Воздействие на геосферы Земли – причина изменения климата

Наиболее важными характеристиками плазмы являются плотность и температура заряженных частиц. Если среда представляет собой не полностью ионизованный газ и плотность заряженных частиц в газе очень мала, то ионы взаимодействуют, в основном, с нейтральными частицами. Большая электропроводность плазмы приближает ее свойства к свойствам проводников. Сильное взаимодействие с внешними магнитными и электрическими полями обусловлено высокой электропроводностью плазмы. В природных условиях на Земле плазма появляется в пламени и, посредством поля, при грозовых разрядах; искусственная – создается при разрядах в газоразрядных лампах. Средняя кинетическая энергия электронов в газоразрядной плазме значительно превышает среднюю энергию нейтральных частиц плазмы. В плазме отсутствует термодинамическое равновесие. В газоразрядной плазме заряженные частицы, входящие в ее состав, непрерывно находятся в ускоряющем электрическом поле. Состояние термически неравновесной газоразрядной плазмы поддерживается ва счет энергии разрядного тока, проходящего через плазму [34].

Особое коллективное взаимодействие частиц, связанное с кулоновскими силами, позволяет рассматривать плазму как особое агрегатное состояние вещества. Эти свойства приводят к возможности возбуждения и распространения в плазме разнообразных колебаний и волн. С прекращением действия внешнего поля, с течением времени исчезает плазменное состояние газа. Исчезновение предоставленной самой себе плазмы называется деионизацией газа.

По мнению ученых, плазма – наиболее распространенное состояние вещества в космосе (звезды, межзвездная среда, ионосферы планет). Большое число природных плазменных космических объектов имеет температуру, которая превышает миллион градусов (100 эВ). Такую плазму называют высокотемпературной. Низкотемпературная плазма широко применяется в радиоэлектронных приборах, плазмотронах, газовых лазерах, других устройствах и в промышленных технологиях. Температура большинства земных и ряда космических объектов, не превышает десяти электрон-вольт [35]. Потенциалы ионизации и диссоциации атомов и молекул лежат между 2–20 эВ.

Электрический заряд, движущийся в атмосфере, образует вокруг себя магнитное поле. Масштабные плазменные структуры достигают в длину нескольких сотен километров. В объемном плазменном образовании (плазмоиде) сосредоточен мощный энергетический потенциал. Его заряд вносит сильное возмущение и изменяет первоначальную конфигурацию электрического и магнитного поля Земли в локальной области пространства. Стрелка компаса отклоняется от своего естественного географического направления.

Когда напряженность электрического поля между положительно заряженной стороной плазмоида и поверхностью земли достигнет критической величины, происходит электрический пробой. Энергия зарядов, накопленной в этой части плазменной структуры, преобразуется в тепловую, звуковую, ударную волну и световое излучение (молнию). Длина наземных молний может быть от 1 до 10 км, длина молний между облаками от 1 до 150 км [36]. Температура в канале разряда может колебаться от 5000 °C до 20000 °C.

10. Искусственно ионизованные области (ИИО)

Основы теории физики плазмы были заложены в начале XX века. В конце 40-х годов прошлого века Раземан и Ланг измеряли энергетическое распределение выходивших электронов. Пропуская моноэнергетический пучок электронов с энергией порядка нескольких кэВ через тонкую алюминиевую фольгу [G. Ruthemann, Ann. Phys. 2, 113 (1948); W. Lang, Optik 3, 233 (1948)], ученый заметил, что большая часть пучка проходила через фольгу без заметных потерь энергии. Но имелась группа электронов, терявших энергию приблизительно 15 эВ [37]. Если алюминий заменялся на другой металл, то наблюдалось то же самое явление, однако характеристические потери энергии менялись от металла к металлу. Оказалось, что часть электронов теряла определенное количество энергии на возбуждение продольных плазменных колебаний внутри металла на частоту ωр характеристической для каждого данного металла. Величина теряемой энергии равна электронному «кванту» энергии ћωр, где ћ – постоянная Планка. Этот квант назвали плазмоном. Теоретическая интерпретация эксперимента, данная Бомом и Пайнсом [D. Ρiηes and D. Воhm, Phys. Rev. 83, 221 (1951); 85, 338 (1952); D. Pines, Revs Mod. Phys. 28, 184 (1956)], положило начало исследованиям плазмы твердого тела. При определенных условиях внутри твердого тела возможно распространение медленных электромагнитных волн, начиная от звуковых, до частот радио и микроволнового диапазона. Природа обеспечила твердые тела (металлы, полуметаллы, полупроводники) почти свободными заряженными частицами.