1. Caratteristiche della ionizzazione atmosferica:

In base alle caratteristiche di ionizzazione dell'atmosfera, questa può essere suddivisa in strato neutro, ionosfera e magnetosfera.

UN. strato neutro : Lo strato neutro si riferisce all'atmosfera dal suolo fino a circa 60 chilometri di profondità. In circostanze normali, in questo strato, composto principalmente da gas neutri, sono presenti meno plasmidi carichi.

B. Ionosfera : Generalmente si riferisce allo strato d'aria compreso tra 60 km e circa 500 km. Sotto l'azione della radiazione ultravioletta solare, una grande quantità d'aria viene ionizzata, producendo un gran numero di elettroni e ioni positivi. La riflessione delle onde radio rende possibili le comunicazioni radio a lunga distanza. La ionosfera cambia con il variare del giorno e della notte, delle stagioni, dell'attività solare, ecc. In generale, il numero di ioni positivi nella ionosfera è maggiore di quello degli elettroni e gli ioni positivi sono distribuiti principalmente sul fondo.

C. Magnetosfera : si riferisce all'atmosfera al di sopra dei 500 chilometri. In questo strato sono presenti anche elettroni e ioni positivi, ma la distribuzione è estremamente irregolare ed estremamente sottile. A tale altezza, il movimento delle particelle cariche è controllato principalmente dalle linee del campo magnetico terrestre, per questo è chiamata magnetosfera.

2. Caratteristiche della distribuzione verticale della temperatura:

In base a questa caratteristica, l'atmosfera può essere suddivisa in cinque strati: troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera ed esosfera.

A. Troposfera : Dalla terra all'aria, è di circa 12 chilometri (medie latitudini), circa 8 chilometri ai poli e 17-18 chilometri all'equatore. In questo strato si verificano i principali fenomeni atmosferici, come nuvole, pioggia, nebbia, arcobaleni, vento, grandine, temporali, tempeste di sabbia, ecc.

B. Stratosfera : Dall'alto della troposfera fino a 50 chilometri. Lo strato di ozono si estende tra i 10 e i 50 chilometri, con la massima concentrazione tra i 20 e i 30 chilometri. Il movimento di questo strato di atmosfera è principalmente dovuto all'avvezione, ed è più sicuro per gli aerei volare in questo strato, dove generalmente non si verificano turbolenze.

C. Mesosfera :Lo strato atmosferico compreso tra la sommità della stratosfera e circa 85 chilometri.

D. Termosfera : Lo strato d'aria che si estende dalla sommità della mesosfera fino a una distanza di 250 chilometri (quando il sole è calmo) o circa 500 chilometri (quando il sole è attivo). L'aria in questo strato è altamente ionizzata a causa della forte radiazione ultravioletta del sole. Le aurore boreali vicino ai Poli Nord e Sud appaiono in questo strato.

E. Strato esterno : si riferisce generalmente all'intervallo atmosferico oltre i 500 chilometri.

3. (Wilson):Ipotesi di Wilson :

Non esiste una teoria completa che sia riconosciuta come impeccabile. L'ipotesi di Wilson è considerata la più completa e spesso raccomandata. Di seguito una panoramica di questa ipotesi:

Secondo numerosi test scientifici, la Terra stessa è un condensatore, che solitamente trasporta una carica negativa stabile di circa 500.000 coulomb. Sopra la Terra si trova una ionosfera carica positivamente e tra i due si forma un condensatore carico. La tensione tra i due è di circa 300 kV e l'intensità del campo è positiva in alto e negativa in basso.

