It's easy with us

Статистика






Онлайн всего: 71
Гостей: 71
Пользователей: 0



ИЦ BoBines

Реферати статті публікації

Пошук по сайту

 

Пошук по сайту

Головна » Реферати та статті » Екологія » Геофізична екологія

Електромагнітні властивості геосфер
Найбільш важливою і найдосконаліше вивченою властивістю є електрична провідність. Електрична провідність як властивість се­ редовища переносити електричні заряди під впливом зовнішнього електричного поля найчастіше кількісно оцінюється питомим елек­ тричним опором ре, який є величиною, оберненою у(ре = І/у)- Оди­ ницею вимірювання ре є Ом м, значення у вимірюється в сименсах на метр (См/м). Сименс на метр дорівнює питомій електричній про­ відності провідника, який при площі поперечного перерізу 1 м2 і довжині 1 м має електричну провідність 1 См.

Залежно від природи електричних зарядів розрізняють електрон­ ну, іонну і змішану електричні провідності. Перша з них властива металам, рудним тілам, силікатним і оксидним матеріалам. Іонна провідність притаманна електролітам, їх водним розчинам і при­ родним водам. Для гірських порід здебільшого характерна елект­ ронна, іонна та змішана електрична провідність, атмосфері - іонна. За значенням ре природні речовини поділяють на провідники (104...10-1 напівпровідники (101 10*) і діелектрики (>106) Ом м. ), ... Такий поділ умовний, оскільки сухі і вологі гірські породи, морські й прісні води, поміщені в змінне електромагнітне поле, можуть про­ являти себе або як провідники, або як діелектрики. Зокрема, морсь­ ка вода при низьких частотах (у/а/є = 1... ІО-4) є провідником, а при надвисоких частотах (у/со'є = 101) - діелектриком. 0 Електрична провідність атмосфери. До складу атмосфери вхо­ дять нейтральні молекули і атоми, позитивно і негативно заряджені іони та вільні електрони. Внаслідок наявності електрично заряд­ жених частинок атмосфера володіє електропровідністю, яка в кож­ ній точці визначається джерелами іонізації та іонними констан­ тами. Основними збудниками електрично заряджених частинок в ат­ мосфері, або основними іонізаторами атмосфери, є космічні про­ мені, сонячна і земна радіація (випромінювання). Кожну секунду через площу в 1 км2 атмосфери в напрямку зем­ ної поверхні з Космосу влітає понад 10000 релятивістських (таких, що рухаються зі швидкістю, близькою до швидкості світла) заря­ джених частинок. Вони називаються космічними променями. По­ ходження більшої частини цих променів пов’язують з грандіозни­ ми вибухами т. зв. наднових зірок у Галактиці. При взаємодії з атомними ядрами атмосфери ці частинки ви­ кликають утворення величезної кількості електронів і мезонів різних знаків і енергії (вторинне космічне випромінювання). Переважна частина сонячної радіації ультрафіолетового та рент­ генівського діапазонів поглинається у верхніх шарах атмосфери (вище 40 км). Цей процес супроводжується розщепленням атомів атмосфери на іони - носії електрично заряджених частинок. Корпускулярне сонячне випромінювання також іонізує атмо­ сферу в межах, тотожних тим, які викликаються електромагнітним випромінюванням Сонця. Особливо це стосується полярних районів Землі. Земна радіація іонізує атмосферу безпосередньо біля земної поверхні. Оскільки випромінювання радіоактивних речовин зем-

мої кори майже повністю поглинається приповерхневим шаром, то іонізатором нижньої атмосфери є вторинні продукти радіоактив­ ного розпаду. В атмосфері іони утворюються також у результаті її збурення продуктами атомної промисловості, випробувань ядерної зброї, а також короткохвильового випромінювання зірок та за рахунок метеорних часток. Мають місце й інші, локальні іонізатори атмо­ сфери (ударна іонізація під час гроз, механічна іонізація, що вини­ кає в ході морських прибоїв і річкових водопадів, хімічна іонізація при виверженні вулканів тощо). Суттєве значення для іонізації ат­ мосфери має вміст в ній вологи, твердих мінеральних часток, інших домішок, які сукупно знижують електричну провідність ат­ мосфери. Поряд з іонізацією в атмосфері протікає зворотний процес рекомбінація (з’єднування) іонів і електронів з утворенням нейт­ ральних атомів і молекул із вільних електронів та позитивних атом­ них і молекулярних іонів. Рекомбінація позитивних і від’ємних іонів має місце переважно у нижніх шарах атмосфери, позитивних іонів з електронами - у верхніх шарах атмосфери. У результаті іонізації і рекомбінації в атмосфері утворюються носії електричного струму різної величини. Електрична провідність гідросфери. Загалом природні води яв­ ляють собою суміш розчинів електролітів. Електричні заряди в них під дією зовнішнього електричного поля переносяться іонами. Пи­ тома електрична провідність води у залежить від концентрації роз­ чину пї, валентності іонів г ±, їх рухомості І/ і електричної актив­ ності V. В одиницях СІ (См/м) ця залежність має вигляд

