Електротелуричне(від лат. ІеІІив - Земля) поле являє собою поле порівняно слабких природних електричних струмів верхніх шарів земної кори. Його можна розглядати як поле, що збуджується ре гіональними і локальними факторами. Дія перших із них одночас но проявляється на значних територіях, зіставлюваних із континен тами чи океанами, інших - на порівняно невеликих площах земної чи водної поверхні. Збудниками електротелуричного поля (ЕТП) є: - іоносферно-електричні процеси (коливання іоносфери, полярні сяйва); - погранично-електричні процеси (фільтраційно-електричні процеси, конвективні струми в тропосфері і земній корі, грозові розряди); - літосферно-електричні процеси (контактні напруження, тер моелектричні і хіміко-електричні процеси). Крім того, телуричні струми є наслідком конвективних рухів ре човини в земному ядрі. Є й інші джерела збудження ЕТП (процеси взаємодії Сонця і космічних променів з геомагнітним полем, при пливні ефекти у гравітаційному полі системи Сонце-Земля-Місяць, магнітні бурі). Від сукупного впливу всіх зазначених основних збуд ників виникають ЕТП регіонального масштабу. Регіональні електричні поля - нестаціонарні перемінні поля, особливо в періоди електромагнітних збурень. У спокійні періоди телуричні струми для різних ділянок земної поверхні приблизно однакові - їх щільність І в середньому становить 2 А/м2. Середню напруженість (Е) ЕТП для континентів можна прийняти рівною
2 -Ю'5В/м, для океанів 0,4 •106В/м. Ці значення є доволі приблизни ми, оскільки І та рсзначно змінюються на земній поверхні. Напру женість ЕТП значно залежить від магнітних збурень. В “спокійні” дні Е складає, наприклад, в Софії 105В/м, в Павловську (Ленін градська обл.) 6 105В/м, Тортосі (Іспанія) 2 10'4В/м; під час “не спокійних” днів (періоди збурень) значення £ досягає 10'3...10'2В/м. У цілому для Землі інтенсивність телуричних струмів регіонально го масштабу збільшується від низьких широт (Е< (2...6) 10‘5В/м до високих (у полярних районах значення Е може досягати 10'3 і більше). Амплітуди напруженості регіонального поля зазвичай ко ливаються біля (0,3...1) -10 е В/м; в середніх широтах вони досяга ють на суші 1105В/м, у морях (0,5... 1,5) 10'5В/м (Чечкин, 1990). На величину і; регіональних полів впливає геологічна ситуація. Там, де гірські породи з малим електричним опором поширені на значну глибину, інтенсивність полів слабка; в зонах порід велико го опору мають місце поля з підвищеним значенням Е. Справжній напрямок ЕТП вказати неможливо, так як воно без перервно змінюється. Результати фактичних спостережень вказу ють на залежність його середнього напрямку від географічної ши роти місця: на рівнинах у помірних широтах спостерігаються ме ридіональні струми, у полярних і екваторіальних зонах - широтні. Причини такої різкої зміни напрямку телуричних струмів поки не відомі. В будь-який момент часу в поверхневому шарі земної кори цир кулюють телуричні струми, утворюючи обширні замкнуті струмові системи (вихори). Так, о 18.00 год за Гринвічем мають місце чоти ри виходи з центрами: у північній частині Атлантичного океану з напрямком проти годинникової стрілки (-); у південній частині Ат лантичного океану з напрямком за годинниковою стрілкою (+); у північній частині Тихого океану (+), і у південній частині Тихого океану (-). Інтенсивність цих струмових систем пов’язана з віднос ним рухом Сонця таким чином, що у помірних широтах найбіль ших значень вона досягає в денний час теплого періоду року. Добові варіації регіонального поля характеризуються наявністю в основному двох піків обох компонент: широтної 5ЕА і мери діональної 6Е,,, (рис. 21.3). Екстремальні значення обох компонент спостерігаються при близно через 6 год, фази коливань 6Е Аі дЕ^ найчастіше співпада ють, хоча в окремих пунктах можуть не співпадати чи бути навіть протилежними. Вектор змінного регіонального поля Е(А,<)М) у кож ній точці земної поверхні безперервно змінює свій напрямок, опису ючи за добу замкнені криві різної форми.
