Структура и временное поведение теллурического поля
1. Общее состояние теллурического поля
Имея в виду, что наблюдения теллурического поля производятся, главным образом, на граничной поверхности земля–воздух, будем рассматривать в дальнейшем теллурическое поле как поверхностное поле в тонком шаровом слое земной коры и описывать его касательными векторами
непрерывно меняющимися по своей величине и направлению.
Теллурические токи, циркулирующие повсеместно в земной коре, в „спокойные" периоды выдерживают в среднем относительно устойчивый режим, и оказывается, что плотность теллурических токов для различных участков земной поверхности приблизительно одинакова – порядка:
 Принимая среднее значение сопротивления поверхностного слоя земной коры для континентов порядка 10-2 Ом·км и для океанов порядка 2·10-4 Ом·км, имеем соответственно:
Указанные цифры крайне ориентировочны, ибо в действительности j и ρ значительно меняются в пространстве. Например, наблюдения показывают, что величина теллурического поля достигает в „спокойные" дни следующих значений:
Слуцк 60, София 10, Тортоза 200, Ватероо 5, Скорзби-Зунд 600, а в периоды возмущений доходит до 103 –104 (mV/км).
Невозможно также указать точно истинное направление теллурического поля, так как направление последнего непрерывно меняется. Систематические и длительные наблюдения в различных точках земной поверхности дают возможность считать, что среднее направление теллурического токового поля зависит от географической широты места. Оказывается, что на равнинах в полярных и экваториальных зонах текут преимущественно широтные токи, а в умеренных зонах – меридиональные. Больше того, опираясь на систематические и длительные наблюдения, Гишу и Руннею удалось выяснить общие черты структуры теллурического поля и построить мировую карту теллурических токов, циркулирующих в поверхностном слое земной коры. Согласно указанным авторам, структура теллурического поля характеризуется несколькими обширными замкнутыми токовыми системами. Четыре из них находятся в северной полярной зоне и четыре – в умеренной и экваториальной зонах северного полушария; восемь таких же замкнутых систем находятся в южном полушарии (рис. 62). Так как теллурическое поле непрерывно меняется во времени, то вся эта структура относится к определенному времени – 18h; за время суточного периода теллурическое поле по величине и направлению в каждой точке претерпевает полный цикл вариаций.
Рис. 62.
Суточный пространственно-временной ход токовых систем следует за относительным движением Солнца таким образом, что восемь из них всегда находятся в дневной зоне, а остальные восемь – в ночной. Дневные токовые системы в умеренных зонах более интенсивны, чем ночные токовые системы. В течение года также наблюдается изменение интенсивности теллурического поля: в зимние сезоны оно убывает, а в летние сезоны возрастает. Следует указать на то, что описанная структура теллурического поля является широкой экстраполяцией данных наблюдений и поэтому насколько она адекватно отражает действительное состояние поля сказать трудно.
2. Суточные вариации теллурического поля
Не рассматривая все вариации теллурического поля, описанные ранее, остановимся здесь на более детальном анализе суточных вариаций. На рис. 63 показаны суточные ходы широтных и меридиональных компонент теллурического поля для различных мест земной поверхности; они дают достаточное представление об усредненном временном поведения теллурического поля за суточный период. Как видно, всюду доминирует двойное колебание для обеих компонент, причем в Честерфилде широтная компонента имеет противоположную фазу.
С  уточный ход теллурического поля может быть изображен в виде векторно-полярных диаграмм, показанных на рис. 65; из последних видно, что векторы суточного хода поля описывают за суточный период замкнутую кривую неправильной формы, обычно огибающую начало координат (последнее означает, что в суточном ходе почти исключена постоянная слагающая). Форма этих замкнутых кривых может приближаться к прямой линии при линейной поляризации поля (определенное направление поля), или к эллипсу при эллиптической поляризации поля (преимущественное направление поля), или к окружности при круговой поляризации поля (неопределенное направление поля). Можно расположить векторы суточного хода поля по оси времени, как это было выполнено Соутвортом (рис. 64); при эллиптической или круговой поляризации вектор суточного хода поля вращается.
Амплитуда суточных вариаций не остается постоянной; так, установлена 27-дневная повторяемость ее максимума. В различные сезоны года поведение интенсивность суточного хода теллурического поля оказываются различными. Наблюдения Руннея [25] в Туксоне на длинных линиях за трехлетний период 1932 – 1934 гг. показали, что амплитуда суточного хода изменяется в течение года в зависимости от сезона; иначе говоря, она сама испытывает колебания с годовым периодом.
Наиболее продолжительный период изменения амплитуды суточного хода поля, который установлен к настоящему времени, равен 11 годам. В качестве примера приводятся векторно-полярные диаграммы суточного хода поля в Тортозе (рис. 65).
Это указывает на связь суточных вариаций поля с солнечной активностью.
Суточный ход поля может быть обработан методом гармонического анализа. В качестве примера приводим данные гармонического анализа суточного хода поля в Честерфилде (63°20' N, 90°42' W) из работы Кюри [36].
