1.3. Планетофизические и солнечно-земные процессы в грозовой активности Земли

Отмеченная обще планетарная закономерность в распределении грозовых очагов на земном шаре частично обусловлена особенностями циркуляции внутритропических зон (Колоколов, 1965). Благоприятные термогигрометрические условия в этих районах усиливают конвективную неустойчивость, приводящую к образованию очень мощных облачных систем, особенно в областях тектонофизических напряжений и в зонах крупномасштабных вертикальных энергоперетоков в системе земная кора (океан) - атмосфера (Марчук, Кондратьев, 1996; Дмитриев, 1998).

Уже давно было выявлено, что усиление или ослабление грозовой деятельности в тех или иных районах земного шара носит, как правило, циклический характер (Чеботарь, 1967). В 1960-х годах XX века были осуществлены серьезные попытки отыскать причины общего колебания числа встречаемости гроз и их интенсивности в физической природе солнечно-тропосферных связей (Филиппов, 1961; Лихтер, 1966; Чеботарь, 1967; Филиппов, Цирулькевич 1969). Авторы указанных работ в конечном итоге не дают ответа на существование однозначной связи между грозовой деятельностью и солнечной активностью. Выявлено, что такая связь проявляется по-разному в различных частях земного шара, либо совсем не обнаруживается. Со своей стороны мы отметим, что ожидать равномерной реакции грозовых процессов всей земной поверхности на цикличность солнечной активности безнадежно, поскольку гелиочувствительность (т.е. реагирование процессов на Земле на геоэффективные процессы Солнца) геологических макроструктур и совокупной реакции геофизических полей Земли весьма разнообразна, что и подтверждают грозы (Кузнецов, 1992).

До настоящего времени остается также неясной и сущность передаточного механизма этой связи. Реальнее всего колебания грозовой активности и периодизации возникновения плазменных неоднородностей в нижней ионосфере обуславливаются не только не стационарностью атмосферной циркуляции, но огромными вариациями концентраций ионов и аэрозолей.

Так в работе (Владимирский и др., 2004, стр.36) отмечается: "Наличие свободных электронов означает, что на указанных высотах имеется электрически высоко проводящий слой. Проводящей поверхностью является также и поверхность Земли... Наружная стенка этой полости защищает все живое от электромагнитного излучения очень низкой частоты солнечного и магнитосферного происхождения. Одновременно в рассматриваемой полости оказывается "заперто" излучение, генерируемое в атмосфере разрядами. Их на планете происходит ежесекундно около сотни. Импульсное радиоизлучение молний распространяется в полости "ионосфера - поверхность Земли" как в волноводе, с очень малым затуханием".

Циркуляционные процессы в том или ином районе земного шара, во многом, определяются общим качеством геолого-геофизической среды и характером барического поля. Закон акцентации барического поля, являющийся, как предполагается, следствием колебаний солнечной активности (Петрова, Распопов, 1998), может быть основной причиной наращивания неопределенности в понимании функциональной роли солнечно-земных связей. Растет также интерес к версии о том, что грозовая активность есть следствие нарастания количества истекания с солнечной поверхности модифицированного физического вакуума, возникающие неравновесные концентрации, которого вызывают, как разнообразие, так и энергоемкость грозовых процессов (Дмитриев, Дятлов, 1998).

В годовом сезонном ходе грозовой деятельности следует подчеркнуть то, что на материках время наиболее богатое грозами приходится на теплую половину года. В Мировых очагах гроз она может достигать 25 дней с грозой в месяц (Филиппов, Цирулькевич, 1969; Филиппов, Кречетов, Лозовер, 1970). В зимнее же время усиливается грозовая деятельность над океанами. В целом же даже в новейших учебниках (Трухин, Показеев, Куницын, 2005) глобальная электрическая цепь Земли представляется версией, по которой электрическое поле Земли и ток Земля - атмосфера в зонах "хорошей погоды" поддерживается процессами в зонах "плохой" погоды. При этом отмечается, что между отрицательно заряженной поверхностью суши и верхними слоями атмосферы поддерживается устойчиво разность потенциалов в 300 кВ, а токи порядка одного Ампера, текущие с верхушек грозовых облаков и поддерживают отмеченную разность потенциалов (такой же ток должен течь от поверхности Земли к нижним границам облаков). Попытка объяснить унитарные вариации встречными токами оказалась неуспешной и (Трухин и др., 2005): "Однако позднее выяснилось, что ток гроз заметно меньше указанного, и что унитарные вариации связаны также с облаками слоистых форм и с процессами конвекции в атмосфере по всей поверхности Земли в целом" (подчеркнуто нами).

