ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ естественное
электрич. поле Земли как планеты, к-рое наблюдается в твёрдом теле Земли,
в морях, в атмосфере и магнитосфере. Э. п. 3. обусловлено сложным комплексом
геофизич. явлений. Распределение потенциала поля несёт в себе определённую
информацию о строении Земли, о процессах, протекающих в нижних слоях атмосферы,
в ионосфере, магнитосфере, а также в ближнем межпланетном пространстве
и на Солнце.

Методика измерения Э. п. 3. определяется
той средой, в к-рой наблюдается поле. Наиболее универсальный способ - определение
разности потенциалов при помощи разнесённых в пространстве электродов.
Этот способ применяется при регистрации земных токов (см. Теллурические
токи), при измерении с летательных аппаратов электрич. поля атмосферы,
а с космич. аппаратов - магнитосферы и космич. пространства (при этом расстояние
между электродами должно превышать дебаевский радиус экранирования в
космич. плазме, т. е. составлять сотни метров).

Существование электрич. поля в атмосфере
Земли связано в основном с процессами ионизации воздуха и пространственным
разделением возникающих при ионизации положительных и отрицательных электрич.
зарядов. Ионизация воздуха происходит под действием космич. лучей; ультрафиолетового
излучения Солнца; излучения радиоактивных веществ, имеющихся на поверхности
Земли и в воздухе; электрических разрядов в атмосфере и т. д. Многие атм.
процессы: конвекция, образование облаков, осадки и другие - приводят к
частичному разделению разноимённых электрич. зарядов и возникновению атм.
электрич. полей (см. Атмосферное электричество). Относительно атмосферы
поверхность Земли заряжена отрицательно.

Существование электрич. поля атмосферы
приводит к возникновению токов, разряжающих электрич. "конденсатор" атмосфера
- Земля. В обмене зарядами между поверхностью Земли и атмосферой значит,
роль играют осадки. В среднем осадки приносят положит, зарядов в 1,1-1,4
раза больше, чем отрицательных. Утечка зарядов из атмосферы восполняется
также за счёт токов, связанных с молниями и отеканием зарядов с остроконечных
предметов (острий). Баланс электрич. зарядов, приносимых на земную поверхность
площадью 1 км² за год, можно характеризовать следующими
данными:

На значит, части земной поверхности - над
океанами - токи с остриёв исключаются, и здесь будет положит, баланс. Существование
статического отрицат. заряда на поверхности Земли (ок. 5,7 * *10⁵к)
говорит о том, что эти токи в среднем сбалансированы.

Электрич. поля в ионосфере обусловлены
процессами, протекающими как в верх, слоях атмосферы, так и в магнитосфере.
Приливные движения возд. масс, ветры, турбулентность - всё это является
источником генерации электрич. поля в ионосфере благодаря эффекту гидромагнитного
динамо (см. Земной магнетизм). Примером может служить солнечно-суточная
электрич. токовая система, к-рая вызывает на поверхности Земли суточные
вариации магнитного поля. Величина напряжённости электрич. поля в ионосфере
зависит от местоположения точки наблюдения, времени суток, общего состояния
магнитосферы и ионосферы, от активности Солнца. Она колеблется от неск.
единиц до десятков мв/м, а в высокоширотной ионосфере достигает
ста и более мв/м. При этом сила тока доходит до сотен тысяч ампер.
Из-за высокой электропроводности плазмы ионосферы и магнитосферы вдоль
силовых линий магнитного поля Земли электрич. поля ионосферы переносятся
в магнитосферу, а магнитосферные поля в ионосферу.

Одним из непосредственных источников электрич.
поля в магнитосфере является солнечный ветер. При обтекании магнитосферы
солнечным ветром возникает эдс Е = v*bнормальная компонента магнитного поля на поверхности магнитосферы, v
- ср. скорость частиц солнечного ветра.

