Можно ли поджечь море?

У всех на памяти, по-видимому, то безоблачное детство, когда сказки заменяли нам реальный мир. Списан ли этот занимательный сюжет с натуры или воображение автора подсказало ему эту необычную ситуацию, неизвестно. Только море и в самом деле иногда полыхает ярким пламенем.

Это явление издавна известно индийским рыбакам, среди которых бытует легенда о «красных волнах». Очевидцы утверждают, что огромные волны, которые гонит ураган, иногда бывают охвачены красным огнем. При этом они еще и рычат, заглушая вой ветра.

Имеются ссылки и на компетентных наблюдателей, которым удавалось быть свидетелями довольно редких явлений, сопровождающих тропические ураганы исполинской силы. Когда они обрушивались на берег, над огромными волнами возникали ярко-красные вспышки. Легенда не оказалась вымыслом. Так, например, 19 ноября 1977 года на прибрежные районы штата Ассам обрушился беспрецедентный по силе тропический циклон, вздыбленные им волны светились красным пламенем. К сожалению, этот природный феномен пока не нашел своего окончательного объяснения.

Гипотеза о том, что свечение вызвано воспламенением гремучего газа при разрядах атмосферного электричества, упирается в механизм генерации водорода. Чтобы разложить воду на водород и кислород необходимо затратить 4,8-lCT9 Дж на одну молекулу. Разорвать столь сильную химическую связь за счет энергии воздушного потока можно лишь при скоростях порядка 5,6 км/с, тогда как максимальное ее значение в вихревой зоне циклона не превышает 0,17 км/с, что существенно меньше скорости теплового движения молекул даже при комнатной температуре. Следовательно, объяснение экзотическому эффекту нужно искать на основе какого-либо иного физического явления, например, гидродинамической кавитации.

Кавитация объясняет звуковой эффект, сопровождающий «красные волны», но встречает затруднения в объяснении характера свечения. Действительно, схлопывание газового пузырька происходит с такой быстротой, при которой возникает своего рода гидравлический удар, сопровождаемый звуком. Условия для кавитации, особенно в волнах прибоя, вполне осуществимы. Но свечение (сонолюминесценция), возникающее при гидродинамической кавитации, во-первых, очень и очень слабое, а во-вторых, наблюдается в жидкости, а не в газовой фазе.

Не затрагивая иные вероятные толкования этого явления, обратимся к другому, не менее экзотическому феномену, известному под названием «курильского света». На побережьях дальневосточных морей и в некоторых других районах Земли наблюдается свечение туманов.

Преимущественное свечение туманов и облаков наблюдается в сейсмоактивных зонах, к которым относятся и Курилы. Поэтому природу «курильского света» пытаются связывать с возникновением интенсивных электрических полей при деформации горных пород в очаге формирующегося землетрясения. Особенно сильными эти поля становятся на заключительной стадии подготовки землетрясений, когда электрический пробой атмосферы становится возможным даже при отсутствии облачности. Во время туманов они возбуждают в окрестностях капелек, являющихся центрами электростатической фотоионизации, процессы, подобные коронному разряду с острия со всеми характерными признаками свечения.

Считается, что порождают эти мощные электрические поля так называемые дислокационные токи, достигающие по силе десятков тысяч ампер. Возникают они при смещении пород в земной коре относительно друг друга.

Внешнее сходство обоих явлений наталкивает на мысль об их единой природе. Более того, можно расширить круг наблюдений свечения в естественных условиях, давно приковывающих к себе внимание своей загадочностью — это «огни святого Эльма». Они похожи на языки пламени, но не обжигают и не имеют ничего общего с горением. По своей физической природе «огни святого Эльма» представляют собой разновидность коронного разряда, наиболее изученной формой которого является разряд с острия. Они чаще всего наблюдаются во время гроз, снежных бурь, шквалов; появляются и на самолете, летящем через облака. По рассказам очевидцев — это удивительно красивое и в то же время жуткое зрелище. Яркие огненные полосы протяженностью до 3-5 м веером растягиваются от кромки крыльев. Винты самолета окружены сверкающими венцами, напоминающими свет люминесцентных ламп.

Возникают «огни святого Эльма» при напряженностях электрического поля у остроугольных предметов порядка 500 В/м и выше, тогда как у ровной поверхности Земли при нормальных погодных условиях напряженность электрического поля соответствует 130 В/м. При низкой грозовой облачности она сильно возрастает, и возникают условия для появления свечения на шпилях, верхушках башен, мачтах кораблей, ветвях деревьев и даже над головами людей. Поэтому символ святости нимб — стилизованное изображение сияния вокруг головы на иконах и картинах на библейские темы — не является случайным изображением.