Именно участие "всей поверхности Земли в целом" и содержит в себе указание на прямое воздействие качеств геолого-геофизической среды на характер общепланетарного размещения не только основных грозовых очагов, но и общий режим грозовых процессов.

В течение суток на материках грозы наблюдаются, главным образом, около 17 часов гринвичского времени. Над океанами и в прибрежных районах грозы в основном развиваются в ночное время. Рассмотренные выше общие характеристики глобальной грозовой активности еще не позволяют установить строгие закономерности в распределении гроз по отдельным территориям. Но все более отчетливо проявляется, что специфика гроз следует за спецификой динамики физических полей геолого-геофизической среды. Поскольку сведения о грозах по отдельным территориям сильно осреднены по пространству и времени, то более детальное картирование по регионам лучше проводить отдельно, с целью выявить локальные закономерности грозовых процессов.

Для территории России в целом активность грозовой деятельности увеличивается с севера на юг от 5 и менее дней с грозой в году до 20-25. По югу территории располагаются очаги с повышенной грозовой активностью, которые в основном приурочиваются к горным регионам (повышенным формам рельефа). Так на Кавказе число дней с грозой в году достигает в отдельных местах 40-50. На юге Сибири, в Приморском крае число дней с грозой не превышает 30-35 (Гуния, 1961). Грозовая активность наиболее сильно развивается в теплую половину года с июля по август месяцы и практически охватывает всю территорию России (Колоколов, 1965). Максимум числа дней с грозой приходится на июль месяц. Зимние грозы на всей территории исключительно редки (Пастух, Сохрина, 1957). Следует иметь ввиду, что выше приведенная статистика гроз уже в середине 70-х годов XX века с нарастанием климатических перемен значительно модифицировалась и требует тщательной переоценки.

Д. Герман и Р. Голдберг (1981) в своей монографии "Солнце, погода и климат" уделяют большое внимание атмосферному электричеству и в частности грозовым явлениям. В 1982 году вышла книга под редакцией Мак-Кормака и Т. Селиги "Солнечно-земные связи погода и климат", в которой рассматривается гроза как явление атмосферного электричества. В частности, уже упоминавшиеся публикации Д. Германа и Р. Голдберга, Мак-Кормака и Т. Селиги убедительно доказывают связь межпланетных взаимодействий с процессами, протекающими во всех оболочках Земли (атмосфере, литосфере, биосфере).

В середине 1990-х годов XX века возник большой, но кратковременный интерес к оптическим явлениям в мезосфере, генерируемым над активными грозовыми облаками. Эти явления, возникающие над грозовым облаком, достигают высот, в отдельных случаях, до 140 км, а в среднем - до 100 км. Эти экзотические электроразрядные процессы, достигающие ионосферной среды, весьма разнообразны по форме и интенсивности.

Согласно имеющимся данным, на ранних этапах интереса к проблеме (Rainrden Mende, 1995), было выявлено что "время жизни" спрайтов (sprites) не превышает нескольких миллисекунд, а оптическая энергия этих разрядов оценивается в несколько десятков килоджоулей (Sentman et al, 1995). Над грозовые свечения чаще всего красноватых оттенков (red sprites), имеют сложную конфигурацию - наиболее ярко освещенная часть "голова" (высота 60-70 км), а выше - простираются "волосы" - тонкие, светящиеся линии. Как правило, под "головой" отмечается темная полоска, чаще именуемая "ожерелье", а ниже его (на высоте около 40 км) отмечаются "свисающие усы" разнообразной окраски, чаще от красного до синего. Как правило, разряды спрайтов встречаются в виде одиночных всплесков, гораздо реже - двойные или тройные вспышки, достигая в поперечнике 40 км. Естественно, что в сопряженных разрядах энергия соответственно суммируется.

