大气电场及其对植物和农业的影响 - 大学物理.PDF

第27卷第 12期 大 学 物 理 Vo1．27 N0．12 2008年 12月 COLLEGE PHYSICS Dec．2008 大气电场及其对植物和农业的影响 习 岗 ，杨运经 ‘ (1．西安理工大学 应用物理系，陕西 西安 710048；2．华南农业大学 理学院，广东 广州 510642 3．西北农林科技大学 应用物理系，陕西 杨凌 712100) 摘要：介绍了大气电场的物理参数及其形成的物理机制，讨论了大气电场对植物和农业的影响 关键词：大气电场；机理；农业 中图分类号：Q 64 文献标识码：A 文章编号：1000—0712(2008)12—0050—03 1 大气电场 地球周围的大气环境中存在着一个巨大的静电 场，这个电场称为大气电场 (atmospheric electric field)．观测结果表明，大气中的电离层相对于地面 有360 kV的正电势，这个电势是在电离层与地球表 面之问的空间形成静电场的原因．在低层大气中，就 全球平均而言，陆地上的晴天大气电场的电场强度 约为120 V·m～；海洋上约为130 V·m～；在局部 图1 大气电势随高度的变化 严重污染的地区则可达300～400 V·m～，并且电 场强度的绝对值随高度的增加很快减小，在 10 km 由大气中发生的电离过程产生的．促使大气电离的 的高空，电场强度仅为地面值的3％．由于地球可以 因素主要有：1)宇宙射线和太阳紫外线；2)地壳中 视为一个导体，其表面的电荷分布可以近似由公式 的放射性物质(如铀、钍及各种放射性同位素)；3) =s。E。求得，其中的E。为地球表面附近的平均大 大气中的放射性物质(如气体氡)；4)雷电、火山爆 气电场强度．若取E =一130 V·m (负号表示电 发、森林大火、瀑布、尘暴、雪暴、核爆炸等．所有这些 因素都会使空气分子电离，形成正离子和游离电子， 场强度的方向垂直向下)，可以算得 ：一1．1× 10一 C·m一2 后者又与其他中性分子结合形成负离子． ． 平坦地面上空的晴天大气电场的电场 强度与晴天大气电势的关系为 在大气电场的作用下，大气中的正离子向地面 移动，负离子向相反方向移动，构成了大气传导电流 E ： 一 a 或泄漏电流(1eakage current)，表 1给出了晴天大气 若地球表面电势为零，则电势 u随高度z的变化如 环境中各种电参量的平均值 ． 图1所示．在距地球表面约为20 km高度处的电势 显然，由于大气电场的存在而产生的大气电流将 约为3×10 V；在20 km以上，大气电势基本不变； 会不断地中和大地电荷，使大气电场减弱．按表1，地 而60 km以上为大气的电离层，则完全可视为等势． 球表面携带有约5 x10 C的负电荷，而大气电流约为 早在18世纪末人们就发现，大气并不是理想的 2 000 A，因而在几分钟内，地球表面的负电荷将丧失 绝缘物质，而是具有微弱导电性的介质，其原因是大 殆尽．然而，事实上地球表面电荷却是基本恒定的．这 气中含有一定量的带电粒子，这些带电粒子主要是 个事实说明，大气中存在着一种补偿机制． 收稿日期：2008~)2—21；修回日期：2008q36-21 基金项目：J 东省自然科学基金资助项目(010297) 作者简介：习岗(1957一)，男，陕西杨凌人，