|
|
|
Ionizarea atmosferei
1 Ionizarea atmosferei prin fotoionizare. Starea de ionizare a aerului se caracterizeaza printr-un continut determinat de ioni, variabil intre anumite limite care sunt conditionate de intensitatea agentilor ionizatori si de factorii meteorologici.
Soarele, izvorul unei uriase energii,
emite atat unde electromagnetice cu un spectru larg de frecvente, cat
si particule. Radiatiile ultraviolete cu lungimi de unda sub
1000 
si radiatia
corpusculara constituie principalii agenti ionizatori pentru gazele
din atmosfera.
Intensitatea radiatiei ultraviolete
care ionizeaza atmosfera Pamantului se calculeaza pe baza legii
lui Planck pentru radiatia corpului negru, Soarele fiind considerat un
corp absolut negru cu temperatura 
.
Conform legii lui Planck care da
distributia spectrala a energiei radiate de un corp absolut negru la
temperatura data T, cantitatea de energie radiata in intervalul de
lungimi de unda 
este:
(24)
unde: 
reprezinta
constanta lui Planck, 
constanta lui
Boltzmann, iar 
viteza luminii in vid.
Ionizarea
atmosferei cu radiatie electromagnetica se face prin fenomenul de
fotoionizare. Conform teoriei efectului fotoelectric, cand un foton de energie 
ciocneste un
electron dintr-un atom sau molecula, ii cedeaza acestuia intreaga
energie. O parte din energie se consuma pentru extragerea electronului din
atom, deci pentru ionizare, necesitand in acest sens, energia de ionizare Ei,
iar restul de energie se regaseste sub forma de energie
cinetica Ec a electronului:
(25)
Lungimea
de unda maxima 
la care se mai produce
ionizarea, cunoscuta sub numele de lungime de unda de prag sau
prag rosu, corespunde conditiei 
si se poate
calcula pe baza relatiei (25) cunoscand energia de ionizare pentru gazele
din atmosfera terestra (tabelul alaturat):
Se
observa ca cea mai mica energie de ionizare are oxigenul
molecular, caruia ii corespunde lungimea de unda de prag cea mai mare
situata in ultravioletul scurt. Insa in atmosfera joasa ajung
numai radiatii ultraviolete cu lungimea de unda mai mare de 2200 , ceea ce inseamna ca ionizarea cu radiatii
ultraviolete se produce numai in atmosfera superioara.
2 Ionizarea atmosferei prin radiatia corpusculara. Un alt agent ionizator il reprezinta radiatia corpusculara. Ionizarea aerului cu radiatie corpusculara se realizeaza conform teoriei ciocnirilor: atomul sau molecula se ionizeaza prin ciocnirea cu un corpuscul, daca energia cinetica a corpusculului este cel putin energia de ionizare:
(26)
Legea conservarii energiei in acest proces se scrie:
(27)
unde Ec reprezinta
electronului eliberat, m masa corpusculului in miscare cu viteza v.
Radiatia corpusculara este formata in special din protoni,
desi s-au pus in evidenta si nuclee mai grele, ca de
exemplu, particulele 
.
In apropierea solului, cel mai important agent ionizator il formeaza radiatiile emise de substantele radioactive din scoarta Pamantului, insa actiunea lor ionizanta scade rapid in inaltime, datorita drumului mediu al radiatiilor emise.
Ca agenti ionizatori ocazionali sau locali trebuie mentionati: fluxurile de meteoriti, fluxurile puternice de corpusculi emisi in perioada eruptiilor solare care produc si perturbatii atmosferice, pulverizarea apei sau spargerea picaturilor de apa care determina electrizarea aerului si a picaturilor (efect Lenard), furtunile de nisip si zapada, care produc electrizarea nisipului, a cristalelor de gheata si a aerului.
Insa, odata cu fenomenul de ionizare se produce o recombinare a electronilor cu ionii care dau atomi sau molecule. In prima aproximatie, cauza recombinarii este miscarea termica dezordonata a electronilor, ionilor si moleculelor, in asa fel incat electronii si ionii pozitiv se pot apropia mult unii de altii si, sub actiunea fortelor electrostatice de atractie, sa se transforme in atomi sau molecule.
