Електричне поле Землі, природне електричне поле Землі як планети, яке спостерігається в твердому телі Землі, в морях, в атмосфері і магнітосфері. Е. п. 3. обумовлено складним комплексом геофизичних явищ. Розподіл потенціалу поля несе в собі певну інформацію про будову Землі, про процеси, що протікають в нижніх шарах атмосфери, в іоносфері, магнітосфері, а також в ближньому міжпланетному просторі і на Сонці.
Методика виміру Е. п. 3. визначається тим середовищем, в якому спостерігається поле. Найбільш універсальний спосіб — визначення різниці потенціалів за допомогою рознесених в просторі електродів. Цей спосіб застосовується при реєстрації земних струмів (див. Телуричні струми ) , при вимірі з літальних апаратів електричного поля атмосфери, а з космічних апаратів — магнітосфери і космічного простору (при цьому відстань між електродами повинна перевищувати Дебаївський радіус екранування в космічній плазмі, тобто складати сотні метрів).
Існування електричного поля в атмосфері Землі пов'язане в основному з процесами іонізації повітря і просторовим розділенням що виникають при іонізації позитивних і негативних електричних зарядів. Іонізація повітря відбувається під дією космічних променів ультрафіолетового випромінювання Сонця; випромінювання радіоактивних речовин, що є на поверхні Землі і в повітрі; електричних розрядів в атмосфері і т. д. Багато атмосферних процесів: конвекція утворення хмар, осідання та інші — приводять до часткового розділення різнойменних зарядів і виникнення атмосферних електричних полів (див. Атмосферна електрика ) . Відносно атмосфери поверхня Землі заряджена негативно.
Існування електричного поля атмосфери приводить до виникнення токов, що розряджають електричний «конденсатор» атмосфера — Земля. У обміні зарядами між поверхнею Землі і атмосферою значну роль грають осідання. В середньому осідання приносять позитивних зарядів в 1,1—1,4 разу більше, ніж негативних. Витік зарядів з атмосфери заповнюється також за рахунок струмів, пов'язаних з блискавками і набряканням зарядів із загострених предметів (вістрів). Баланс електричних зарядів, приношуваних на земну поверхню площею 1 км. 2 за рік, можна характеризувати наступними даними:
Струм провідності + 60 к/(км 2 ·год)
Струми опадів + 20 »
Розряди блискавок – 20 »
Струми з острієв – 100 »
__________________________
Всього – 40 к/(км 2 ·год)
На значній частині земної поверхні — над океанами — струми з острієв виключаються, і тут буде позитивний баланс. Існування статичного негативного заряду на поверхні Землі (біля 5,7×10 5 до ) говорить про те, що ці струми в середньому збалансовані.
Електричні поля в іоносфері обумовлені процесами, що протікають як у верхніх шарах атмосфери, так і в магнітосфері. Приливні рухи повітря мас, вітри, турбулентність — все це є джерелом генерації електричного поля в іоносфері завдяки ефекту гідромагнітного динамо (див. Земний магнетизм ) Прикладом може служити сонячно-добова електрична струмова система, яка викликає на поверхні Землі добові варіації магнітного поля. Величина напруженості електричного поля в іоносфері залежить від місця розташування точки спостереження, часу доби, загального стану магнітосфери і іоносфери, від активності Сонця. Вона вагається від декількох одиниць до десятків мв / м-коду, а у високоширотній іоносфері досягає ста і більш мв/м. При цьому сила струму доходить до сотень тисяч ампер. Із-за високої електропровідності плазми іоносфери і магнітосфери уздовж силових ліній магнітного поля Землі електричного поля іоносфери переносяться в магнітосферу, а магнітосферичні поля в іоносферу.
Одним з безпосередніх джерел електричного поля в магнітосфері є сонячний вітер . При обтіканні магнітосфери сонячним вітром виникає едс(електрорушійна сила) Е = v ´ b ^ , где b ^ — нормальна компонента магнітного поля на поверхні магнітосфери, v — середня швидкість часток сонячного вітру.
Ета едс(електрорушійна сила) викликає електричні струми що замикаються зворотними струмами, поточними впоперек хвоста магнітосфери (див. Земля ) . Останні породжуються позитивними просторовими зарядами на уранішній стороні хвоста магнітосфери і негативними — на його вечірній стороні. Величина напруженості електричного поля впоперек хвоста магнітосфери досягає 1 мв / м. Різниця потенціалів впоперек полярної шапки складає 20—100 кв.
Ще один механізм збудження едс(електрорушійна сила) в магнітосфері пов'язаний з колапсом протилежно направлених силових ліній магнітного поля в хвостовій частині магнітосфери; енергія, що звільняється при цьому, викликає бурхливе переміщення магнітосферичної плазми до Землі. При цьому електрони дрейфують довкола Землі до уранішньої сторони, протони — до вечерней. Різниця потенціалів між центрами еквівалентних об'ємних зарядів досягає десятків кіловольт. Це поле протилежне по напряму полю хвостової частини магнітосфери.
З дрейфом часток безпосередньо пов'язано існування магнітосферичного кільцевого струму довкола Землі. У періоди магнітних бурь і полярних сяянь електричні поля і струми в магнітосфері і іоносфері випробовують значні зміни.
Магнітогідродинамічні хвилі, що генеруються в магнітосфері, поширюються по природних хвилеводних каналах уздовж силових лінії магнітного поля Землі. Потрапляючи в іоносферу, вони перетворяться в електромагнітні хвилі, які частково доходять до поверхні Землі, а частково поширюються в іоносферному хвилеводі і затухають, На поверхні Землі ці хвилі реєструються залежно від частоти коливань або як магнітні пульсації (10 -2 —10 гц ), або як дуже низькочастотні хвилі (коливання з частотою 10 2 —10 4 гц ).
Змінне магнітне поле Землі, джерела якого локалізовані в іоносфері і магнітосфері, індукує електричне поле в земній корі. Напруженість електричного поля в приповерхневому шарі кори вагається залежно від місця і електричного опору порід в межах від декількох одиниць до декількох сотень мв / км., а під час магнітних бурь посилюється до одиниць і навіть десятків в / км. Взаємозв'язані змінні магнітне і електричне поля Землі використовують для електромагнітного зондування в розвідувальній геофізиці, а також для глибинного зондування Землі.
Певний вклад в Е. н. З. вносить контактна різниця потенціалів між породами різної електропровідності (термоелектричний, електрохімічний, п'єзоелектричний ефекти). Особливу роль при цьому можуть грати вулканічні і сейсмічні процеси.
Електричні поля в морях індукуються змінним магнітним полем Землі, а також виникають при русі провідної морської води (морських хвиль і течій) в магнітному полі. Щільність електричних струмів в морях досягає 10 -6 а/м 2 . Ці струми можуть бути використані як природні джерела змінного магнітного поля для магнітоваріационного зондування на шельфі і в морі.
Питання про електричний заряд Землі як джерело електричного поля в міжпланетному просторі остаточно не вирішений. Вважається, що Земля як планета електрично нейтральна. Проте ця гіпотеза вимагає свого експериментального підтвердження. Перші виміри показали, що напруженість електричного поля в навколоземному міжпланетному просторі вагається в межах від десятих доль до декількох десятків мв / м.
Літ.: Тіхонов А. Н. Об визначенні електричних характеристик глибоких шарів земної кори, «Докл. АН(Академія наук) СРСР», 1950, т. 73 № 2; Тверськой П. Н., Курс метеорології, Л., 1962; Акасофу С. І., Чепмен С., сонячно-земна фізика, пер.(переведення) з англ.(англійський) ч. 2, М., 1975.
