сфере. Количество влаги, извлекаемое растениями из воздуха в пустынях и полупустынях, должно быть очень значительным [107]. В тех климатических зонах, в которых по ночам отмечается активное образование туманов, например прибрежные пустыни, кактусы, на 95 % состоящие из воды, в состоянии успешно развиваться, даже если дожди вообще не выпадают.

3.3. Электромагнитные эффекты на межфазных границах воздух-вода-лед в природных водных объектах

Образование газовых пузырьков. Причины возникновения газовых пузырьков в природных водах и их последующий рост могут определяться многими факторами [83, 138, 179].

Наличие электрического заряда газовых пузырьков в природных водах должно приводить к возникновению двойного слоя вблизи поверхности газового пузырька на границе раздела воздух-электролит [131, 92].

Наличие в воде ПАВ стабилизирует поверхность пузырька, препятствуя расширению газа в нем при всплытии. Сам факт различия диэлектрических постоянных газ-вода определяет и различие электрических свойств воды, содержащей воздух в виде пузырьков, и воды, не содержащей воздух. Наличие газовой фазы снижает диэлектрическую постоянную и электрическую проводимость системы.

Оболочки газовых пузырьков в воде заряжаются отрицательно и в горизонтальном электрическом поле перемещаются к положительному электроду. Заряд их не зависит от радиуса в пределах 0,33-2,0 мм. Максимальный заряд наблюдался через 300 с после образования пузырька. В условиях равновесия заряд пузырька 3,36-10* Кл. Максимальная плотность зарядов сгтах = 6х Х10~* Кл/см, -потенциал границы вода-воздух равен 0,055- 0,064 В [117].

Ряд данных свидетельствует о том, что пузырьки достаточно малого радиуса не всплывают в жидкости. Так, при определенных условиях в морской воде на различных глубинах содержатся не-всплывающие микропузырьки воздуха радиусом порядка 20 мкм. Местом зарождения и роста газовых пузырьков в потоке может считаться вихрь любой циркуляции. Показано также, что турбулизация потока, наличие пульсаций давления, главным образом в период его снижения, приводит к интенсификации процессов газовыделения и снижения порогового давления начала кавитации.

Разбрызгивание жидкости, волны на поверхности приводят к возникновению мелких капель, содержащих ионы двойного слоя и соответственно сильно заряженных. Наиболее мелкие капли заряжены отрицательно, а капли промежуточных размеров - положительно. Образование газовых заряженных пузырьков или каверн при возникновении областей пониженного давления также

относится к явлениям электризации. По существу, и в этом случае имеет место разрыв жидкости газом или паром и, что более реально, ионизированным газом, содержащимся в воде.

Таким образом, заряд газовых пузырьков и их длительное существование может иметь место как в воде, так и в неводных средах.

Исчезновение пузырьков и каверн. В природе мы встречаемся главным образом с явлениями гидродинамической кавитации [83] вследствие локальных понижений давления.

Явление кавитации имеет место только для реальных жидкостей, в которых всегда находятся газовые или паровые включения.

Vg=WM/c

Рис. 3.11. Схема процесса всплытия в воде и разрыва на поверхности воздушного

пузырька по [138].

и отсутствует у газов и твердых тел. Это свойство также существенно для природных вод, как и молекулярная вязкость.

Показано, что при исследовании физики кавитационных процессов необходим учет электрических и гидродинамических явлений как при образовании газовых пузырьков и каверн, так и их сжатии и схлопывании . Электрические разряды в зоне кавитации, возникающие при сближении двойных слоев каверн, пузырьков в малые моменты времени при потере каверной устойчивости - есть существенная сторона кавитационного процесса [89].

В экспериментальных исследованиях в воде амплитуда возникающих импульсов порядка 50-140 мкВ и продолжительность 6- 28 МКС.

Внутри газовых пузырьков при схлопывании и кавитации наблюдается повышенное давление газа, на два-три порядка по сравнению с равновесным значением. В пузырьках после кавитации значительно больше кислорода, чем обычно.

Близок по характеру к этим явлениям эффект всплыванпя газового пузырька и резкое сокращение его поверхности и связанного с ней двойного слоя при его разрыве. Явление разрыва пузырьков в морской воде исследовалось в связи с электризацией атмосферы [138, 153, 168]. Разрыв пузырька сопровождается

серией явлений, следующих одно за другим с большой скоростью (рис. 3.11). При разрыве пузырька с поверхности океана в атмосферу выбрасываются капли двух видов: мелкие, представляющие собой остатки поверхностной пленки пузырька, контактировавшей с атмосферой, и более крупные реактивные , вылетающие со дна пузырька. Реактивные капли, обладающие большой массой, вскоре падают обратно, в то время как значительно меньшие пленочные капли формируют аэрозоли. При разрыве воздушных пузырьков в атмосферу переносится и электрический заряд. Плотность его вблизи поверхности океана в июне-августе Достигает максимума [153].

Электромассоперенос в природных водных объектах. Всплывающий пузырек в природных водах является источником движущегося макроскопического объемного заряда [63, 168], и, следовательно, совокупность таких движущихся пузырьков обусловливает конвекционный электрический ток в жидкости.

Соотношение массы газа, переносимой из природных вод через испарение с поверхности, к массе газа, переносимой из природных вод пузырьками, по-видимому, существенно меньше единицы. Однако для корректного ответа на этот вопрос надо знать число разрывающихся пузырьков на I м поверхности в единицу времени. Отмечается [138], что в спокойную погоду вся поверхность моря покрыта лопающимися пузырьками. Газовые пузырьки окружены при подъеме макроскопическим объемным зарядом, который деформирован в пространстве за счет лобового сопротивления жидкости. Этот заряд сконцентрирован в объеме его диффузионного слоя и является переменной во времени величиной, так как при понижении толщины слоя жидкости над пузырьком он увеличивается в объеме. При всплытии совокупности пузырьков или при их скоплении они являются дополнительными носителями электрических полей в объеме жидкости. При прогреве жидкости газ в пузырьках расширяется и может наблюдаться возможное ускорение подъема, а при охлаждении, наоборот, замедление движения пузырька. Такие скопления являются дополнительными носителями конвекционных электрических токов плотностью / в единице объема обычно с отрицательным зарядом.

Наличие электрических объемных зарядов пузырьков ставит вопрос о влиянии атмосферных электрических полей на кинетику движения таких пузырьков. Напряженность электрического поля Е изменяется от 1 В/см при безоблачной погоде до 10-10* В/см при облачности и грозах, причем может иметь место изменение знака электрического поля. Особенно существенным подобное влияние может быть в пресных водоемах, где глубина проникновения электрических полей значительна.

Движение пузырьков в жидкости приводит не только к процессам конвективного перемешивания жидкости, но и к таким явлениям, как изменение структуры органических веществ, их переходу из пленок, покрывающих пузырек, при его лопании на поверхности в микрочастицы [153].