1) сукупність електричних явищ і процесів в атмосфері,
2) розділ фізики атмосфери, що вивчає електричні явища в атмосфері і її електричні властивості. При дослідженні А. е. вивчають електричне поле в атмосфері, її іонізацію і провідність, електричні струми в ній, об'ємні заряди, заряди хмар і опадів, грозові розряди і багато що ін. Всі прояви А. е. тісно зв'язані між собою і на їх розвиток сильно впливають метеорологічні чинники — хмари, осідання, завірюхи і тому подібне До області А. е. зазвичай відносять процеси, що відбуваються в тропосфері і стратосфері .
Почало А. е. як науці належало в 18 ст американським ученим Би. Франкліном, що експериментально встановив електричну природу блискавки, і російським ученим М. В. Ломоносовим — автором першої гіпотези, що пояснює електризацію грозових хмар. У 20 ст були відкриті провідні шари атмосфери, лежачі на висоті більше 60—100 км. (іоносфера, магнітосфера Землі ), встановлена електрична природа полярних сяянь і виявлений ряд інших явищ, вивченню яких присвячені відповідні науки, що виділилися з А. е. Розвиток космонавтики дозволив почати вивчення електричних явищ у вищих шарах атмосфери прямими методами. Дві основні сучасні теорії А. е. були створені англійським ученим Ч. Вільсоном і радянським ученим Я. І. Френкелем. Згідно теорії Вільсона, Земля і іоносфера грають роль обкладань конденсатора, що заряджає грозовими хмарами. Різниця потенціалів, що виникає між обкладаннями, приводить до появи електричного поля атмосфери. По теорії Френкеля, електричне поле атмосфери пояснюється цілком електричними явищами, що відбуваються в тропосфері, — поляризацією хмар і їх взаємодією із Землею, а іоносфера не грає істотної ролі в протіканні атмосферних електричних процесів.
А. е. даного району залежить від глобальних і локальних чинників. Райони, де відсутні скупчення аерозолів і джерела сильної іонізації, розглядаються як зони «гарної», або «непорушеної» погоди, тут переважають глобальні чинники. У зонах «порушеної» погоди (у районах гроз, запорошених бурь, опадів і ін.) переважають локальні чинники.
Електричне поле атмосфери. У тропосфері всі хмари і осідання, тумани, пил зазвичай електрично заряджені; навіть у чистій атмосфері постійно існує електричне поле. Дослідження в зонах «гарної» погоди, початі в 19 ст, показали, що в земної поверхні існує стаціонарне електричне поле з напруженістю Е, в середньому рівною близько 130 в/м. Земля при цьому має негативний заряд, рівний близько 3 10 5 до, а атмосфера в цілому заряджена позитивно. Проте при осіданнях і особливо грозах, завірюхах, пилових бурях і тому подібне напруженість поля може різко міняти напрям і величину, досягаючи інколи 1000 в/м. Найбільші значення Е має в середніх широтах, а до полюсів і екватора убуває. У зонах «гарної» погоди Е з висотою в цілому зменшується, наприклад над океанами. Поблизу земної поверхні, в т.з. шарі перемішування товщиною 300—3000 м-коду, де скупчуються аерозолі, Е може з висотою зростати ( мал. 1 ). Вище шаруючи перемішування Е убуває з висотою по експоненціальному закону і на висоті 10 км. не перевищує декілька в/м. Це убування Е пов'язане з тим, що в атмосфері містяться позитивні об'ємні заряди, щільність яких також швидко убуває з висотою.
Різниця потенціалів між Землею і іоносферою складає 200—250 кв.
Напруженість електричного поля Е міняється в часі. Поряд з локальними добовими і річними варіаціями Е наголошуються синхронні для всіх пунктів добові (див. криві 1 і 2, мал.(малюнок) 2 ) і річні варіації Е — т.з. унітарні варіації. Унітарні варіації пов'язані із зміною електричного заряду Землі в цілому, локальні — з змінами величини і розподілу по висоті об'ємних електричних зарядів в атмосфері в даному районі.
Електрична провідність атмосфери. Електричний стан атмосфери в значній мірі визначається її електричною провідністю l, яка створюється іонами, що знаходяться в атмосфері. Наявність іонів в атмосфері і є причиною втрати заряду ізольованим зарядженим тілом при зіткненні з повітрям (явище, відкрите в кінці 18 ст французьким фізиком Ш. Кулоном). Електрична провідність l залежить від кількості іонів, що містяться в одиниці об'єму (їх концентрації), і їх рухливості. Основний вклад до l вносять легкі іони, що володіють найбільшою рухливістю u > 10 -5 м 2 сек -1 в -1 .
Електрична провідність атмосфери дуже мала і може порівнятися з провідністю хороших ізоляторів. В земної поверхні в середньому l = (1 - 2)·10 -18 ом -1 м -1 і збільшується з висотою приблизно по експоненціальному закону; на висоті близько 30 км. l досягає значень, майже в 150 разів більших, ніж в земної поверхні. Вище провідність збільшується ще більш, причому особливо різко з висот, до яких проникають іонізующие випромінювання Сонця і де починається утворення іоносфери, провідність якої приблизно у 10 12 раз більше, ніж в атмосфері поблизу земної поверхні.