у = Ю*'Цут'2±(^о + С/0)] '

(21.1)

де: 1/0 і и д - рухомість одиничного заряду. Зовсім чисті природні * води є поганим провідником. Так, при температурі 18 °С електрич­ на провідність води, позбавленої будь-яких домішок, становить 3,8-10"* См/м, дистильованої води - 2-10-4См/м, морської - 3...7 См/м. Такі малі значення у чистих вод пояснюються частковою дисоціа­ цією їх на іони Н *і ОН . Проте води материків і Світового океану ніколи не бувають хімічно чистими. Вони містять розчинені солі, гази, органічні спо­ луки. Підвищення солоності води супроводжується ростом концен­ трації іонів і, як наслідок, - збільшенням у. Підвищення температу­ ри морської води призводить до зростання електричної провідності. У зв’язку із значною просторовою і часовою мінливістю соло­ ності і температури води, особливо у верхньому шарі, електрична

провідність морських вод, як і атмосфери, має нерегулярний ре­ жим. Електрична провідність вод річок, озер, боліт теоретично і екс­ периментально вивчена слабше, ніж морських вод. Узагальнені дані показують, що концентрація електронів у них незначна (0,1... 0,001 моль), а тому у складає всього 0,1 ТО'2...2,410'2 См/м. Електрична провідність літосфери. Тут у змінюється у значно більших межах, ніж це властиво для морської води, оскільки елект­ рична провідність кристалів, мінералів і гірських порід має досить різні значення. Електропровідність складових земної кори і зем­ них надр у значній мірі залежить від цілого ряду змінюваних у часі та просторі факторів (температури, мінеральної структури гірських порід, вмісту в них вологи, газів, нафти). Тому лише стосовно од­ нокомпонентних непористих гірських порід можна говорити про певні або однозначні величини у. Значною мірою таке становище пов’язане із різною електричною провідністю вологи, що знахо­ диться у порах гірських порід, і зовнішньої мінералізованої води. Просторові зміни електричної провідності (або електричного опору) у земній корі та мантії вивчені недостатньо. Достовірно ви­ значені поки що опори осадових товщ (1... 100 Омм). Складність роботи полягає у визначенні сукупного впливу високих темпера­ тур і тиску, а також оцінки впливу незначних варіацій складу порід на ре. Тому гірських порід у земній корі оцінюють шляхом лабо­ раторних досліджень і електрозондування, а у верхній мантії - по залежності рг лише від температури. Розраховані значення як величини, що залежить тільки від температури, за даними Інститу­ ту геофізики ім. С. І. Субботіна, подано у табл. 21.1.
Таблиця 21.1. Питомий електричний опір земної кори, верхньої і середньої мантії
Глибина, км 0...40 40...80 80...120 120...160 160...200 р^, Ом-м 5000 5000 5000
2000

Глибина, км 200...240 240...280 280...320 320...360 360...400 р^, Омм 500 300
200

Глибина, км 400...440 440...480 480...600 600...900 >900 р^, Ом-м 40
20 10 2 0,1

80 60

80

У літосфері з глибиною електричний опір рг зменшується, що обумовлює зростання питомої електричної провідності у земних надр. Ще більш побічні дані є щодо електричної провідності ядра Землі. Більшість оцінок рг ядра отримано шляхом простої екстра­ поляції значень опору чистого феруму при високій температурі і тискові з урахуванням 10 % домішок ніколу (оскільки припускається саме такий хімічний склад ядра Землі). Для цих умов багато ав­ торів вважають, що ре ядра Землі знаходиться в межах 11ТО'5... 22Т0'4 Ом м. Інші електромагнітні властивості Землі. Якщо у є основною електричною характеристикою провідників, то для діелектриків такою ознакою є відносна діелектрична проникність е. Вона зале­ жить від полярних властивостей молекул речовини, температури, вмісту і властивостей домішок, а також від частоти зовнішнього поля. Вимірюється у безрозмірних одиницях від 1 до 80. Значення діелектричної проникності дистильованої, прісної і морської води для частот від 1 до 2104 МГц приблизно однакові і складають в середньому 80. За частоти 2,652 ГГц при зростанні тем­ ператури від 5,5 до 240 °С є прісної води зменшується від 80,52 до 77,44. На більш низьких частотах зміни значення є морської і прісної води лінійно залежать від температури. Для гірських порід значення є змінюється в широких межах. Ді­ електрична проникність порід при збільшенні їх вологості зростає, оскільки є води приблизно у 10... 12 разів вища, ніж у породотвір­ них мінералів. Діелектрична проникність порід в міру переходу від кислих до основних підвищується, так як в останніх більший вміст плагіоклазів і кольорових металів. Магнітна сприйнятливість % характеризує здатність речовини м змінювати свій магнітний момент під впливом зовнішнього магніт­ ного поля. У залежності від числового значення і знака хм всі при­ родні речовини поділяють на діамагнітні, парамагнітні і феро­ магнітні. Для повітря магнітна сприйнятливість практично дорів­ нює одиниці, тобто повітря не змінює зовнішнього магнітного поля. Природні води являють собою діамагнітну речовину. Для них є від’ємною величиною, яка залежить від температури і фазового стану води (табл. 21.2).