Свое название «огни святого Эльма» получили по имени церкви святого Эльма в Италии, на башнях которой они часто наблюдались. Однако чаще всего такие огни можно увидеть в океане над мачтами судов при низко опущенных грозовых облаках, но иногда они возникают высоко в горах, когда основание облака спускается почти до самой земли. Наблюдались «огни святого Эльма» и во время песчаных бурь.

Все это многообразие явлений — от свечения воронок мощных смерчей до огней, бегающих по волнам, имеет, по-видимому, одну и ту же природу; все это разновидности коронного разряда в специфических условиях его проявления.

Коронный разряд возникает при высоких давлениях газа (порядка атмосферного), когда напряжение между электродами недостаточно для искрового пробоя, но имеет сильную неоднородность у одного (или у обоих) электродов. Ионизация и свечение газа происходят в тонком слое возле электрода с малым радиусом кривизны. Этот слой называют коронирующим. В случае отрицательной короны электроны, вызывающие ударную ионизацию молекул газа, выбиваются из катода при бомбардировке его положительными ионами. В положительной короне генерация электронов происходит вследствие фотоионизации газа вблизи анода. Наиболее мощная форма разряда с острия сопровождается не только свечением, но и довольно сильным потрескиванием, в чем легко убедиться, находясь в сырую ту- (км)        манную погоду под высоковольтной линией электропередачи.

Почему же атмосферный воздух, особенно в грозовую погоду, наэлектризован? Известно, что при распылении жидкости происходит электризация капель — так называемый эффект Ленарда. Например, разбрызгивание пенных воздушных пузырей в водных растворах солей приводит к образованию капель размером от 5 • 10^-3 до 5 • 10^-2 мм, несущих положительные электрические заряды, кратные 103-104 зарядам электрона, а при наличии даже незначительного внешнего поля заряд капли может достигать значения 106 е. Однако брызги воды могут заряжаться и отрицательным электричеством. Доказательством этому является распределение зарядов в грозовом облаке, показанное на рис.1. Правда, такое распределение не единственно возможное, наблюдается и противоположная полярность, а также преимущественное сосредоточение зарядов одного знака. Основным генератором атмосферного электричества является ионизирующее действие ультрафиолетового и корпускулярного излучения Солнца, космических лучей и радиоактивных веществ, находящихся в земле и воздухе.

Интенсивные восходящие и нисходящие потоки воздуха, насыщенного парами воды, сопровождаются накоплением и поляризацией зарядов благодаря их прилипанию к молекулам воздуха и взвешенным в них капелькам воды (электроконвекционные явления). В грозовом облаке среднего размера локализуется заряд величиной до 50 Кл и более с объемной плотностью до 3 • 10^-8 Кл/м3. Напряженность электрического поля внутри такого облака достигает 3 • 10^-5 В/м, что по порядку величины соответствует значению напряженности, необходимому для зажигания «огней святого Эльма».

В лабораторных условиях, действительно, удалось наблюдать свечение различных предметов, помещенных в поток заряженных капель с параметрами, моделирующими электрическое состояние грозового облака. Сам по себе поток не генерирует свечения, но погружение в него самых разнообразных предметов сопровождается свечением значительной яркости. Светятся пальцы рук экспериментатора. Помещаемый в поток карандаш одновременно высвечивается с обоих концов. Свечение даже усиливается при выведении светящегося предмета из заряженного потока и достигает максимума в нескольких сантиметрах от его границы.

В природных условиях в грозовую погоду воздух сильно наэлектризован, а низко стелющиеся над землей облака и могут служить тем самым заряженным потоком, в котором начинают светиться заостренные конструкции высоких сооружений.

Вспенивающиеся при ураганном ветре соленые морские волны окутаны воздушным слоем с большой плотностью электрического заряда. Эффект Ленарда, о котором уже упоминалось, неизбежно должен проявлять себя в столь идеальных условиях для его реализации. При разрыве мириадов пенных пузырьков возникают заряженные капельки, способные создавать локальные электрические поля напряженностью до 10⁷ В/м и инициировать разрядные процессы даже в отсутствие погруженных в слой инородных тел.

Таким образом, возникновение над бурлящими штормовыми волнами «огней святого Эльма» в атмосфере, насыщенной электричеством, вполне реально.