научная статья по теме ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИСКУССТВЕННОГО ОБЛАКА НА АТМОСФЕРНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИСКУССТВЕННОГО ОБЛАКА НА АТМОСФЕРНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ»

ИЗВЕСТИЯ РАИ. ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ И ОКЕАНА, 2007, том 43, № 2, с. 266-271

УДК 551.594

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИСКУССТВЕННОГО ОБЛАКА НА АТМОСФЕРНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

© 2007 г. В. В. Кузнецов, Н. В. Чернева, И. Ю. Бабаханов

Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН 684034 Камчатка, п. Паратунка, ул. Мирная, 7 E-mail: vvk@ikir.kamchatka.ru Поступила в редакцию 17.06.2005 г., после доработки 27.09.2006 г.

Приведены предварительные результаты экспериментов по исследованию влияния на атмосферное электрическое поле (АЭП) искусственного пароводяного облака (ПВО). Эксперименты проводились 12.10.2004 г. на Камчатском месторождении теплоэнергетических вод в районе действующей Мутновской электростанции. Напряженность АЭП измерялась в непосредственной близости от открываемых во время наблюдений законсервированных глубинных геотермальных скважин. Обнаружен эффект понижения напряженности электрического поля в течение существования ПВО. Предложены модели, обсуждаются результаты эксперимента.

1. В октябре 2004 г. авторам этой статьи представилась возможность выполнить измерения напряженности атмосферного электрического поля (АЭП) в непосредственной близости от открываемых в момент технологического сброса перегретого водяного пара законсервированных глубинных геотермальных скважин. Предполагалось, что при открытии скважин будет возникать аэрозольное образование типа облака, которое может оказать заметное влияние на АЭП. Такое предположение не лишено смысла, т.к. известно, что облака рассматриваются в качестве дополнительных генераторов, вносящих вклад в создание глобальной разности потенциалов между Землей и ионосферой [1, 2]. Кроме этого, подобный эксперимент мог бы служить проверкой идеи, согласно которой за некоторое время перед землетрясением происходит инжекция заряженных аэрозолей с земной поверхности в атмосферу. По утверждениям авторов работы [3], напряженность электрического поля при этом уменьшается и может даже сменить знак. В наших экспериментах "инжекция" аэрозолей делается искусственно. Целью этих экспериментов по активному воздействию на АЭП была оценка влияния искусственного пароводяного облака (ПВО) на атмосферное электричество. Ставилась задача экспериментально выяснить, что происходит с АЭП во время того, как скважину открывают и затем закрывают, т.е. в те моменты времени, когда облако то появляется, то исчезает. Наблюдения за изменением АЭП вблизи действующих природных источников - гейзеров, вулканических фумарол и пр., лишены этой возможности. В поставленную задачу входило: выяснить полярность заряда, вносимого пароводяным облаком; порядок и знак изменения напряженности поля Е; роль мелких, не видимых глазу заряженных водных аэрозолей, увеличение концентрации которых в атмосфере, со-

гласно некоторым моделям, предвещает землетрясение и т.п. Получение ответов на поставленные вопросы в процессе эксперимента поможет пониманию физики АЭП.

В данном сообщении приводятся предварительные экспериментальные результаты по изучению влияния на АЭП искусственно созданного пароводяного облака. Исследования проводились в районе действующей Мутновской электростанции на трех скважинах теплоэнергетических вод -парогидротерм.

2. Мутновское месторождение парогидротерм находится на юго-востоке полуострова Камчатка на высоте 800-900 метров между тремя вулканами (Мутновским, Горелым и Вилючинским) и является подземным источником перегретого водяного пара. Пар с температурой до 175°С образуется при контакте подземных вод с геологическим телом, расположенным в верхней мантии Земли. Геологическое тело, нагретое до температуры, достигающей максимума в 315°С, относится к разряду долго-живущих магматических центров и представляет собой глубинный тепловой очаг. Глубина верхней кромки магматического очага ~5 км, скважины разбурены на глубину 1-2 км. Давление пара на срезе скважины составляет несколько атмосфер, средний дебит геотермальной скважины составляет ~30 кг/с, средняя концентрация пара, содержащегося в пароводяной смеси ~25%.

3. Измерения вертикальной компоненты напряженности АЭП Ег проводились с помощью электрического флюксметра "Градиент М3", системы оцифровки и записи сигнала на цифровой носитель. На рис. 1 показан общий вид трех экспериментов по созданию ПВО. При открытии 1-й скважины (рис. 1а) образовался столб пара высотой порядка 15-20 м. Пар сносился ветром, образуя облако объемом до 103 м3. Флюксметр устанавли-

<4

Рис. 1. Общий вид экспериментов по созданию пароводяного облака (ПВО) на 1-й (а), 2-й (б) и 3-й (в) скважинах.