Второй выявленный тип высотных разрядов - "синие струи", движение которых имеет скорость около 100 км/с происходит в виде сфокусированного луча (пучка) синего цвета, достигая высоты 50 и более километров. Синие струи интерпретируют в качестве стримера, состоящего из плазменных волокон (как электрический пробой газового участка). При этом, предполагается, что разделение зарядов в струе идет в направлении возникновения электрического поля (головная часть струи заряжена положительно) по знаку, обратному атмосферному электрическому полю. Общий электрический заряд струи превосходит 400 Кулон, длина - коло 20 км, толщина - около 1 км, а время жизни ≤ 1 сек.

В обзоре спрайтов (Кузнецов, 2003) рассмотрены, кроме оптических характеристик и вопросы генерации этими разрядами низкочастотных радиоволн. Отмечается, что цветовые различия спрайтов и струй (возбуждение молекулярного азота) состоит в различие энергии электронов, возбуждающих свечение. Спрайтам присущи радио всплески, похожие на молниевые разряды. Магнитная компонента регистрировалась в диапазоне до 24 кГц. Удовлетворительного объяснения этих разрядов, их периодизации и локализации в пространстве по поверхности Земли, все еще не найдено.

Касаясь некоторых других особенностей грозоразрядных процессов на Земле, отметим следующие феномены.

  1. Световые вспышки (подобно вспышкам от ядерных взрывов) ранним утром или после полудня, т.е. во время конвективных гроз; вспышки происходят гораздо выше грозовых облаков - выше 6- км, шириной до 10 км, длина - 50 км.

  2. Все чаще отмечаются гамма-излучения вблизи сгущений разрядов молний и с высокой частотой всплесков; учащаются наблюдаемость неизвестных атмосферных свечений (Норвегия) и возрастание концентраций бактерий вслед за этим, зарегистрированы овальные светящиеся голубоватые пятна (излучение до 3 кВт с частотой в 13,56 МГц); отмечены отчетливые моды ЭМИ от шаровых молний и природных самосветящихся образований (УФН, т.163, No5, с.124-125, материалы 3-го Международного симпозиума по шаровым молниям).

  3. По спутниковым данным ("Alexis" d, 1993) выявлены неизвестные импульсные всплески ЭМИ в радиожиапазоне, превышающие интенсивность обычных гроз в 104 раз с октября 1993 по февраль 1994 года зарегистрировано около 100 парных грозовых разрядов с временем τ приблизительно от 4 до 10-7 сек. До высоты 600 км всплески прослеживались над Африканским грозовым очагом и на юге Тихого океана (Природа, No111, 1994. с.116). При этом (согласно данным спутника TRIMM около 85% молниевых разрядов локализуются над сушей, что и свидетельствует о локализации зон вертикального энергоперетока в пределах континентов).

  4. Значительный интерес представляет собой сообщение (http://from-ua.com/caleidoscope/) о том, что во время грозовых процессов осуществляется генерация нейтронов. Предполагается. Что высокотемпературная плазма возникает внутри канала молнии. Несмотря на свое кратковременное существование (около 0,2 сек) нейтрон способен иногда достигнуть земной поверхности и подвергнуться регистрации. Эти регистрации подтверждают сообщения космонавтов о нейтронных потоках на экваториальных широтах, где грозовая активность максимизируется. На наш взгляд генерация нейтронов вследствие грозовых разрядов не столько выдвигает процесс "горячего синтеза", сколько подтверждает "холодный синтез".

Все эти новые данные о грозовых процессах на Земле значительно усложняют вопросы физики гроз, особенно вопросы скоростного процесса регенерации и разделения зарядов, для очередного разряда в "грозовых реакторах" и процессов генерации нейтронов.