4.2. СХЕМА СИМПСОНА

Симпсон [518] положил в основу своей схемы грозы механизм электризации при дроблении дождевых капель. Он принял, что в кучево-дождевых облаках ниже уровня изотермы 0°С существует

область восходящих токов со скоростями 8 м/с и больше. При падении капли растут, причем их конечная скорость падения также растет, однако только до 8 м/с. Поэтому в облаках на уровне скоростей восходящих токов 8 м/с образуется задерживающий слой, ниже которого капли падать не могут (рис. 67). Так как капли размером 5,5 мм являются неустойчивыми, в области задерживающего слоя они будут разрушаться. Крупные фрагменты получают положительные заряды, а мельчайшая водяная пыль — отрицательные. Последняя уносится восходящими токами вверх, адсорбируется на облачных капельках и создает отрицательно заряженную область.

Рис. 67. Схема грозы Симпсона. 1 — область восходящих токов со скоростью 8 м/с, 2 - нижняя положительно заряженная область, 3 — основная отрицательно заряженная область, 4 — положительно заряженный дождь, 5 — отрицательно заряженный дождь.

Крупные, положительно заряженные фрагменты капель распределяются в некотором объеме над областью восходящих токов, создавая положительно заряженную область большой плотности. На краю этой области, где скорости восходящих токов уменьшаются, должен наблюдаться крупнокапельный, положительно заряженный дождь, а из тыловой части облака — мелкокапельный, отрицательно заряженный дождь. Из грозового облака с подобным распределением заряженных областей следует ожидать разрядов молний на землю преимущественно с положительной полярностью.

По мере накопления сведений о строении грозовых облаков и процессах в них обнаружился ряд несоответствий с выводами, вытекающими из теории Симпсона. Так, грозовой дождь всегда состоит из смесп положительно и отрицательно заряженных капель, разряды молнии на землю из активной части грозового облака имеют преимущественно отрицательную полярность (И. С. Стекольников [173] и др.). Кроме того, в схеме грозового облака отсутствовала верхняя, положительно заряженная область, которая была

обнаружена в результате многочисленных наблюдений. Это побудило Симпсона к пересмотру и дальнейшему усовершенствованию своей теории [522, 523, 524].

Симпсон предположил, что в верхней части грозового облака при отрицательных температурах существуют ледяные кристаллы. При соударении друг с другом под воздействием интенсивной турбулентности, которая должна иметь место в грозовых облаках, кристаллы получают отрицательные заряды, а воздух — положительный. При падении ледяных кристаллов происходит разделение зарядов, причем вверху образуется положительно заряженная область, а внизу — отрицательно заряженная. Нижняя, положительно заряженная область образуется в результате дробления капель. Эта модифицированная схема дает согласие с наблюдаемым распределением заряженных областей в грозовых облаках. Однако количественная оценка заряда, которая может быть получена исходя из представлений Симпсона, дала отрицательный результат. Так, Мейсон [428], предполагая, что одна и та же масса воды трехкратно примет участие в дроблении капель, из которых она состоит, пришел к выводу, что максимальный заряд за счет схемы заряжения, рассмотренной Симпсоном, не превысит т. е. он примерно на два порядка меньше наблюдаемого. Несколько больший заряд был получен им для механизма электризации при соударении снежных кристаллов: но эта величина также намного меньше требуемой для развития грозы. Таким образом, эффекты электризации, рассматриваемые Симпсоном, не могут играть главную роль в образовании грозового электричества.