Спидометр для ионов и важность чистого воздуха
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Своеобразный «спидометр», который позволяет определять скорость движения аэроионов — заряженных частиц воздуха, изобрели ученые Тартуского университета в Эстонии. Их исследования доказали, что подвижность аэроионов может служить важным показателем не только электрического состояния атмосферы, но и ее загрязненности.
На одном из маленьких островов в Балтийском море, где расположен старейший в Эстонии Вильсандийский птичий заповедник, ученые создали сейчас экспериментальную базу. Это своего рода «пост ГАИ» для аэроионов. Измеряя скорость движения этих частиц в потоках воздушных масс, проходящих над островом, исследователи уже смогли установить, с какой стороны дуют самые «грязные» ветры.
Подобно тому, как носителями электрического тока в металлах являются электроны, так в воздухе эту функцию выполняют аэроионы. Это с их помощью происходит постоянная разрядка гигантского сферического конденсатора, между обкладками которого мы живем. Его отрицательно заряженный элемент — у нас под ногами, положительно заряженный — над головой: это ионосфера. Грозовые процессы постоянно заряжают этот природный конденсатор, разрядка же его происходит из-за того, что аэроионы делают воздух электропроводным. Они рождаются из молекул воздуха под действием космического излучения и естественной радиоактивности земной коры и атмосферы. Кстати, это именно те ионы, которые, по мнению многих медиков, обладают целебными свойствами, благоприятно влияя на человеческий организм. Но такие качества есть лишь у так называемых легких аэроионов. (Они же играют и основную роль в механизме электропроводимости воздуха.)
Между тем в последние годы наметилась все более беспокоящая специалистов тенденция: аэроионы «прибавляют в весе». В воздушной массе становится все меньше легких ионов — причину исследователи видят в растущей загрязненности атмосферы аэрозолями, попадающими туда с промышленными выбросами. Субмикронные аэрозольные частицы становятся своего рода капканами для легких аэроионов: словно мотыльки на огонек, устремляются в эти «ловушки», один за другим оседая там. Вместо легких подвижных ионов в воздухе образуются тяжелые гроздья из заряженных частиц. Вполне понятно, что подвижность этих «погрузневших» аэроионов снижается. Чем они тяжелее, тем медленнее передвигаются.
К слову некоторые современные очистители воздуха при своей работе генерируют легкие аэроионы, чем собственно и способствуют очищению воздуха.
Именно эту особенность поведения ионов использовали тартуские ученые в своем изобретении. «Счетчик аэроионов» — так назвали они портативный прибор, который позволяет вести исследования в полевых условиях в непрерывном режиме.
Ученые подсчитали, что в одном кубическом сантиметре чистого воздуха острова Вильсанди содержится примерно полторы тысячи легких аэроионов, а тяжелых — в сотни раз меньше. Картина в промышленных районах резко меняется — в одном из них прибор зафиксировал в кубическом сантиметре воздуха 4,5 тысячи тяжелых ионов и ничтожное количество легких ионов. (Наверняка недалеко то время когда специальные приборы, фиксирующие качество воздуха будут передавать данные онлайн на сервер в режиме реального времени).
До недавнего времени мало кто предполагал, что загрязнение окружающей среды может сказаться на электрических свойствах атмосферы. Но сейчас все больше фактов говорит за то, что различные промышленные выбросы должны заметно повлиять на ход электрических процессов в атмосфере. В конечном счете, это скажется на всем метеорологическом режиме планеты. Так, по предположению тартуских ученых, уже к концу нынешнего столетия на земном шаре может измениться количество и характер гроз, которые служат важным звеном в теплообмене между экваториальными и полярными районами Земли.
Антропогенное воздействие на воздушный бассейн, помимо других негативных последствий, может привести уже в недалеком будущем к сдвигам в глобальной электропроводимости всей атмосферы, считают тартуские ученые. Свои выводы они основывают на результатах проводимых ими прямых исследований электрических свойств воздушного столба атмосферы. Ученые разработали целую серию оригинальных приборов, которые позволяют изучать различные процессы атмосферного электричества. Некоторые из них прошли успешные испытания во время недавних глобальных экспериментов по синхронному измерению вертикальных токов, образуемых в воздушном пространстве между земной поверхностью и верхними слоями атмосферы. Эти токи чрезвычайно слабы, но в механизме атмосферного электричества они играют важную роль.
В экспериментах, которые проводились в отдаленных точках земного шара: остров Вильсанди — Вальдорф (США) и остров Вильсанди — Сахалин, была сделана попытка выяснить путем прямых измерений справедливость общепринятой на сегодня конденсаторной модели атмосферного электричества, о чем мы уже упоминали. С помощью антенной системы и различных электрометров одновременно оценивалась плотность вертикальных токов на дневной и ночной сторонах Земли.
Данные, полученные в результате экспериментов, сейчас обрабатываются и должны дать ответ на целый ряд важных вопросов о механизме электрического состояния воздушной массы планеты, во многом еще не познанном. Изучение, контроль и защита электрических свойств атмосферы становятся сейчас одной из актуальных задач в общей проблеме сохранения биосферы.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.