Egidijus Rimkus „<strong>Meteorologijos</strong> įvadas“pav<strong>ir</strong>šiaus jos vėl sugrįžta į jonosferą. Šiam procesui kartojantis radijo signalas gali apkeliauti <strong>ir</strong>visą planetą.Atmosferos elektrinis laukasAtmosferoje debesys, krituliai, rūkas, aerozoliai turi elektros krūvį. Net „švarioje”atmosferoje egzistuoja elektros laukas, t. y. kiekvienas jos taškas turi vieną ar kitą potencialoreikšmę. Pagrindinė šio lauko charakteristika yra atmosferos elektrinio lauko stipris (E) – jėga,veikianti vienetinį teigiamą elektros krūvį atmosferoje. Kai nėra debesų, ji yra nukreipta iš v<strong>ir</strong>šaus įapačią <strong>ir</strong> išreiškiama lauko potencialo pokyčiu vienetiniam ilgiui (V/m). Tyrimų duomenimis,vidutinė E reikšmė prie žemės pav<strong>ir</strong>šiaus siekia 100–130 V/m. Žemė daugiausia turi neigiamą, oatmosfera – teigiamą krūvį. Tačiau kritulių, pūgos <strong>ir</strong> kitų atmosferos reiškinių metu elektrinio laukostiprio kryptis <strong>ir</strong> dydis gali keistis <strong>ir</strong> pasiekti net 1000 V/m.Toks atmosferos <strong>ir</strong> žemės krūviopasisk<strong>ir</strong>stymas yra aiškinamas didesniu teigiamųnegu neigiamų jonų skaičiumi atmosferoje. Žemėspav<strong>ir</strong>šius absorbuoja dalį atmosferoje susidariusiųneigiamų jonų <strong>ir</strong> tokiu būdu įgauna neigiamą krūvį.Dėl elektros krūvių sk<strong>ir</strong>tumo atmosferojevyraujančiomis sąlygomis susidaro nuolatinėelektros srovė, t. y. teigiami atmosferos jonai judalink žemės pav<strong>ir</strong>šiaus (9.1 pav.). Tokiu būdu pertam tikrą laiko tarpą žemės pav<strong>ir</strong>šiaus krūvis turėtųtapti neutraliu. Tačiau to neatsitinka. Realioje9.1 pav. Elektros srovės kryptis prie atmosferoje prie žemės pav<strong>ir</strong>šiaus elektrinio laukožemės pav<strong>ir</strong>šiaus įprastomis oro stipris visada yra didesnis už 0. Per parąsąlygomis (Nese, Grenci, 2005) didžiausias jis būna apie 19 valandą Grinvičo laiku.Yra išsk<strong>ir</strong>iamos kelios priežastys, aiškinančios, kas palaiko nuolatinį potencialų sk<strong>ir</strong>tumątarp žemės <strong>ir</strong> atmosferos. Svarbiausia iš jų – kib<strong>ir</strong>kštinė iškrova (žaibas) tarp debesies <strong>ir</strong> paklotiniopav<strong>ir</strong>šiaus perkūnijos metu. Vykstant kib<strong>ir</strong>kštinei iškrovai tarp žemės <strong>ir</strong> debesies, paklotinispav<strong>ir</strong>šius pasipildo milžinišku neigiamu krūviu (apie 20–30 kulonų) <strong>ir</strong> taip yra kompensuojamaslėtas neigiamo krūvio netekimas ne perkūnijos metu (9.2 pav.).9.2 pav. Elektros krūvių judėjimo atmosferoje bei žemės pav<strong>ir</strong>šiuje schemaVienu metu Žemės rutulyje vyksta apie 700–800 perkūnijų. Daugiausia jų tropinėseplatumose, kur intensyviausiai vyksta konvekciniai procesai. Būtent konvekcinių procesų parosciklas <strong>ir</strong> lemia elektrinio lauko stiprio kaitą per parą – apie 19 valandą Grinvičo laikukumuliatyvinis visuose žemynuose vykstančių perkūnijų poveikis yra pats didžiausias. Vėliau jisslopsta <strong>ir</strong> elektrinio lauko stipris mažėja.137
Egidijus Rimkus „<strong>Meteorologijos</strong> įvadas“Didėjant aukščiui, elektrinio lauko stiprio reikšmė greitai mažėja <strong>ir</strong> 10 km aukštyje yra vos 5V/m. Tai susiję su tuo, jog didėjant aukščiui daugėja dalelių, galinčių pernešti elektros krūvį, beiauga jų judėjimo greitis. Tai reiškia, jog didėja atmosferos elektrinis laidumas, kurį sukuria oreesantys jonai. Elektrinis laidumas yra aukščio funkcija: 30 km aukštyje jis 150 kartų didesnis neiprie žemės pav<strong>ir</strong>šiaus. Ypač staigiai elektrinis laidumas išauga jonosferoje, į kurią prasiskverbiajonizuojantis Saulės spinduliavimas. Jonosferoje elektros laidumas 10 12 karto didesnis nei priežemės pav<strong>ir</strong>šiaus. Čia elektrinio lauko stipris lygus 0, kadangi atmosferos laidumas yra pakankamaselektrinio lauko potencialų sk<strong>ir</strong>tumui išlyginti.Debesų <strong>ir</strong> kritulių elektraĮva<strong>ir</strong>ūs meteorologiniai