Основні іонізатори атмосфери: 1) космічні промені, що діють у всій товщі атмосфери; 2) випромінювання радіоактивних речовин, що знаходяться в Землі і повітрі; 3) ультрафіолетове і корпускулярне випромінювання Сонця, іонізующєє дія яких помітно виявляється на висотах більше 50—60 км. Концентрація легенів; іонів зростає із збільшенням інтенсивності іонізації і зменшенням концентрації часток в атмосфері, тому концентрація легких іонів зростає з висотою. Цей факт у поєднанні із збільшенням рухливості іонів при зменшенні щільності повітря пояснює характер зміни l і Е із зміною висоти.
Електричний струм в атмосфері. Рух іонів під дією сил електричного поля створює в атмосфері вертикальний струм провідності in = El, з середньою щільністю, рівною біля (2—3)·10 -12 а/м 2 . Т. о., в зонах «гарної» погоди сила струму на всю поверхню Землі складає близько 1800 а. Час, протягом якого заряд Землі за рахунок струмів провідності атмосфери зменшився б до 1/ е » 0,37 від свого первинного значення, рівно ~ 500 сек. Т. до. заряд Землі в середньому не міняється, то очевидно, що існують «генератори» А. е., що заряджають Землю. Окрім струмів провідності, в атмосфері течуть значні електричні дифузійні і конвективні струми.
«Генератори» атмосферної електрики. «Генераторами» А. е. у зонах порушеної погоди є пилові бурі і виверження вулканів, завірюхи і розбризкування води прибоєм і водопадами, хмари і осідання, пара і дим промислових джерел і так далі При майже всіх перерахованих явищах електризація може виявлятися вельми бурхливо: виверження вулканів, піщані бурі і навіть завірюхи приводять інколи до утворення блискавок, все ж найбільший вклад до електризації атмосфери вносять хмари і осідання.
У міру укрупнення часток хмари, збільшення його товщини, посилення опадів з нього зростає його електризація. Так, в шаруватих і шарувато-купчастих хмарах щільність об'ємних зарядів r » 3 10 -12 к/км 3 , що приблизно в 10 разів перевищує їх щільність в чистій атмосфері, а в грозових хмарах r доходить до 3·10 -8 к/м 3 . Хмари можуть бути заряджені позитивно у верхній частині і негативно в ніжней, але можуть мати і протилежну полярність, а також переважний заряд одного знаку. Щільність струму опадів на Землю з шарувато-дощових хмар i ос = 10 -12 а/м 2 , тоді як з грозяних i ос = 10 -9 а/м 2 . Повна сила струму, поточного на Землю від однієї грозової хмари, в середніх широтах рівна біля —(0,01—0,1) а, а ближче до екватора до —(0,5—1,0) а. Сила струмів, поточних в самих цих хмарах, в 10—100 разів більше сили струмів, що притікають до Землі. Т. о., гроза в електричному відношенні подібна до короткозамкнутого генератора.
При високих значеннях електричного поля в земної поверхні порядка 500—1000 в/м починається електричний розряд з гострих витягнутих предметів (трави, дерев, щогл, труб і так далі), який інколи стає видимим (т.з. вогні св. Ельма, особливо яскраві в горах і на морі, див.(дивися) Ельма вогні ) . що Виникають при завірюхах, зливах і особливо грозах струми коронірованія сприяють обміну зарядами між Землею і атмосферою.
Т. о., електричне поле Землі і струм Земля — атмосфера в зонах гарної погоди підтримуються процесами в зонах порушеної погоди. На земній кулі одночасно існує близько 1800 гроз (див. криву 3, мал.(малюнок) 2 ); сумарна сила струму від них, що заряджає Землю негативним зарядом, доходить до 1000 а. Хмари шаруватих форм, хоча і менш активні, чим грозяні, та зате що покривають близько половини земної поверхні, також вносять істотний вклад до підтримки електричного поля Землі. Дослідження А. е. дозволяють з'ясувати природу процесів, ведучих до колосальної електризації грозових хмар, в цілях прогнозу і управління ними; з'ясувати роль електричних сил в утворенні хмар і опадів; вони дадуть можливість зниження електризації літаків і збільшення безпеки польотів, а також розкриття таємниці освіти кулевидній блискавці.
Літ.: Френкель Я. І., Теорія явищ атмосферної електрики, Л.—М. 1949; Тверськой П. Н., Атмосферна електрика, Л., 1949; Імянітов І. М., Прилади і методи для вивчення електрики атмосфери, М., 1957; Імянітов І. М. і Шифрін До. С., Сучасний стан досліджень атмосферної електрики, «Успіхи фізичних наук», 1962, т. 76, ст 4, с. 593; Імянітов І. М. і Чубаріна Е. Ст, Електрика вільної атмосфери, Л., 1965.
