Аэрозольные магнито-дипольные структуры в атмосфере (стр. 2 из 4)

Особенности фазовых переходов ион-кристаллических ассоциатов воды оказывают существенное влияние на протекание электрофизических процессов в атмосфере и литосфере. Можно утверждать, что такие атмосферные процессы как тайфуны, смерчи, грозовая активность (в том числе шаровая молния) и ряд других явлений в атмосфере и литосфере имеют единую физическую основу и связаны с процессами организации и самоорганизации ассоциатов воды в полях электромагнитных излучений с образованием самоподдерживающихся МДС. Основными причинами пространственного упорядочения ассоциатов в аэрозолях, приводящих к возникновению холодно-плазменных образований в атмосфере, являются активация и их магнито-дипольная ориентация (поляризация) в переменных и квазипостоянных электрических полях.

Поляризация водных аэрозолей в электрическом поле атмосферы сопровождается возникновением первичного дипольного момента совокупности аэрозольных частиц в области пространства, охватываемого электрическим полем электромагнитной волны.

В целом на совокупность частиц в пределах активного пространства действуют электрическая (grad Е - в направлении распространения волны) и магнитная (В вихр.) компоненты электромагнитной волны, а также магнитная компонента поляризации аэрозольных частиц. Поляризация частиц осуществляется в направлении распространения электромагнитной волны перпендикулярно плоскости поверхности Земли (рис.1). Ориентация полюсов наведенного частицами магнитного поля происходит в направлении проекции наведенного поля на магнитное поле Земли: в северном полушарии - с северным полюсом магнита в верхней (по высоте) части поляризованной системы, в южном полушарии - с южным полюсом в верхней части системы.

Поведение подобных МДС наиболее подробно исследовалось при изучении физики образования шаровой молнии [12, 13].

Рис. 1. Схема индуцирования внешними электрическими полями магнито-дипольной самоорганизации (образования МДС)

В вихр - вихревое магнитное поле;

grad Е - направление градиента электрического поля (совпадающее с направлением распространения индуцирующей самоорганизацию электромагнитной волны);

Fмд - сила магнито-дипольного взаимодействия МДС с поверхностью Земли;

Fмс нав. - наведенная магнитострикционная сила.

В настоящее время принято считать, что шаровая молния представляет собой вихревую плазменную структуру, подобную гидродинамическому вихрю Хилла, формируемую внешними электромагнитными полями и обладающую собственным магнитным моментом. Источником внутренней энергии подобной вихревой структуры являются ион-кристаллические ассоциаты воды, выделяющие накопленную энергию тепла в форме других видов энергии в процессе неравновесных фазовых переходов в наведенном электрическом поле холодной плазмы, удерживаемой собственным магнитным полем. [14, 15]

Отличительной особенностью экспериментально наблюдаемых с использованием СВЧ-локации различий макро-МДС от структуры шаровой молнии является то, что шаровая молния получает необходимую энергию извне в результате захвата активных аэрозольных частиц собственным электрическим и магнитным полем, в то время, как наблюдаемые структуры (макроструктуры) получают энергию в результате частичного распада ассоциатов внутри магнито-дипольного образования.

В практическом применении в целях использования явления для создания методов и средств дистанционной радиационной разведки представляют интерес холодно-плазменные образования, связанные с радиоактивностью.

Целенаправленные исследования холодно-плазменных образований, наблюдаемых с помощью радиолокационных станций, начались с 1986 г. в связи с аварией на Чернобыльской АЭС [16]. В результате данных исследований на статистически представительном материале (по основным АЭС Европейской части территории страны) показана связь наблюдаемых явлений с радиоактивностью. При этом существуют, по крайней мере, три типа наблюдаемых объектов с характерными особенностями:

a) относительно стабильные эффективные отражающие поверхности (ЭОП) сложной формы, наблюдаемые в приземной атмосфере;

b) пульсирующие и чередующиеся в вертикальном направлении ЭОП эллиптической формы до высот ~ 14 км;

c) "наведенные" ЭОП (скрещенное наблюдение целей радиолокаторами двух типов), характеризуемые высокой отражающей способностью.

Дистанционные измерения с использованием методов СВЧ-локации позволяют получить результаты, включающие расположение поляризованных плазмоактивных образований МДС в пространстве, общие контуры, протяженность и направления перемещения облаков и "факелов". Для наглядного представления этих данных требуется использовать отметчики различного типа (горизонтальной и вертикальной развертки) с использованием широкополосных сигналов и Сигналов с допплеровским смещением частот, характерных для наблюдаемой плазмы.