Встановлено 27-добову послідовність максимуму добових варіацій дЕл і дЕ^; найбільш тривалий період змін ампліту ди добового ходу регіонального поля дорівнює 11,3 років, що відповідає пері оду сонячної активності. Це свідчить про зв’язок добових варіацій регіонального поля з активністю Сонця. Також спостерігається стійкий зв’язок між коливаннями магнітних і електротелуричних полів із порівняно невеликими періодами коливань (від 1 до 4000 с) т. зв. короткоперіодичні коливання. Спо стереження за цими коливаннями зага лом підтверджують індуктивний зв’язок електричних і магнітних полів у силу на явності у верхніх шарах земної кори електронної провідності. Локальні електричніполя виникають під впливом місцевих збудників, основ ними з яких є контакти гірських порід, що відрізняються фізичними властивос тями і, особливо, хімічним складом. Кон такт двох гірських порід (або середовищ)’ що відрізняються хоча б однією властивістю (густиною, концентрацією
розчинених речовин у водах, що насичу ють породи, температурою, агрегатним чи алотропічним станом) викликає дифузію іонів і електронів. Це призводить до утворення на межі порід (середовищ) стійкого подвійного електронного (ди польного) шару. Всередині цього шару зосереджене електричне поле, яке підтримується т. зв. стороннім електричним полем Есґ За рахунок сил Е^у нерухомому середовищі з’являються струми про відності (струми об’ємних зарядів). Під час плину вода збуджує власні електричні струми, зміню ючи систему телуричних струмів та виділяючи цим водний об’єкт на фоні стаціонарних полів, зумовлених іншими явищами. Разом із тим річкові потоки створюють власні електричні поля за рахунок дифузії іонів на межі русел і річкових потоків, фільтрації води че рез дно річки і г. п. Кожний із цих збудників створює власні поля, викликаючи в сумі електричне поле річкового потоку, яке має на
пругу від 20 до 25 мВ/м. У гірських районах річкові потоки разом із контактною напругою гірських порід, фільтрацією талих вод утво рюють локальні поля з Е~ 300...600 мВ/м і навіть до 2 В/м. Головною причиною утворення локальних полів рудних тіл є стрибкоподібна різниця потенціалу на межі рудного тіла з іонним середовищем. Внаслідок окиснення верхня частина рудного тіла втрачає електрон і стає електропозитивною. У нижній частині руд ного тіла хімічне окиснення сульфатів не відбувається, оскільки води зазвичай мають лужну реакцію. Тому нижня частина рудного тіла стає електронегативною. Напруженість полів, що розглядаються, досягає декількох В/м. Локальних носіїв рудних тіл немає в райо нах розповсюдження боліт, а в районах із сухим кліматом чи при глибокому заляганні рудних покладів створюються незначні поля. Природні електричні поля можуть виникати також при корозії трубопроводів та інших підземних металевих конструкцій. Інтен сивність струменів корозії зростає з погіршенням гідроізоляції цих конструкцій, зменшенням питомого електричного опору порід і підвищенням їх вологості. Найбільш суттєвими є різновиди корозії, зумовлені електричними полями, що виникають у Землі за рахунок зовнішніх чи внутрішніх, або ж поверхневих штучних джерел блу каючих струмів. Створені цими джерелами електричні поля відігра ють дуже важливу роль у формуванні блукаючих струмів - основ ного фактора електрокорозії підземних інженерних споруд і кому нікацій. Основними штучними джерелами блукаючих струмів у Землі є електрифіковані залізниці постійного струму, лінії елект ропередач, а також струми засобів електрохімічного захисту щодо підземних споруд, не включених у систему захисту. Таким чином, електричні поля в Землі створюються природни ми джерелами або мають техногенний характер. Вони справляють значний вплив на породи і ґрунти, який проявляється у стимулю ванні електрокінетичних явищ, зміні температурного режиму літо сфери, розвитку корозійних процесів.
висоті 500 м від поверхні Землі потенціал дорівнює 50 кВ, а побли зу іоносфери сягає 212...240 кВ. Що стосується еквіпотенціальності, то вона характеризує ті поверхні всередині атмосфери, потенціали кожної точки яких відносно Землі однакові. Ці поверхні ніби плав но охоплюють планету невидимими електричними оболонками, дуже точно копіюючи рельєф місцевості. Еквіпотенціальні поверхні обминають перешкоди і концентруються над височіючими пред метами (рис. 21.4).
Рис. 21.4. Еквіпотенціальні поверхні електричного поля атмосфери над висотними будівлями
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Електротелуричне поле» з дисципліни «Геофізична екологія»