Таблиця 21.2. Магнітна сприйнятливість води

Фазовий стан води Рідка Тверда Важкогідроґенна; рідка тверда

Температура, К 293 273 273

Хм-104 - 12,97 - 12,93 - 12,65

276,8 276,8

- 12,76 -12,54

Вважається, що осадові породи, якщо вони не містять феромаг­ нітних речовин, загалом є немагнітними. Магнітні властивості цих порід визначаються наявністю в них акцесорних парамагнітних і феромагнітних мінералів. Всі магматичні породи поділяються на феро-парамагнітні та феромагнітні. У феромагнітних порід підви­ щена намагніченість може бути пов’язана з парамагнітними й фе­ ромагнітними мінералами (магнетит, магеміт, піротин). Магнітні властивості метаморфічних порід змінюються в найширших межах. Серед них трапляються діамагнітні, феро-парамагнітні та феро­ магнітні. Магнітні властивості їх залежать від складу та властивос­ тей первинного субстрату, а також від видів процесів їх перетво­ рення.

Від’ємний знак % для діамагнітних тіл (дерево, мармур, скло, м нафта, гіпс, кам’яна сіль, а також деякі метали - золото, срібло, свинець, мідь та ін.) характеризує направленість магнітного момен­ ту в сторону, протилежну зовнішньому магнітному полю. Це озна­ чає, що діамагнітні речовини під дією магнітного поля намагнічу­ ються в напрямку, протилежному діючому полю; вони викликають послаблення магнітного поля Землі, тобто від’ємні магнітні ано­ малії. До парамагнітних тіл належать 0 2, оксиди Нітрогену, солі рідкісноземельних елементів, лужні і лужноземельні метали та ін. Магнітна сприйнятливість в них додатна і співпадає з напрямком зовнішнього магнітного поля. Зазвичай вона сягає 10~5...10'3 оди­ ниць у залежності від температури, агрегатного стану і хімічного складу речовини. Гірські породи, що містять парамагнітні речови­ ни, створюють найбільші додатні магнітні аномалії. їх магнітна про­ никність сягає дещо більше одиниці. Феромагнітні речовини (ферум, нікол, кобальт та інші метали, деякі оксиди їх) володіють рядом характерних властивостей і ознак. Вони здатні сильно намагнічуватись. їх позитивна магнітна сприйнятливість часто складає одиниці, а іноді десятки і тисячі оди­ ниць. Це означає, що у порівнянні з діа- і парамагнітними речови­ нами феромагнітні в даному полі намагнічуються сильніше в мільйон разів. Через наявність феромагнітних речовин магнітне поле посилюється у десятки і сотні разів. Це призводить до утво­ рення на Землі потужних додатних магнітних аномалій. Іншою особливістю цих речовин є їх здатність зберігати набуту намагні­ ченість або володіти залишковим намагнічуванням.

Ви переглядаєте статтю (реферат): «Електромагнітні властивості геосфер» з дисципліни «Геофізична екологія»

Заказать диплом курсовую реферат
Реферати та публікації на інші теми: Задача о двух лодках
Програмне забезпечення для захисту інформації персональних комп’ю...
ЯКІСНІ ВЛАСТИВОСТІ ГРОШЕЙ
БІЗНЕС-ПЛАНУВАННЯ ІНВЕСТИЦІЙНОГО ПРОЕКТУ
Розвиток телекомунікаційних мереж


Категорія: Геофізична екологія | Додав: koljan (20.04.2013)
Переглядів: 615 | Рейтинг: 0.0/0
Всього коментарів: 0
Додавати коментарі можуть лише зареєстровані користувачі.
[ Реєстрація | Вхід ]

Онлайн замовлення

Заказать диплом курсовую реферат

Інші проекти




BoBines