Исследование состояния электрического поля атмосферы в районе карьера открытых горных разработок

Abstract

Введение. Выбросы промышленных предприятий, открытых горных разработок, автотранспорта и др. способны изменить электрические свойства приземного слоя атмосферы и иметь нежелательные экологические последствия для окружающей среды и технических объектов. Исследования электрического состояния атмосферы в ясную погоду проводились в районе Мукуланского карьера на Северном Кавказе. В ходе исследования наблюдались повышенные значения напряженности электрического поля, обусловленные по-видимому процессом электризации аэрозольных частиц разных размеров, образующихся в процессе механического разрушения и дробления частиц горной породы.

Материалы и методы исследований. Измерения напряженности электрического поля атмосферы, который является одним из важных параметров атмосферного электричества, проводились с помощью флюксметра ротационного типа, на высоте 2542 м. При этом особое внимание уделялось достоверности полученных результатов в ходе этих измерений. Применялась методика проведения атмосферно-электрических измерений, исключающая ошибки, вносимые различными факторами, такими как способ размещения измерительной аппаратуры, неоднородность рельефа местности, метеоусловия пункта наблюдения, который находился в слое обмена воздушных масс и турбулентной диффузии.

Результаты исследования и их обсуждение. Анализ полученных результатов в дни с невозмущенной ясной погодой показал, что единственным фактором, влияющим на унитарный ход напряженности поля на такой высоте, остается карьер открытых горных разработок, где в такие дни постоянно идет интенсивное пылеобразование и связанная с ним электризация аэрозольных частиц разных размеров. Если процессы электризации протекают достаточно интенсивно и длительно, то в приземном слое атмосферы накапливается избыточный объемный заряд, который способствует формированию повышенных значений электрического поля у поверхности земли. Среднее значение напряженности электрического поля составил 600-700 В/м, которая превышает на порядок, результаты измерений, проведенные на таких высотах другими исследователями в условиях невозмущенной погоды. Отмечены также локальные изменения напряженности поля при подходе к измерительной площадке, визуально наблюдаемого облака пыли, что проявилось в синхронных изменениях напряженности поля, при котором ее значение снижается и достигает иногда отрицательных значений и восстанавливается через некоторое время до своих средних значений. Локальные изменения поля вызваны действием отрицательного объемного заряда сосредоточенного в облаке пыли, состоящим из крупных частиц, средний размер которых оценивался по скорости оседания аэрозольных частиц и составил около 30 мкм. Обнаружено, что существует прямая связь между напряженностью поля и концентрацией аэрозольных частиц, образующихся при механическом разрушении горных пород, в результате которого происходит электризация частиц.

Выводы. Исследования электрического состояния, проведенные в районе Мукуланского карьера, показали, что в условиях хорошей погоды наблюдается электризация в приземном слое атмосферы. Аэрозольные частицы приобретают заряд в процессе механического разрушения частиц горных пород и нарушения контакта между ними. Одновременно происходит селективная зарядка и захват легких аэроионов воздуха в зависимости от их размеров и макроразделение в поле гравитационных сил, с одной стороны, быстрое оседание крупных частиц, заряженных отрицательно на поверхность земли, а с другой стороны мелкие частицы, которые могут сутками находится во взвешенном состоянии в атмосфере, заряженные положительным знаком, что приводит к уменьшению проводимости воздуха и соответственно росту напряженности поля в районе карьера.