Электромагнитные явления в океане

Гидродинамические источники электромагнитных явлений в водной среде

В настоящее время изучению динамики геоэлектрического поля в водной среде уделяется серьезное внимание как в нашей стране, так и за рубежом. При создании чувствительной и высокоточной аппаратуры для проведения разведочных геофизических работ на шельфе инженеры сталкиваются с определенными трудностями, обусловленными значительными электромагнитными помехами, причиной которых являются разнообразные течения, поверхностные и внутренние волны, турбулентные пульсации линейных и вихревых перемещений среды гидродинамические источники возмущений нормального геоэлектрического поля и т. д.¹

При течении воды в открытом озере за счет влияния вертикальной составляющей магнитного поля индуцируется постоянная ЭДС, а волнение в 3 балла индуцирует сигнал с амплитудой 1,0—1,5 мВ в поверхностном слое воды^[1][2].

В экспериментах, проводимых на Ладожском озере, наблюдали связь изменения поля с изменением направления и скорости потока. При вертикальных перемещениях воды за счет влияния горизонтальной составляющей магнитного поля Земли в озере ЭДС достигает 2—6 мВ. В озерах ветровое волнение также индуцирует электрическое поле, частота которого соответствует частотам групп волн при волнении свыше 1 балла. При резком изменении направления течения индуцируется сигнал до 1 мВ/м. Характерное электрическое поле также наблюдается в устье рек и отражает специфику струйного движения речных вод в озере.

В опытах в гидролотке было показано, что турбулентный поток пресной воды индуцирует пульсации электрического потенциала в стационарной установке пропорционально пульсациям скоростей жидкости.

Объем вихрей в океане достигает 3 • 10⁷ м³, диаметр — 200—300 км и глубина их распространения — до 3—4 км. Вихревые течения обусловливают и гидродинамические, и электромагнитные явления в водной среде, так как перераспределение электрических зарядов в этом случае подчинено законам магнитной гидродинамики.

Результаты исследований электрических полей в океане показали наличие аномального эффекта электрического поля на границах Гольфстрима.

Морская вода во всем макроскопическом объеме электрически нейтральна. Но движение огромных масс воды в магнитном поле Земли создает в ней ЭДС и электрические токи. Именно эти токи и индуцируют вторичные магнитные поля, а огромные вихревые системы служат носителем и магнитных полей («магнитные пятна»)¹. Такие локальные магнитные пятна, исходя из времени жизни подобных вихревых структур, могут существовать в океане от нескольких дней до нескольких лет.

Следует отметить, что скорость вращения воды в вихре может быть очень высокой. Она достигает нескольких метров в секунду в верхнем слое океана. Соответственно велика их кинетическая энергия. Знак вращения воды в поле вихря не меняется с глубиной. Продолжительность жизни вихря достигает нескольких лет. Подобные синоптические вихри в океане распространяются в глубину и даже до дна и перемещаются в океане с поступательной скоростью порядка нескольких сантиметров в секунду.

Объемный электрический заряд в воде может быть оценен экспериментально путем измерения пространственной производной электрического поля, например, по трем взаимно перпендикулярным направлениям. В этом случае поля магнитотеллурического происхождения не будут регистрироваться, а измеряемые величины будут пропорциональны электрическому заряду в воде.

Возможность практического измерения электрического объемного заряда в воде была реализована путем одновременной регистрации потенциала в нескольких точках среды относительно потенциала центра с помощью многоэлектродной установки «Вихремер», созданной на базе ВНИИФТРИ^[3][4].

• [1] Александров В. В. Электрофизика пресных вод. Л.: Гидрометеоиздат, 1985.
• [2] Бондаренко Н. Ф., Гак Е. 3. Электромагнитная гидрофизика и природные явления. В 2 т. СПб.: СПбГАУ, 1994.
• [3] Бондаренко Н. Ф., Гак Е. 3. Электромагнитная гидрофизика и природные явления.
• [4] Александров В. В. Электрофизика пресных вод.