суспензионный эффекты не превышают 1 мВ, что близко к погрешности измерений (±0,5 мВ) и здесь не рассматриваются.

Концентрационный эффект. Различие концентрации солей между слоями водной толщи приводит к диффузии ионов. Это обусловливает возникновение в морской воде локальных электрохимических процессов. Потенциал естественного электрического поля, возникающий за счет диффузионных процессов, можно определить по формуле Нернста, в которую введен поправочный множитель на ионную активность морской воды. При измерениях были зарегистрированы аномалии в 2-5 мВ. Особенно большие значения

200 ЫО 600

1000

12имВ

Рис. 3.1. Типовые кривые вертикального распределения потенциала естественного электрического поля в различных районах Мирового океана по [66].

/ - район Саргассова моря, 2 - периферия Гольфстрима, 3 - центральная часть Атлантического океана.

были зафиксированы в зоне Гольфстрима, в области нижней границы течения, на которой происходит смешение двух водных масс. Большое значение аномалии может быть обусловлено и тем, что диффузионный потенциал усилен магнитогидродинамическим и электрогидродинамическим эффектами, вызванными водными массами, движущимися в различных направлениях.

Эти экспериментальные данные хорошо коррелируют с высказанными нами представлениями (раздел 2.4) о возникновении электрических нолей в направлении, перпендикулярном вектору движения слоев жидкости. В реальных природных объектах находят подтверждение также представления (раздел 1.3) о возможности существования объемных зарядов роз=70 на больших пространствах вопреки общепринятым представлениям об электронейтральности морской воды.

Отличительная особенность электрического поля в океане - его существенная анизотропия, причем в значительной степени большая для вертикальной составляющей: если горизонтальные градиенты поля имеют преимущественно 0,05-0,1 мВ/м и реже 0,3 мВ/м, то вертикальные градиенты, как правило, достигают 5-10 мВ/м, т. е. на один-два порядка больше.

Исследования электрических полей и явлений, характерных для водной толщи Мирового океана, дают право утверждать, что напряженность электрического поля - одна из специфических физических величин, присущая всему объему водных масс, и как важ-

ный океанографический параметр наряду с плотностью, турбулентностью, оптическими и другими характеристиками водной толщи должна быть включена в совокупность изучаемых параметров гидрофизических полей океана [66].

Исследование электрических явлений в озерах показало, что электрическое поле не только может быть самостоятельным объективным параметром среды, но и служить для решения научных и прикладных задач гидрологии. Работы проводились на озерах северо-западной части Европейской территории СССР и на Байкале. Естественное электрическое поле в озерах флюктуирует в области сверхнизких частот СНЧ (О-5 Гц). Среднее значение напряженности теллурического поля близко к нулю. Амплитуды его обычно колеблются около (0,3-1,0)-10- В/м, но в средних широтах на суше достигают ЫО В/м, а в море (0,5-1,5) X ХЮ- В/м. В крупных озерах средняя напряженность поля составляет (5-6) 10-ь В/м.

Квазистационарные локальные поля местных источников формируют в озерах значительные градиенты потенциала в соответствии с временем действия источника и его мощностью. К таким источникам относятся: динамические явления, морфология дна и берегов, биологические объекты, гидротехнические сооружения, плавсредства и средства связи, сточные воды, терригенные материалы и т. д. Помимо локальных источников, существенный вклад вносит взаимодействие магнитосферы с магнитным полем Земли (региональный фактор). В итоге образуется суммарный геоэлектрический фон в озерах.

Локализация поля, обусловленная морфологией и геохимией дна, характеризуется изменением нормального фона (флюктуацией его), и при определенных условиях амплитуда напряженности достигает 1 мВ/м.

Для измерений в озерах, так же как и в море, применялись зондовые методы и контактные неполяризующиеся электроды. При использовании метода потенциал-зонда, где один из электродов фиксируется вблизи дна (1-2 м), при значительных глубинах для снижения погрешностей, вносимых дрейфом судна, применялось дополнительное крепление судна или буев на двух-трех якорях. Расстояние между электродами градиент-зонда при вертикальном зондировании составляло от 1 до 5 м. Методика исследований приведена в [5, 6].

Методика измерения вертикальной составляющей электрического поля в морях и озерах в основном аналогична. Естественная разность потенциалов измерялась двухэлектродным зондом (градиент-зонд, потенциал-зонд). Градиент-зонд представляет собой пару электродов с фиксированным расстоянием между ними и перемещается в водных слоях по вертикали. Все измерения проводятся обычно при дрейфе судна или измерительного буя. Однако для океанов, в связи с трудностями сохранения неподвижности судна вводятся поправки на его дрейф. Измерения проводились с помощью хлорсвинцовых неполяризующих электродов.

Биоэлектрический эффект. Этот эффект был установлен гфи измерениях естественного электрического поля в северной части Черного моря [66]. Результаты многократного измерения вертикального распределения таких параметров, как рН, Аы, радиоактивности, показали хорошо повторяющиеся изменения всех пара-

Рис. 3.2. Модельные кривые вертикального распределения разиостн Потенциалов при пересечении граднентиой установкой слоя фитопланктона по глубине (а) и у водной поверхности (б) [66].

Заштрихован слой фитопланктона.

метров с глубиной. Наблюдаются два четко выраженных скачка потенциала: первый Ды=10-15 мВ в поверхностном слое, второй - в около 10 мВ на глубине 190-200 м.

Зона слоя активной кислотности на глубине 190-200 м на всех станциях совпадает с верхней границей сероводородной зоны, к которой приурочен нижний скачок потенциала. Сопоставление

Рис. 3.3. Вертикальное распределение разности потенциалов естественного электрического поля в Кандалакшском заливе (/) и график относительной концентрации водорослей (2) по [66].

полученных данных с результатами биологического изучения разреза позволило установить, что слои повышенной радиоактивности, мутности и изменения в естественном электрическом поле и рН соответствуют горизонтам с повышенной концентрацией взвеси биологического происхождения.

Максимум мутности сопровождается отрицательной аномалией, скачком рН и повышенной радиоактивностью, совпадая по глубине со скоплением массы фитопланктона.

Аналогичные явления были исследованы на Беломорской биологической станции МГУ. Установлено, что появление разности потенциалов связано исключительно с наличием в среде клеток диатомовых водорослей (рис. 3.2, 3.3). Добавление к воде люголя, вызывающего гибель клеток, изменяло знак потенциала на обратный.