Полученные в ряде радиационных инцидентов панорамные изображения повторяют контуры источников радиоактивного загрязнения (в том числе протяженных источников радиоактивного загрязнения воды реки, места аварий, расположение объектов с повышенным радиационным фоном (г.Томск) и участков загрязнения местности и воздушного пространства. Облако в районе Ленинградской АЭС существовало в виде двух вытянутых в западном направлении (в сторону Балтийского моря) частей с высокими значениями эффективной отражающей поверхности [17, 22].

Отличительные признаки физики наблюдаемых явлений могут быть связаны с поведением ион-кристаллических ассоциатов воды (в составе водных аэрозолей) в полях ионизирующих и электромагнитных излучений.

Процессы поляризации и распада водных аэрозолей в поле зондирующих СВЧ-волн можно представить следующим образом:

1. Поверхностная активация метастабильных водных аэрозолей ионными фрагментами молекул, образующихся в результате диссоциации ионизирующими излучениями постоянных компонент атмосферного воздуха.

2. Поляризация и распад активной аэрозольной частицы в поле зондирующей СВЧ-волны.

Распад аэрозольной частицы, как показывают теоретические оценки, сопровождается образованием нестационарных микрооблаков холодной плазмы с концентрациями более 1014 ед. заряда/см3. В отличие от рассмотренной выше схемы взаимодействие зондирующего СВЧ-излучения также может происходить с неактивными аэрозольными частичками, но при воздействии на них поляризующих квазипостоянных электрических полей. Процессы, происходящие в этих случаях, во многом подобны процессам при кавитации и сонолюминесценции (распад ассоциатов в местах максимальных градиентов возбуждающих волн) [18]. Однако процесс распада в этом случае связан с взаимодействием частиц с двумя и более волнами.

Квазипостоянные электрические поля в атмосфере образуются естественным образом. Мощные конвективные потоки нагретого воздуха (особенно в местах с повышенной протонной эмиссией грунта), а также ионизирующие излучения создают искажения в структуре атмосферных электрических полей, изменяя электронно-ионную концентрацию в воздухе. Наиболее активные искажения, являющиеся резонаторами электромагнитных волн, имеют преимущественно пирамидальную форму и находятся в атмосфере на границах с литосферой и ионосферой (подобные же искажения могут формироваться и в литосфере).

Простейший пример возникновения квазипостоянного электрического и магнитного полей показан на рис.2

Рис.2. Схема возникновения "стоячих" электромагнитных волн в диэлектрической плоской фигуре треугольного вида на плоскости

В подобных резонаторах возникает интерференция поляризованных в плоскости диэлектрического треугольника (хоу) электромагнитных волн, испытывающих многократное отражение от граней треугольника с обращением фазы. Преимущественное усиление волн достигается при условии полуволнового резонанса, при котором эффективные расстояния, проходимые волной от одного отражения до другого, равны полуволне интерферирующих электромагнитных излучений.

Фигуры пирамидально-подобной формы (форма определяется объемной структурой диэлектрических характеристик активного воздушного пространства) представляют собой, по существу, объемные осцилляторы электромагнитных волн. Подобные процессы могут быть описаны на основе теории, изложенной в работе [19]. В результате интерференции образуются пространственно направленные электрические (Ez) и магнитные (Bx, By) волны, преимущественно в диапазонах низких и инфранизких частот.

Ионосферные образования пирамидальной формы формируются при введении в ионосферу жидкости или газа, промотирующих рекомбинацию ионов (изменение концентрации ионов d N/N 3...8%). Генерация данными образованиями на границе ионо- и атмосферы электромагнитных излучений УНЧ/ОНЧ/КНЧ - диапазонов (измерения в вертикальном направлении - Bx, By) подтверждена экспериментально со спутников серии "Космос" [20]. Ионосферные генераторы электромагнитных излучений в УНЧ/ОНЧ/КНЧ - диапазонах являются, по-видимому, промоторами сейсмической активности, которые обусловливают появление в литосфере наведенной составляющей магнитострикционной силы (Fмс.нав.) и силы магнито-дипольного взаимодействия (Fмд), что, вероятно, приводит к периодическим колебаниям уровней поверхности земли и водной поверхности (особенно в области формирования тропических циклонов).[21]