Эта эдс вызывает электрич. токи, замыкающиеся
обратными токами, текущими поперёк хвоста магнитосферы (см. Земля).
Последние
порождаются положительными пространственными зарядами на утренней стороне
хвоста магнитосферы и отрицательными - на его вечерней стороне. Величина
напряжённости электрич. поля поперёк хвоста магнитосферы достигает 1 мв/м.
Разность потенциалов поперёк полярной шапки составляет 20-100 кв.

Ещё один механизм возбуждения эдс в магнитосфере
связан с коллапсом противоположно направленных силовых линий магнитного
поля в хвостовой части магнитосферы; освобождающаяся при этом энергия вызывает
бурное перемещение магнитосферной плазмы к Земле. При этом электроны дрейфуют
вокруг Земли к утренней стороне, протоны - к вечерней. Разность потенциалов
между центрами эквивалентных объёмных зарядов достигает десятков киловольт.
Это поле противоположно по направлению полю хвостовой части магнитосферы.

С дрейфом частиц непосредственно связано
существование магнитосферного кольцевого тока вокруг Земли. В периоды
магнитных
бурь и полярных сияний электрич. поля и токи в магнитосфере
и ионосфере испытывают значит, изменения.

Кроме указанных квазистатических электрич.
полей, в магнитосфере и ионосфере существуют переменные электрич. поля,
связанные с различного типа плазменными колебаниями (см. Магнитная гидродинамика).

Магнитогидродинамические волны, генерируемые
в магнитосфере, распространяются по естеств. волноводным каналам вдоль
силовых линий магнитного поля Земли. Попадая в ионосферу, они преобразуются
в электромагнитные волны, к-рые частично доходят до поверхности Земли,
а частично распространяются в ионосферном волноводе и затухают. На поверхности
Земли эти волны регистрируются в зависимости от частоты колебаний либо
как магнитные пульсации (10^-2-10 гц), либо как очень
низкочастотные волны (колебания с частотой 10²-10⁴гц).

Переменное магнитное поле Земли, источники
к-рого локализованы в ионосфере и магнитосфере, индуцирует электрич. поле
в земной коре. Напряжённость электрич. поля в приповерхностном слое коры
колеблется в зависимости от места и электрич. сопротивления пород в пределах
от неск. единиц до неск. сотен мв/км, а во время магнитных бурь
усиливается до единиц и даже десятков в/км. Взаимосвязанные переменные
магнитное и электрич. поля Земли используют для электромагнитного зондирования
в разведочной геофизике, а также для глубинного зондирования Земли.

Определённый вклад в Э. п. 3. вносит контактная
разность потенциалов между породами различной электропроводности (термоэлектрический,
электрохимический, пьезоэлектрический эффекты). Особую роль при этом могут
играть вулканические и сейсмические процессы.

Электрич. поля в морях индуцируются переменным
магнитным полем Земли, а также возникают при движении проводящей мор. воды
(мор. волн и течений) в магнитном поле. Плотность электрич. токов в морях
достигает 10^-6 а/м². Эти токи могут быть использованы
как естеств. источники переменного магнитного поля для магнитовариационного
зондирования на шельфе и в море.

Вопрос об электрич. заряде Земли как источнике
электрич. поля в межпланетном пространстве окончательно не решён. Считается,
что Земля как планета электрически нейтральна. Однако эта гипотеза требует
своего экспериментального подтверждения. Первые измерения показали, что
напряжённость электрич. поля в околоземном межпланетном пространстве колеблется
в пределах от десятых долей до неск. десятков мв/м.

Лит.: Тихонов А. Н., Об определении
электрических характеристик глубоких слоев земной коры, "Докл. АН СССР",
1950, т. 73, №2; Тверской П. Н., Курс метеорологии, Л., 1962; Акасофу С.
И., Чепмен С., Солнечно-земная физика, пер. с англ., ч. 2, М., 1975. Ю.П.
Сизов.

<ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СМЕЩЕНИЕ, то же,
что вектор электрич. индукции (см. Индукция электрическая и магнитная).
Термин имеет историч. происхождение (введён Дж. К. Максвеллом), в
совр. физ. литературе не применяется.