reiškiniai (rūkas, krituliai <strong>ir</strong> kt.) lemia stiprius elektrinio laukopasikeitimus. Debesų <strong>ir</strong> rūko lašeliai, taip pat <strong>ir</strong> kieti jų elementai dažniau yra įelektrinti neineutralūs. Smulkių rūko <strong>ir</strong> debesų lašelių elektros krūvio dydis kinta nuo dešimčių iki tūkstančiųelementarių krūvių (elektrono krūvių). Rūko lašeliai dažniausiai yra vienodo ženklo, nors retaisatvejais krūviai atsk<strong>ir</strong>ose jo dalyse sk<strong>ir</strong>iasi. Debesies lašeliai taip pat gali būti <strong>ir</strong> vienodo, <strong>ir</strong> sk<strong>ir</strong>tingoženklo, t. y. vienoje debesies dalyje kaupiasi vieno ženklo krūviai, kitoje – kito. Debesis gali būtisudarytas <strong>ir</strong> iš didesnio skaičiaus sk<strong>ir</strong>tingų krūvių sektorių. Jų būna tuo daugiau, kuo storesnisdebesis. Kaip jau minėta, debesų elektrizacija skatina <strong>ir</strong> lašelių koaguliaciją – didėjant elektriniolauko stipriui debesyse gali jungtis vis didesni priešingo ženklo debesies elementai.Kamuolinių lietaus (Cb) debesų lašeliai yra daug didesni, todėl <strong>ir</strong> jų elektros krūvis <strong>ir</strong>gididesnis (siekia milijonus elementarių krūvių). Kieti debesų <strong>ir</strong> kritulių elementai turi panašų ar darstipresnį krūvį. Kamuoliniuose lietaus debesyse vieno ženklo krūviai susikaupia vienoje debesiesdalyje, kito – priešingoje. Todėl ats<strong>ir</strong>anda milžiniškos elektrinio lauko įtampos reikšmės debesysearba tarp debesų <strong>ir</strong> žemės. Dažniausiai v<strong>ir</strong>šutinės debesies dalies krūvis turi teigiamą ženklą,apatinės – neigiamą. Yra keletas viena kitą papildančių teorijų, kodėl kamuoliniuose lietausdebesyse vyksta toks intensyvus elektros krūvių susisk<strong>ir</strong>stymas. Viena populiariausių teigia, jog tailemia smulkių ledo kristalų <strong>ir</strong> vandens lašelių bei stambesnių ledo gabalėlių susidūrimai. Vykstantsusidūrimui besileidžiantys ledo gabalėliai prisijungia elektroną. Lengvi teigiamą krūvį įgavękristalai bei vandens lašeliai kyla į v<strong>ir</strong>šų, tuo tarpu sunkūs neigiamai įsielektrinę ledo gabalėliaikaupiasi centrinėje bei apatinėje debesies dalyje. Kita vertus, nei viena teorija iki šiol išsamiaineatsako į visus krūvio pasisk<strong>ir</strong>stymo klausimus, nors pripažįstama, jog būtent kietieji debesųelementai lemia krūvių pasisk<strong>ir</strong>stymą.Kritulių elektrizacijos klausimai taip pat nėra galutinai aiškūs. Pagal vieną vyraujančiųteorijų, kritulių, pasiekiančių paklotinį pav<strong>ir</strong>šių, krūvį daugiausia lemia ruožas tarp debesiespagrindo <strong>ir</strong> žemės pav<strong>ir</strong>šiaus. Dažnai krentančio lašelio ženklas pakinta <strong>ir</strong> jei jis, pavyzdžiui, iškritoiš debesies, būdamas neigiamai įelektrintas (taip būna dažniausiai, nes apatinė debesies dalisįelektrinta teigiamai), tai žemę pasiekia, turėdamas teigiamą krūvį. Tai siejama su tuo, jog prie patpaklotinio pav<strong>ir</strong>šiaus ore daugėja jonų, kurių ženklas sutampa su paklotinio pav<strong>ir</strong>šiaus ženklu, t. y.jis yra priešingas debesies pagrindo ženklui. Krituliai prisijungdami jonus gali pakeisti ženklą visaipriartėję prie pav<strong>ir</strong>šiaus. Kita teorija vyraujantį teigiamą žemės pav<strong>ir</strong>šių pasiekiančių kritulių krūvįsieja su apatinėje debesies dalyje susidarančiais teigiamo krūvio sektoriais, iš kurių <strong>ir</strong> krentakrituliai.PerkūnijaLietaus kamuolinių debesų vystymasis <strong>ir</strong> iš jų krentantys krituliai kartais sąlygoja galingaskib<strong>ir</strong>kštines elektros iškrovas debesyse bei tarp debesų <strong>ir</strong> žemės. Tokia kib<strong>ir</strong>kštinė iškrova yravadinama žaibu, o jas lydintys garsai – griaustiniu. Visas procesas, dažnai lydimas trumpalaikiovėjo sustiprėjimo (škvalo) bei kartais krušos iškritimo, yra vadinamas perkūnija. Perkūnijostrukmė yra nedidelė: nuo kelių minučių iki keleto valandų. Žaibų skaičius perkūnijos metu siekiakelias dešimtis per minutę.138