4.6. СХЕМА ФИНДЕЙЗЕНА

Финдейзен [297], основываясь на своих исследованиях электризации при сублимации водяного пара, испарении льда и при замерзании переохлажденных капель на поверхности льда (коагуляции), разработал теорию грозового электричества. Он получил, что сублимация водяного пара сопровождается вырыванием из поверхности ледяных частиц осколков, которые получают отрицательные заряды, а ледяные частицы — положительные. При быстрой коагуляции образуются ледяные осколки с зарядами того же знака, только интенсивность электризации примерно на три порядка больше, чем при сублимации. Испарение ледяных частиц также приводит к образованию ледяных осколков, только знак зарядов осколков и частиц обратный тому, который соответствует сублимации и коагуляции. Интенсивность электризации при испарении примерно такая же, как при сублимации.

Согласно Финдейзену, в результате подъема воздуха в центральных частях грозового облака зарождаются ледяные частицы, на которых происходит коагуляция. Частицы получают положительные заряды, а осколки — отрицательные. Вследствие различия в скорости падения ледяных частиц и осколков происходит макроразделение зарядов, приводящее к образованию вблизи уровня изотермы 0°С положительно заряженной области, а выше — отрицательно заряженной. На высотах, где скорость восходящих токов недостаточная для подъема вверх ледяных частиц и температура низкая, происходит сублимация водяного пара, и частицы приобретают положительные заряды, создавая верхнюю, положительно заряженную область. В тыловой части облака, где существуют нисходящие токи воздуха, ледяные частицы опускаются и испаряются. Частицы получают отрицательные заряды, а осколки — положительные. В результате вверху остаются отрицательные осколки, которые создают в облаке отрицательную область, а положительно заряженные частицы выпадают в виде дождя. Финдейзен также

считает, что в пространстве между положительно и отрицательно заряженными областями, где падают ледяные частицы, действует эффект Вильсона, который приводит к усилению поля между этими областями. Так как заряды, образующиеся за счет коагуляции, примерно на три порядка больше, чем заряды, образующиеся в результате сублимации и испарения ледяных частиц, то основными центрами грозового облака являются нижняя, положительно заряженная область и находящаяся над ней отрицательно заряженная область.

Вихман [569] предпринял попытку несколько усовершенствовать теорию Финдейзена. Он считает, что в центральных частях грозового облака существует узкая «труба», в которой скорость восходящих токов достигает 10-20 м/с, а иногда и 40 м/с. В этой «трубе» зарождаются ледяные частицы, при подъеме вверх превращающиеся в крупу и град. Эти гидрометеоры выносятся из «трубы» и разносятся по облаку, которое благодаря ветру становится асимметричным (рис. 68). Град падает возле «трубы», создавая крупнокапельный, положительно заряженный дождь. В тыловой части облака, где падает слабый дождь, наблюдается смесь положительно и отрицательно заряженных капель. Таким образом, на основании теории Финдейзена-Вихмана получалась правильная качественная картина распределения зарядов в грозовых облаках. Количественные оценки ни Вихманом, ни Финдейзеном не были выполнены.

Повторение Крамером [115] опытов Финдейзена показало, что тела в потоке заряжаются отрицательно, а не положительно. В дальнейшем появилось значительное число других экспериментальных исследований, которые подтвердили вывод, сделанный Крамером. В частности, многочисленные исследования Лезема и Мейсона [380, 381] дали такие же результаты. Следовательно, схема грозы Финдейзена основана на неверных представлениях о механизме электризации гидрометеоров в кучево-дождевых облаках.

Рис. 68. Схема грозы Финдейзена — Вихмана.