В недрах Земли и её атмосфере регистрируются различные естественные электрические поля постоянного и переменного типов.
1. В частности, как правило, в горно-складчатых областях наблюдаются постоянные естественные электрические поля амплитудой до 0.2-1.3 В над выходами на дневную поверхность электрических проводников сульфидных руд и углисто-графитистых сланцев. Эти поля широко распространены и являются объектом исследований человеком.
2. Перед началом землетрясений в земной коре возникают тектонические напряжения с выделением механический энергии. Часть этой энергии преобразуется в электрическую. В итоге в земной коре возникают различные механо-электрические явления (пьезоэлектрический эффект, электризации при трении, разрушении или разрыве двойных электрических слоёв и т.д.). Возникающие при этом электрические поля Е = 108 – 109 В/м достаточны, чтобы сделать пробой в горных породах и в жидкостях.
3. В Земле существует магнитотеллурическое поле. К нему относится естественное переменное электромагнитное поле, обусловленное короткопериодными колебаниями (КПК), возникающими под воздействием заряженных частиц, которые излучаются Солнцем и попадают в околоземное пространство. Предполагается, что в плазме, окружающей Землю, поток заряженных частиц возбуждает магнитогидродинамические волны, которые, достигая ионосферы, превращаются в электромагнитные и воспринимаются земными наблюдателями в виде колебаний, имеющих планетарное распространение.
|
|
По современной классификации КПК делятся на две основные группы:
1) устойчивые колебания, обозначаемые символом Рс. Эти колебания встречаются в виде длительных серий и, как правило, имеют квазисинусоидальную форму.
2) иррегулярные колебания, обозначаемые символом Рi. Эти колебания встречаются в виде коротких серий, разделенных длительными перерывами.
В падающей электромагнитной волне выделим электрическое поле E(z) с составляющими Ex(z), 0, 0 и магнитное поле Н (z) с составляющими 0, Нy (z),0.
В каждом из горизонтальных слоёв Земли составляющая Еx (z) удовлетворяет волновому уравнению:
где km – волновое число m – го слоя
где ε m - диэлектрическая проницаемость m – го слоя.
Общее решение уравнения (1) будет следующим:
Здесь Am и Bm - постоянные величины, зависящие от параметров разреза и частоты вариаций.
Для определения составляющей Нy(z) воспользуемся известным соотношением, вытекающим из второго уравнения Максвелла, и окончательно получим:
Взяв отношение Ex(z) к Hy(z) и решив, получим рекуррентную формулу, связывающую входные импедансы n – слойного и (n – 1) слойного разрезов:
|
|
В свою очередь известна связь кажущегося сопротивления среды ρт (проводимости σ = 1/ ρт) от параметров геоэлектрического разреза и периода вариаций:
В результате, на основе расчетов для длиннопериодных вариаций, включая до вариаций в полгода, определено распределение σ (z) Земли до глубины 1000 км.
Атмосферное электричество
Причины возникновения и длительного существования в проводящей атмосфере электрического поля и заряда Земли в этом поле давно вызывают большой интерес. Известны многочисленные локальные, региональные и глобальные источники зарядов на поверхности Земли – осадки, облачность, снежные и песчаные бури, метели и позёмки, грозовые явления и молнии, конвективные токи и токи с острий и др. Согласно современным представлениям в качестве источника глобального атмосферного электрического поля и заряда Земли принято считать мировые грозы.