо. Його негативно заряджений елемент у нас під ногами, позитивно заряджений над головою: це іоносфера. Грозові процеси постійно заряджають цей природний конденсатор, розрядка його відбувається через те, що аероіони роблять повітря електропровідним. Вони народжуються з молекул повітря під дією космічного випромінювання та природної радіоактивності земної кори та атмосфери. До речі, це саме ті іони, які, на думку багатьох медиків, мають цілющі властивості, сприятливо впливаючи на людський організм. Але такі якості є лише у так званих легких аероіонів. (Вони ж грають і основну роль у механізмі електропровідності повітря.)
Тим часом останніми роками намітилася тенденція, що все більше турбує фахівців: аероіони «додають у вазі». У повітряній масі стає все менше легких іонів — причину дослідники бачать у забрудненості атмосфери, що зростає, аерозолями, що потрапляють туди з промисловими викидами. Субмікронні аерозольні частинки стають свого роду капканами для легких аероіонів: немов метелики на вогник, прямують у ці «пастки», один за одним осідаючи там. Замість легких рухливих іонів у повітрі утворюються важкі грона із заряджених частинок. Цілком зрозуміло, що рухливість цих «занурілих» аероіонів знижується. Чим вони важчі, тим повільніше пересуваються.
Саме цю особливість поведінки іонів використовували тартуські вчені у своєму винаході. «Лічильник аероіонів» – так назвали вони портативний прилад, який дозволяє вести дослідження в польових умовах у безперервному режимі.
Вчені підрахували, що в одному кубічному сантиметрі чистого повітря острова Вільсанді міститься приблизно півтори тисячі легких аероіонів, а важких – у сотні разів менше. Картина в промислових районах різко змінюється — в одному з них прилад зафіксував у кубічному сантиметрі повітря 4,5 тисяч важких іонів та мізерну кількість легких іонів.
Донедавна мало хто припускав, що забруднення довкілля може позначитися на електричних властивостях атмосфери. Але зараз дедалі більше фактів свідчить, що різні промислові викиди мають помітно вплинути на хід електричних процесів у атмосфері. Зрештою, це позначиться на всьому метеорологічному режимі планети. Так, за припущенням тартуських вчених, вже до кінця нинішнього століття на земній кулі може змінитися кількість і характер гроз, які є важливою ланкою в теплообміні між екваторіальними та полярними районами Землі.
Антропогенна дія на повітряний басейн, крім інших негативних наслідків, може призвести вже в недалекому майбутньому до зрушень у глобальній електропровідності всієї атмосфери, вважають тартуські вчені. Свої висновки вони ґрунтують на результатах прямих досліджень електричних властивостей повітряного стовпа атмосфери, що проводяться ними. Вчені розробили цілу серію оригінальних приладів, які дають змогу вивчати різні процеси атмосферної електрики. Деякі з них пройшли успішні випробування під час недавніх глобальних експериментів із синхронного виміру вертикальних струмів, що утворюються в повітряному просторі між земною поверхнею та верхніми шарами атмосфери. Ці струми надзвичайно слабкі, але у механізмі атмосферної електрики грають значну роль.
В експериментах, що проводилися у віддалених точках земної кулі: острів Вільсанді — Вальдорф (США) та острів Вільсанді — Сахалін, була спроба з’ясувати шляхом прямих вимірювань справедливість загальноприйнятої на сьогодні конденсаторної моделі атмосферної електрики, про що ми вже згадували. За допомогою антенної системи та різних електрометрів одночасно оцінювалася щільність вертикальних струмів на денній та нічній сторонах Землі.
Дані, отримані в результаті експериментів, зараз обробляються і повинні дати відповідь на цілу низку важливих питань про механізм електричного стану повітряної маси планети, багато в чому ще не пізнаний. Вивчення, контроль та захист електричних властивостей атмосфери стають зараз одним із актуальних завдань у загальній проблемі збереження біосфери.
Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка
При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.