1. Características de ionización atmosférica:

Según las características de ionización de la atmósfera, esta se puede dividir en capa neutra, ionosfera y magnetosfera.

A. Capa neutra La capa neutra abarca la atmósfera desde la superficie hasta unos 60 kilómetros. En circunstancias normales, hay menos plásmidos cargados en esta capa, compuesta principalmente por gases neutros.

B. Ionosfera Generalmente se refiere a la capa de aire de 60 a 500 km aproximadamente. Bajo la acción de la radiación ultravioleta solar, una gran cantidad de aire se ioniza, produciendo una gran cantidad de electrones e iones positivos. La reflexión de las ondas de radio permite la comunicación por radio a larga distancia. La ionosfera cambia con los cambios de día y noche, las estaciones, la actividad solar, etc. En general, la cantidad de iones positivos en la ionosfera es mayor que la de electrones, y estos últimos se distribuyen principalmente en la parte inferior.

C. Magnetosfera : Se refiere a la atmósfera por encima de los 500 kilómetros. En esta capa también hay electrones e iones positivos, pero su distribución es extremadamente desigual y delgada. A tal altura, el movimiento de partículas cargadas está controlado principalmente por las líneas del campo magnético terrestre, por lo que se denomina magnetosfera.

2. Características de distribución vertical de la temperatura:

Según esta característica, la atmósfera se puede dividir en cinco capas: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera y exosfera.

A. Troposfera Desde el suelo hasta el aire, la distancia es de aproximadamente 12 kilómetros (en latitudes medias), unos 8 kilómetros en los polos y de 17 a 18 kilómetros en el ecuador. En esta capa se producen los principales fenómenos atmosféricos, como nubes, lluvia, niebla, arcoíris, viento, granizo, tormentas eléctricas, tormentas de arena, etc.

B. Estratosfera Desde la parte superior de la troposfera hasta 50 kilómetros. La capa de ozono se encuentra entre 10 y 50 kilómetros, con su máxima concentración entre 20 y 30 kilómetros. El movimiento en esta capa atmosférica es principalmente por advección, lo que permite un vuelo más seguro para las aeronaves, ya que generalmente no presenta turbulencias.

C. Mesosfera :La capa atmosférica entre la parte superior de la estratosfera y unos 85 kilómetros.

D. Termosfera La capa de aire que se extiende desde la parte superior de la mesosfera hasta una distancia de 250 kilómetros (cuando el sol está en reposo) o unos 500 kilómetros (cuando el sol está activo). El aire en esta capa está altamente ionizado debido a la intensa radiación ultravioleta del sol. Las auroras cerca de los polos Norte y Sur aparecen en esta capa.

E. Capa exterior :generalmente se refiere al rango atmosférico más allá de los 500 kilómetros.

3. (Wilson):Hipótesis de Wilson :

No existe una teoría completa que se considere impecable. La hipótesis de Wilson se considera más completa y se recomienda con frecuencia. A continuación, se presenta un resumen de esta hipótesis:

Según numerosas pruebas científicas, la Tierra es un condensador, que suele contener una carga negativa estable de unos 500.000 culombios. Sobre la Tierra existe una ionosfera con carga positiva, y entre ambas se forma un condensador cargado. El voltaje entre ellas es de unos 300 kV, y la intensidad del campo es positiva en la parte superior y negativa en la inferior.

Cuando el aire que contiene vapor de agua en el suelo se calienta por el suelo caliente y se eleva, o cuando el aire húmedo más cálido se encuentra con el aire frío y se eleva, se generará un flujo de aire ascendente. Cuando estos vapores de agua se elevan, la temperatura desciende gradualmente para formar gotas de lluvia y granizo (llamados hidroides). Estos hidroides se polarizan bajo la acción del campo electrostático de la tierra, con cargas negativas en la parte superior y cargas positivas en la parte inferior. Caen más rápido que las gotas de nubes y los cristales de hielo (estos dos se llaman partículas de nubes) bajo la acción de la gravedad. Los hidroides polarizados chocan con partículas de nubes durante su caída. Como resultado de la colisión, algunas de las partículas de nubes son capturadas por los hidroides, lo que aumenta el volumen de los hidroides, mientras que la otra parte no es capturada y rebota. Las partículas de nubes rebotadas quitan parte de la carga positiva en la parte delantera de los hidroides, haciendo que los hidroides se carguen negativamente.

Los objetos formados por agua caen rápidamente, mientras que las partículas de las nubes caen lentamente, por lo que las partículas con cargas positivas y negativas se separan gradualmente (esto se llama separación gravitacional). Si encuentran una corriente ascendente, las partículas de las nubes continúan ascendiendo y el efecto de separación se hace más evidente. Finalmente, las partículas de las nubes con carga positiva se forman en la parte superior de la nube, mientras que los objetos formados por agua con carga negativa se encuentran en la parte inferior de la nube, o los objetos formados por agua con carga negativa caen al suelo en forma de lluvia o granizo. Una vez que se forma la capa de nubes cargadas que se describe a continuación, se forma el campo eléctrico espacial de la nube de tormenta. La dirección del campo eléctrico espacial es consistente con la dirección del campo eléctrico entre el suelo y la ionosfera, ambos son positivos en la parte superior y negativos en la inferior, lo que fortalece la intensidad del campo eléctrico de la atmósfera, lo que hace que la polarización de los objetos formados por agua en la atmósfera sea más severa. En presencia de corrientes ascendentes, el efecto de separación gravitacional se intensifica aún más, provocando que la nube de tormenta se desarrolle más rápido.

Del análisis anterior, parece que las nubes de tormenta siempre tienen cargas positivas en la capa superior y negativas en la inferior. De hecho, el flujo de aire no se limita a subir y bajar, sino que presenta movimientos más complejos. Por lo tanto, la distribución de las cargas en las nubes de tormenta es mucho más compleja de lo mencionado anteriormente. Los resultados de las pruebas científicas muestran que, cuando un rayo impacta la Tierra, la mayoría de las cargas negativas se descargan desde la nube hacia la Tierra, y unas pocas son positivas. En caso de múltiples rayos en una nube de tormenta, el último suele ser la carga positiva de la nube que se descarga hacia la Tierra. Las observaciones han demostrado que los rayos con cargas positivas descargadas hacia la Tierra parecen ser particularmente violentos.

Hipótesis de inducción de colisiones (hipótesis de Workman-Reynolds)

Colisión entre cristales de hielo y granizo :En las nubes de tormenta, las corrientes ascendentes que transportan gotitas de agua superenfriada (con temperatura inferior a 0 °C pero no congelada) chocan con cristales de hielo y granizo (embriones de granizo con un diámetro de aproximadamente 1 a 5 mm).

Efecto de la película de agua superficial :En el momento de la colisión, la superficie del granizo genera calor debido a la fricción y forma una película de agua líquida extremadamente fina (de aproximadamente nanómetros de espesor).

Transferencia de carga :Los iones negativos (como Cl⁻, HCO₃⁻) en la película de agua son adsorbidos por el granizo, lo que provoca que este último tenga carga negativa y los cristales de hielo tengan carga positiva.

Clasificación por gravedad Los cristales de hielo más ligeros con carga positiva son transportados hasta la cima de la nube (10-15 km de altitud) por corrientes de aire ascendentes, mientras que el granizo más pesado con carga negativa se deposita en el fondo de la nube (5-8 km de altitud), formando una estratificación de carga.

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