вался на земле на расстоянии от 10 до 60 м от скважины в направлении от нее как по ветру, так и против него. Показания прибора фиксировались в течение 10 мин, затем скважина открывалась, и вновь производились измерения в течение еще 10 мин, затем прибор переносился на другое место, где проводились следующие измерения. Полное время наблюдения на каждой из трех исследуемых нами скважин составило около часа. (Как выяснилось при обработке данных и как будет показано ниже, этого времени было недостаточно.) На рис. 2 и 3 приведены записи величины напряженности АЭП: величина Ег до включения первой скважины и начала выхода пара (расход Р1 ~ 15 кг/с) изменялась в интервале от 200 до 400 В/м при среднем значении 300 В/м. После открытия скважины значение Ег снизилось (рис. 2а) до 100-200 В/м, т.е. в два раза. Средняя величина падения напряженности поля ДЕ ~ 150 В/м, время ее уменьшения т ~ 250 с. Затем значение Ег несколько возросло, причем быстрее, чем уменьшалось (т2 ~ 100 с), до величины, несколько меньшей, чем первоначальное значение Ег (рис. 26). В дальнейшем происходило медленное возрастание напряженности поля Ег с постоянной времени т3 ~ 103-104 с. К сожалению, в связи с ограниченной длительностью эксперимента уточнить эту цифру не было возможности. При открытии второй скважины образовавшееся облако (расход Р2 ~ 5 кг/с, рис. 16 и рис. 3) было меньше, чем в первом случае, а изменение величины Ег если и было, то оказалось незначительным. Можно привести только верхние пределы величин: ДЕ < 50 В/м, т < < 50 с. Результат, аналогичный первому, был получен при открытии третьей скважины (расход Р3 ~ ~ 35 кг/с, рис. 1в и рис. 3). В этом опыте, несмотря на то что расход и скорость истечения пара из сква-

жины не уменьшались со временем, а возрастали, и облако увеличивалось в размерах, в течение Т ~ ~ 100 с наблюдалось уменьшение напряженности АЭП: ДЕ ~ 250 В/м. Время частичного восстановления значения Е было примерно таким же, как и в первом эксперименте: Т2 ~ 150 с. Однако, как и на первой скважине, начальной величины напряженности поля достигнуто не было, хотя тенденция к медленному возрастанию напряженности до ее начальной величины сохранилась.

Полученные результаты позволяют ориентировочно оценить скорость убывания напряженности поля ёЕ/А в момент открытия скважины для двух из трех экспериментов (рис. 2, первый эксперимент и рис. 3, третий эксперимент): в первом ёЕ/А ~ ~ 0.6 В/м с, в третьем АЕ/А ~ 2.5 В/м с. Во втором эксперименте этот параметр достоверно оценить не представляется возможным. Данные наблюдений приведены в таблице.

В результате анализа полученных в эксперименте данных показано, что:

- во всех экспериментах наблюдается понижение напряженности поля, связанное с величиной водности ПВО и дебитом скважины. Величина ДЕ изменялась от эксперимента к эксперименту в примерном соответствии с расходом пара скважины;

Таблица

№ скважины Расход кг/с ДЕ, В/м Тх, с Т2, с Т3, с

1 15 150 250 100 >1000

2 5 50 50

3 35 250 100 150 >1000

Ez, В/м 500

400

300

200

100

0

22:18 500 400 300 200 100 0

22:50

Порыв ветра, попадание песка на датчик

Запуск скважины, выпадение из облака воды на датчик

1 эксперимент

Уменьшение

расх°да Усиление расхода скважины

22:55

23:00

23:05 23:09

Время, по Гринвичу

Т2

Т

3

Рис. 2. Временной ход Е2 (В/м) на первой скважине (а). Фиксируются моменты образования ПВО, начало понижения Е2; окончание быстрой релаксации поля; период медленной релаксации (б).

Т

2 эксперимент

Открытие 3 эксперимент усиление 2 скважины Открытие выхода ПВО 3 скважины 3 скважины

Ez, В/м 500

400

300

200

100

0:02 0:04 0:06 0:08 0:10 0:12 0:14 0:16 0:18 0:20 0:22

__ Время, по Гринвичу

Т1 Т2 Т3

Рис. 3. Временной ход Е2 (В/м) на второй и третьей скважинах.

- характерная скорость быстрого уменьшения напряженности поля пропорциональна расходу пара, в то время как время релаксации, т.е. время частичного увеличения напряженности поля, следующего за периодом ее уменьшения, т2 - 100-200 с, на первой и третьей скважинах не различается так заметно, как время уменьшения;

- время релаксации поля т3 велико и составляет ~103-104 с. Более точно это время определить не

удалось. По нашим оценкам, время релаксации не зависит от величины ветра, так как во всех трех экспериментах, проведенных на трех различных скважинах, сила порывов ветра не была одинаковой. Полагая, что это характерное время есть время оседания заряженных аэрозолей с высоты ~10 м, можно оценить скорость оседания V - 10-3-10-2 м/с, что, в свою очередь, позволяет, пользуясь формулой Стокса, оценить размер аэрозоля: 0.3-1 мкм;

- параметр dE/dt, возможно, характеризует скорость образования зарядов (в основном, ионов); в этом случае он должен быть связан с принятым в физике ионизированных газов коэффициентом ионообразования q (м-3 с-1).

4. Для получения ориентировочных оценок примем, что расход пара из скважины ~20 кг/с. Вместе с паром из скважины выбрасывалось значительное количество воды, для каждой из обследованных скважин точно не известное. Водность искусственного облака М, оцененная визуально, по-видимому, сравнима с водностью кучевого облака, для которого принято считать М - 0.1-1 г/м3. За время эксперимента, продолжавшегося на каждой из скважин около получаса, выпало менее 1 мм осадков, что соответствует скорости накопления осадков (интенсивности "дождя") -0.5 мм/ч. Такая скорость дождя соответствует мороси. Если оценить скорость выпадения дождя от облака с водностью М - 0.1 г/м3, то п

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком