Итак, если бы вся атмосфера Земли вдруг оказалась зоной хорошей погоды, то земной конденсатор Земля-ионосфера практически полностью разрядился бы в течение часа.
Однако в действительности наша планета неизменно сохраняет свой отрицательный заряд, составляющий, как уже отмечалось, около полумиллиона кулонов.
Дело в том, что наряду с токами, непрерывно разряжающими земной конденсатор, существуют встречные токи, которые непрерывно этот конденсатор заряжают. Токи в зонах разрядки существуют в тех областях земного шара, где в данное время стоит хорошая погода, а токи зарядки возникают в зонах нарушенной погоды.
Зоны нарушенной погоды часто называют генераторами атмосферного электричества.
Надо заметить, что зоны нарушенной погоды — понятие довольно широкое.
К ним относятся зоны с повышенной облачностью и прежде всего те области, где в данное время выпадают осадки, происходят грозы, сверкают молнии. Осадки и нисходящие линейные молнии переносят положительный заряд с земной поверхности в нижнюю часть облака — возникает положительный электрический ток от Земли к облаку (ток зарядки). Заметим, что во время грозы напряженность поля под грозовым облаком превышает 104 В/м, причем направлено поле не вниз (как в случае хорошей погоды), а вверх. Ток зарядки возникает также в пространстве между вершиной облака и нижней границей ионосферы; там напряженность поля также направлена вверх.
На рисунке схематически представлена модель глобальной атмосферной электрической цепи.
Ее предложил в 1925 г. английский физик Чарльз Вильсон (1869—1959) — исследователь атмосферного электричества, изобретатель
трекового детектора заряженных частиц, названного камерой Вильсона, лауреат Нобелевской премии по физике).
В модели Вильсона электрическое поле атмосферы уподобляется полю сферического конденсатора Земля—ионосфера. В этом поле в зонах хорошей погоды текут токи разрядки (сплошные стрелки на рисунке), а в зонах нарушенной погоды — токи зарядки (штриховые стрелки). Нижняя часть облаков заряжена отрицательно, а верхняя положительно.
По индукции облако наводит на подстилающем участке земной поверхности положительный заряд, хотя в целом Земля заряжена отрицательно. Над облаком в ионосфере наводится отрицательный заряд, хотя в целом ионосфера остается заряженной положительно.
Итак, земной конденсатор разряжается в зонах хорошей погоды и заряжается в зонах нарушенной погоды.
Подчеркнем, что для возникновения токов зарядки принципиально важно, чтобы в процессе образования облака происходила его электризация.
Иначе говоря, необходимо, чтобы в облаке заряды разделялись — отрицательные сосредоточивались в нижней части облака, а положительные — в верхней части.
Разделение зарядов происходит в облаках разных типов, но наиболее значителен этот процесс в кучево-дождевом, т. е. грозовом облаке. Поэтому следует подробнее познакомиться с развитием грозового облака. Заметим, что молнии и осадки — не единственный механизм токов зарядки. Такую же роль выполняют пылевые бури, метели, извержения вулканов (кстати говоря, тоже нередко сопровождаемые молниями). Все они тоже являются генераторами атмосферного электричества. Кроме того, при приповерхностной напряженности поля 500—1000 В/м происходят почти бесшумные коронные разряды с «острых» предметов, находящихся на земной поверхности: мачт, труб, деревьев. В этом случае заряды тихо стекают в атмосферу, внося вклад в токи зарядки.
