detekcja i lokalizacja wyładowań atmosferycznych - Instytut ...

PAWEŁ BODZAK - DETEKCJA I LOKALIZACJA WYŁADOWAŃ ATMOSFERYCZNYCH
różne rodzaje hydrometeorów, takich jak: krople wody, kryształy lodu, krople wody
przechłodzonej, krupy śnieżne. Podczas wznoszenia cząstki te mogą zwiększać swoją masę
poprzez przyłączanie innych, mniejszych. Zwiększanie masy cząstek powoduje, że siła
grawitacji działająca na nie stanie się większa od wznoszących je sił konwekcyjnych. Wtedy
zaczyna ona opadać, a podczas opadania następują zderzenia opadających cząstek i
wznoszących się malutkich kropelek wody oraz bardzo małych odłamków lodu. Przypuszcza
się, że podczas tych zderzeń następuje elektryzacja zderzeniowa tych cząstek. W ten sposób
ładunek ujemny jest przekazywany do opadających hydrometeorów, a dodatni przekazywany
wznoszącej się „mgiełce” składającej się z drobniutkich kropelek wody i kryształków lodu. W
wyniku działania siły grawitacji i prądów zstępujących następuje separacja tych ładunków
elektrycznych. Dodatni ładunek gromadzi się w szczytowych partiach chmury, a ujemny w
dolnych. Powstaje struktura nazywana dodatnim dipolem. Głównym założeniem tej teorii jest
fakt elektryzacji cząsteczek w czasie zderzeń. Elektryzacja może następować także na drodze
indukcji. Kiedy zderzają się dwie nie naładowane, ale spolaryzowane cząstki, tzn. cząstki z
ładunkiem jednego znaku na górze i przeciwnego znaku na dole, wtedy opadające, ciężkie
cząstki w wyniku zderzenia przekazują ładunek zgromadzony na ich dole lekkiej cząstce,
unoszonej do góry prądami wstępującymi. Proces indukcji zderzeniowej wymaga istnienia
pola, które go inicjuje. Poszczególne hydrometeory mogą absorbować ładunek także w
procesach: mieszania i zamarzania, przechwytywania i uwalniania wolnych jonów lub
naładowanych cząstek aerozoli. [45]
Hipotezę konwekcyjną (rys. 8 b) sformułowali, niezależnie od siebie, w 1947 roku
Gaston Grenet w Paryżu oraz w 1953 roku Bernard Vonnegut w USA. Jest ona bardziej
skomplikowana. Analogią do tego procesu jest znana zasada działania generatora Van der
Graaff’a. W przypadku tej hipotezy zakłada się, że ładunki elektryczne są początkowo
dostarczane do chmury przez dwa zewnętrzne źródła. Pierwszym źródłem są ładunki
pochodzące z jonizacji cząsteczek powietrza, znajdującego się ponad chmurą, przez
promieniowanie kosmiczne. Drugim źródłem są ładunki elektryczne pochodzące z
wyładowań koronowych. Wyładowania koronowe powstają w pobliżu spiczastych obiektów
na powierzchni Ziemi, dookoła których istnieje silne pole elektryczne. Powstające dodatnie
jony są unoszone razem z ciepłym powietrzem dzięki prądom konwekcyjnym. Kiedy górne
obszary chmury zostaną w dostatecznym stopniu zasilone ładunkiem dodatnim, wtedy
zgromadzony ładunek dodatni zaczyna przyciągać ładunek ujemny powstały ponad chmurą
dzięki promieniowaniu kosmicznemu. Wciągane do wnętrza chmury jony ujemne
błyskawicznie przyłączają się do kropelek wody i kryształków lodu i tworzą tzw. „warstwę
- 33 -