Техника - молодёжи 2010-11, страница 54
Рис. 4. Карта изоом кажущихся сопротивлений ряда. Эти образования получили название фульгуритов. В природе также встречается минерал лешательерит, образующийся в результате плавления кварцевого песка от удара молний. Подобных образований при вскрытии описываемых участков грунта обнаружено не было. По-видимому, температура во время воздействия здесь не превышала 1500°С. Цвет грунта в поражённых участках свидетельствует о том, что почва подвергалась воздействию температуры не ниже 400°С. Такая температура используется в муфельных печах при прокаливании почвы с целью удаления органических остатков и гумуса. Однако получить выжигание гумусовой составляющей из почвы в течение очень короткого времени можно при температурах около 1000°С. Для нагревания 100 кг почвы до температуры 1000°С необходимо затратить энергию порядка 108 Дж, что составляет примерно сотую часть энергии молниевого разряда. Выделение большого количества тепла в относительно небольшом по мощности почвенном слое может обусловить различная величина проводимости почвы и нижележащего слоя грунта. На основании этих наблюдений авторами была разработана модель протекания подобных явлений, базирующаяся на законе Джоуля-Ленца. Обозначим сопротивление почвенно С" с пород го слоя через R2. Проводимость нижележащего слоя принимается такой, что по сравнению с проводимостью верхнего почвенного слоя ей можно пренебречь. Это условие может соблюдаться, например, при наличии грунтовых вод, уровень которых будет являться границей раздела между проводящим слоем и плохо проводящим грунтом. В качестве хорошо проводящего слоя также могут выступать горные породы и минералы, удельное сопротивление которых лежит в диапазоне 0,001 — 10 Ом*м: глины, пески, сульфиты, самородные металлы, графит, а также сильно обводнённые трещиноватые и пористые породы. С физической точки зрения грозовая туча и грунтовый слой с высокой проводимостью представляют собой заряженный конденсатор, между обкладками которого расположены два слоя: почвенный слой и воздушная прослойка, в обычных условиях представляющая собой диэлектрик. При пробое воздушного слоя возникает токопроводящий ионизированный канал с определённым сопротивлением (R1). Электрический ток, проходящий по каналу, разряжает обкладки через сопротивления R1 и R2 (рис. 2). Знал энерговыделение одного разряда молнии, длительность его прохождения и воспользовавшись законом Джоуля-Ленца, можно оценить величину сопротивления R2, необходимого для выделения на нём количества тепловой энергии, достаточного для подобного термического воздействия на почвенно-растительный слой. Проведя соответствующие расчёты, получаем величину порядка 2*102 Ом*м. Удельные сопротивления почв лежат в широком диапазоне от единиц Ом*м до нескольких кОм*м и зависят от генетического типа почвы, почвенного горизонта, а также других многочисленных факторов, детально рассмотренных А. Поздняковым [2]. Таким образом, подтверждается возможность влияния на тепловое энерговыделение при молниевых разрядах в поверхностной зоне земли пространственного распределения удельного сопротивления почвы и коренных пород. Для установления величины сопротивления горных пород авторами были проведены геофизические электроразведочные работы. Был применён метод сопротивлений электропрофилированием на постоянном поле. Использовалась четырёхэлектродная установка, схема которой представлена на рис. 3. Глубинность профилирования составляла до 100 м. Измерения были выполнены по четырём разносам MN (30, 20, 10 и 5 м), что дало возможность проследить динамику изменения кажущихся сопротивлений (рк) на разных горизонтах вплоть до приповерхностной зоны. Исследования проводились на участке площадью 0,14 км2, на территории которого были отмечены многочисленные ожоги деревьев и образования с изменённым почвенным покровом. Участок расположен на пологом сла-бозалесённом склоне возвышенности, не осложнённом глубокими балками, оврагами и оползнями. По результатам работ было выполнено геологическое картирование исследуемого участка, а также установлены величины кажущегося удельного сопротивления горных пород (рис. 4), Полученные карты изоом демонстрируют изменение рк с глубиной, а также площадные неоднородности, выделяющиеся в отдельные аномалии. При увеличении разноса MN и глубины наблюдается уменьшение рк аномалии в юго-восточной части участка с 80 Ом*м до 20 Ом*м. Местоположение этой аномалии совпадает с зоной распространения пачки ожелезнённых песчаников нижнемелового возраста. Граница аномалии проходит по границе 52 |