Quando l'aria contenente vapore acqueo al suolo viene riscaldata dal terreno caldo e sale, o quando l'aria più calda e umida incontra l'aria fredda e viene sollevata, si genera un flusso d'aria verso l'alto. Quando questi vapori acquei salgono, la temperatura diminuisce gradualmente formando gocce di pioggia e grandine (chiamate idroidi). Questi idroidi sono polarizzati sotto l'azione del campo elettrostatico terrestre, con cariche negative in alto e cariche positive in basso. Cadono più velocemente delle goccioline di nuvola e dei cristalli di ghiaccio (questi due sono chiamati particelle di nuvola) sotto l'azione della gravità. Gli idroidi polarizzati collidono con le particelle di nuvola durante la loro caduta. Come risultato della collisione, alcune delle particelle di nuvola vengono catturate dagli idroidi, aumentandone il volume, mentre l'altra parte non viene catturata e viene rimbalzata indietro. Le particelle di nuvola rimbalzate assorbono parte della carica positiva nella parte anteriore degli idroidi, rendendoli carichi negativamente.

Gli oggetti formati dall'acqua cadono rapidamente, mentre le particelle delle nubi cadono lentamente, quindi le particelle con carica positiva e negativa si separano gradualmente (questo processo è chiamato separazione gravitazionale). Se incontrano una corrente ascensionale, le particelle delle nubi continuano a salire e l'effetto di separazione diventa più evidente. Infine, particelle di nubi caricate positivamente si formano nella parte superiore della nube, mentre gli oggetti formati dall'acqua caricati negativamente si trovano nella parte inferiore della nube, oppure gli oggetti formati dall'acqua caricati negativamente cadono a terra sotto forma di pioggia o grandine. Una volta formato lo strato di nubi cariche descritto di seguito, si forma il campo elettrico spaziale della nube temporalesca. La direzione del campo elettrico spaziale è coerente con la direzione del campo elettrico tra il suolo e la ionosfera, entrambi positivi in alto e negativi in basso, rafforzando così l'intensità del campo elettrico dell'atmosfera e rendendo più marcata la polarizzazione degli oggetti formati dall'acqua nell'atmosfera. In presenza di correnti ascensionali, l'effetto di separazione gravitazionale si intensifica ulteriormente, causando uno sviluppo più rapido della nube temporalesca.

Dall'analisi di cui sopra, sembra che le nubi temporalesche abbiano sempre cariche positive sullo strato superiore e cariche negative su quello inferiore. In realtà, il flusso d'aria non si muove solo verso l'alto e verso il basso, ma presenta movimenti più complessi. Pertanto, la distribuzione delle cariche nelle nubi temporalesche è molto più complessa di quanto menzionato sopra. I risultati dei test scientifici mostrano che quando la Terra viene colpita da un fulmine, la maggior parte delle cariche negative viene scaricata dalla nube temporalesca verso il suolo, mentre alcune sono cariche positive sulla nube temporalesca. In caso di fulmini multipli in una nube temporalesca, l'ultimo fulmine è spesso la carica positiva sulla nube temporalesca che si scarica verso il suolo. Le osservazioni hanno dimostrato che i fulmini con cariche positive scaricate verso il suolo sembrano essere particolarmente violenti.

Ipotesi di induzione della collisione (ipotesi di Workman-Reynolds)

Collisione tra cristalli di ghiaccio e graupel : Nelle nubi temporalesche, le correnti ascensionali che trasportano goccioline d'acqua surraffreddate (temperatura inferiore a 0°C ma non congelate) si scontrano con cristalli di ghiaccio e graupel (embrioni di grandine con un diametro di circa 1-5 mm).

Effetto della pellicola d'acqua superficiale :Al momento della collisione, la superficie del chicco di grandine genera calore per attrito e forma una pellicola di acqua liquida estremamente sottile (spessore di circa nanometri).

Trasferimento di carica : Gli ioni negativi (come Cl⁻, HCO₃⁻) presenti nella pellicola d'acqua vengono adsorbiti dal graupel, caricandolo negativamente e caricando positivamente i cristalli di ghiaccio.

Ordinamento per gravità :I cristalli di ghiaccio più leggeri e caricati positivamente vengono trasportati verso la sommità della nube (10-15 km di altitudine) dalle correnti d'aria ascendenti, mentre i graupel più pesanti e caricati negativamente si depositano sul fondo della nube (5-8 km di altitudine), formando una stratificazione di carica.

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