Ионы в атмосфере

Ионы в атмосфере, атмосферные ионы, электрически заряженные частицы, находящиеся в атмосфере. И. в а. возникают в верхних слоях атмосферы под действием главным образом ультрафиолетового и корпускулярного излучений Солнца, а в нижних слоях атмосферы (тропосфере и стратосфере) в основном благодаря радиоактивному излучению, космическим лучам и др., вызывающим ионизацию нейтральных молекул или атомов. В результате образуются свободные электроны и положительно заряженные молекулы (атомы) - положительные ионы. Свободный электрон почти мгновенно присоединяется к нейтральной молекуле (атому), образуя отрицательный ион. Эти так называемые мономолекулярные ионы существуют в обычных условиях в нижних слоях атмосферы очень короткое время, так как к ним практически мгновенно присоединяются несколько нейтральных молекул газа, образуя достаточно устойчивые комплексы молекул. Обычно считают, что каждый И. в а. обладает одним элементарным зарядом. Условно И. в а. разделяют на три группы, которые отличаются величиной подвижности К, т. е. средней скоростью движения в электрическом поле, напряжённость которого равна 1 (см. также Подвижность ионов и электронов): Группа ионов Подвижность К (см²/секЇ в) r - радиус ионов (умноженный на 10⁸ см) Лёгкие > 1 < 7-8

Средние 1 > K > 0,01 8 < r < 80

Тяжёлые и ультратяжёлые < 0,01 > 80

"Обычные" ионы - атомарные и молекулярные - встречаются в высоких слоях атмосферы; в нижних её слоях наблюдаются лёгкие ионы в виде комплексов газовых молекул (до нескольких десятков), а также средние и тяжёлые ионы. Тяжёлые ионы появляются обычно при оседании лёгких ионов на очень маленьких жидких и твёрдых частичках, взвешенных в атмосфере; некоторая часть этих ионов может возникать при испарении более крупных заряженных частиц. Средняя концентрация И. в а. устанавливается в результате уравновешивания скорости их возникновения скоростью их исчезновения вследствие рекомбинации и превращения в более тяжёлые частицы. Среднее время жизни лёгкого И. в а. - несколько десятков или даже сотен сек, тяжёлого - несколько тысяч сек.
В чистом воздухе у поверхности Земли в 1 см³ содержится ~ 500-1000 лёгких ионов, причём положительно заряженных обычно на 10-20% больше, чем заряженных отрицательно. С высотой концентрация и подвижность лёгких ионов в тропосфере возрастают; на высоте 10 км, например, их концентрация может превышать указанную величину приблизительно в 10 раз. Концентрация тяжёлых ионов растет с увеличением концентрации ядер в атмосфере. В городах и индустриальных районах концентрация тяжёлых ионов может доходить до ~ 100000 в 1 см³; одновременно с ростом числа тяжёлых И. в а. уменьшается концентрация лёгких И. в а., она может упасть до величины ~ 10 в 1 см³. Концентрация лёгких и тяжёлых И. в а. неодинакова в различных географических пунктах, она меняется также в течение суток и года. Обычно концентрация лёгких И. в а. максимальна ранним утром и минимальна в полдень; в летнее время лёгких ионов больше, чем в зимнее. Значения концентрации И. в а. в отдельных специфичных районах могут заметно отличаться от средних по земному шару. Много И. в а. возникает около водопадов, фонтанов, а также при коронировании острых предметов в сильных электрических полях (во время грозы или пыльной бури и т. п.). Электропроводность воздуха, зависящая в основном от числа лёгких ионов, меняется так же, как их концентрация. При многих заболеваниях наличие И. в а. заметно сказывается на физиологии людей. Если увеличение числа отрицательно заряженных И. в а. стимулирует активность людей, то с ростом числа положительно заряженных ионов связаны большая утомляемость, появление головных болей и т. д. Отмечается действие ионов на жизнедеятельность животных и растений.
Концентрация И. в а. может быть измерена с помощью так называемых счётчиков ионов, а распределение концентраций по подвижностям определяется с помощью ионных спектрометров.
Лит.: Тверской П. Н., Атмосферное электричество, Л., 1949; Имянитов И. М., Приборы и методы для изучения электричества атмосферы, М., 1957; Минх А. А., Ионизация воздуха и ее гигиеническое значение, М., 1958.
? И. М. Имянитов.