4.10. СХЕМА РЕЙНОЛЬДСА

Как уже указывалось выше, критика теории Воркмена-Рейнольдса заставила ее авторов отказаться от представления, что электризация при замерзании воды на градинах в области «мокрого» роста является основным механизмом образования электричества в грозовых облаках. Рейнольде [486] предпринял попытку видоизменить теорию, введя представление об электризации при трущемся контакте между крупой и ледяными кристаллами. При падении крупа соударяется с переохлажденными каплями, выделяется тепло кристаллизации и повышается ее температура относительно температуры окружающего воздуха. Ледяные частицы растут вследствие сублимации и поэтому нагреваются в меньшей степени. В результате крупа оказывается теплее ледяных кристаллов. При их соударении, согласно экспериментальным данным, крупа должна получать отрицательный заряд, а ледяные кристаллы—положительный. Крупа, растущая за счет переохлажденных капелек, которые образовались на ядрах конденсации, содержит значительно больше примесей, чем ледяные кристаллы, рост которых обусловливается сублимацией водяного пара.

В результате различий в концентрациях примесей при соударении крупы и ледяных кристаллов первая заряжается отрицательно, а вторые — положительно. Следовательно, за счет различий как в температурах, так и в загрязнениях крупа должна получать отрицательные заряды, а ледяные кристаллы — положительные. В восходящих токах воздуха происходит макроразделение зарядов, в результате которого вверху образуется положительно заряженная область, а внизу — отрицательно заряженная область.

Наблюдения за концентрацией солей в осадках в Нью-Мексико (США) показали, что процесс электризации, обусловленный различиями в концентрации солей, играет второстепенную роль в образовании грозового электричества по сравнению с процессами электризации, вызванными разностью температур. Рейнольде и др. [486] с точностью до одного порядка оценили количество электричества, протекающего в грозовом разряде, исходя из предполагаемого ими механизма электризации. При падении крупы радиусом 2 мм в среде ледяных кристаллов радиусом 50 мкм и с концентрацией следует ожидать, что достигается плотность заряда не меньше Тогда для получения заряда 20 Кл необходимо, чтобы грозовая ячейка имела диаметр около 1,3 км, что близко к данным наблюдений.

Схема грозы Рейнольдса вызывает ряд возражений. Как указывают Мейсон [116], Брук [17] и Чалмерс [196], между экспериментальными данными Рейнольдса и др. [486], с одной стороны, и Лезема и Мейсона [380, 382] — с другой, существует расхождение на четыре порядка, которое не получило еще окончательного объяснения. Во всяком случае, величина заряда при одном контакте в принятая Рейнольдсом и др. [486], по-видимому, значительно завышена, тем более что это значение получено для заметной разности между температурой пробного тела и температурой ледяных кристаллов, которую нельзя ожидать при соударении крупы с ледяными кристаллами в облаках. Рейнольде исходит из соображения, что крупа при падении теплее, чем ледяные кристаллы, что в действительности не должно иметь места. При падении ледяных кристаллов радиусом 30 мкм и более коагуляция с переохлажденными капельками наряду с сублимацией играет значительную роль в их росте. Вероятность захвата капелек крупными частицами пропорциональна квадрату их радиуса. Вместе с тем повышение температуры этих частиц за счет тепла капелек должно быть обратно пропорционально массе частиц, т. е. кубу их радиусов. Следовательно, повышение температуры частиц за счет тепла кристаллизации переохлажденных капелек должно быть обратно пропорционально радиусу этих частиц, т. е. частицы больших размеров должны меньше нагреваться, чем частицы малых размеров. Этот эффект будет усиливаться за счет вентиляции частиц при падении, так как интенсивность теплообмена частицы с окружающим воздухом будет увеличиваться с увеличением коэффициента вентиляции, который приблизительно пропорционален радиусу частицы.