Были выбраны из годовых наблюдений записи суточных вариаций за 81 „спокойных дней" и разбиты на две группы: 38 дней для зимнего сезона и 43 дня для летнего сезона. В результате обработки методом усреднения были получены суточные ходы обеих компонент, отдельно и вместе для каждого сезона. Далее, суточные ходы меридиональной компоненты Е и широтной компоненты Еλ были разложены в ряд Фурье (до четвертой гармоники):
где ω0=2π/T=2π/24·t; t – местное время, отсчитываемое от 0h (полночь по среднему времени на 90° W).
Результаты гармонического анализа приведены в табл. II. Эти данные указывают на доминирующую роль двойного колебания, хотя в летний сезон резко превалирует в широтной компоненте одиночное колебание.
Далее, в течение летнего сезона поле суточного (δ1 – δ1λ = –153°) и полусуточного (δ2 – δ2λ = 180) периодов оказывается" линейно поляризованным, а в зимнем сезоне поле суточного периода (δ1 – δ1λ = 77°) имеет поляризацию, близкую к круговой, и поле полусуточного периода (δ2 – δ2λ = 197°) линейно поляризовано.
ТАБЛИЦА II
Компонента
|
Интервал
|
Амплитуды
|
Фазы
|
|
|
Е1
|
E2
|
E3
|
Е4
|
δ1
|
δ2
|
δ3
|
δ4
|
E
Eλ
|
Зимний сезон Летний „ Полный „
Зимний сезон Летний „ Полный „
|
0,6 1,3
0,5
0,6 8,2 4,2
|
4,3 4,1 4,2
1,6 4,3 3,0
|
0,7 0,5 0,6
0,3 0,7 0,4
|
0,2 0,1 0,2
0,3 0,5 0,4
|
242° 86 102
165 239 236
|
268° 252 256
66
72
72
|
66° 34
51
28 211 255
|
274°
303
256
126
168
156
|
В заключение заметим, что при непосредственном анализе теллурограмм обнаруживается, кроме суточных и полусуточных колебаний, наличие резких импульсов с большой амплитудой и малым периодом 1 10 мин. Интенсивность и частота появления последних растет с усилением магнитной активности (периоды 27 дней и 11 лет). На более растянутых во времени теллурограммах заметны еще пульсации малой амплитуды с периодом нескольких секунд.
Проблема о природе теллурического поля
Наряду с проблемами сохранения атмосферно-электрического поля и сущности геомагнитного поля перед нами стоит неразрешенная проблема природы теллурического поля, которая является типичной обратной геофизической задачей. О структуре и временном поведении теллурического поля мы располагаем еще меньшим запасом сведений: имеются лишь многолетние наблюдения в нескольких точках земной поверхности. Такие скудные знания лишают нас возможности однозначного решения задачи, и в настоящее время нельзя указать те причины, которые порождают теллурическое поле; можно только назвать целую совокупность предполагаемых внешних и внутренних факторов, могущих так или иначе возбуждать теллурическое поле.
Вся совокупность этих многочисленных факторов, которым обязано возникновение или возмущение теллурического поля, может быть разбита на следующие группы:
а) стратосферно-электрические процессы (колебания ионосферы, полярные сияния),
б) погранично-электрические процессы (фильтрационно-электрические процессы, конвекционные токи в нижних слоях атмосферы, грозовые процессы и т.д.),
в) литосферно-электрические процессы (контактные напряжения, термоэлектрические и химико-электрические процессы).
Ф ормально можно обратиться к электромагнитной теории Максвелла и в согласии с ней утверждать, что в каждой точке земной поверхности может существовать теллурическое поле, подчиненное следующей зависимости:
С огласно принципу суперпозиции можно написать
и, следовательно, поле
т. е. в согласии с принципом суперпозиции будем полное теллурическое поле рассматривать как поле, состоящее из суммы:
а) постоянного потенциального поля
б) переменного потенциального поля
в) переменного вихревого поля
Ea = –  Å.
Допуская, что литосферно-электрические процессы, протекающие в больших глубинах, имеют достаточно выдержанный постоянный режим, положим постоянный электрический потенциал
где π0 – стороннее напряжение результат литосферно-электрических процессов.
Имея в виду, что погранично-электрические процессы изменяются медленно (за исключением грозовых эффектов), можно принять, что переменный („квазистационарныйи потенциал)
(где π0 – медленно меняющееся стороннее напряжение) – результат погранично-электрических процессов.
Стратосферно-электрические процессы, изменяющиеся медленно или быстро, всегда сопровождаются переменным электромагнитным полем, которое будет индуктивно возбуждать в земной коре вихревое поле, определяемое векторным магнитным потенциалом A(t).
Постоянная теллурического поля Е0 является наиболее трудно выделяемой величиной вследствие наличия локальных полей и побочных факторов (поляризации электродов и т. д.), и в настоящее время нет полной уверенности в ее существовании; при допущении, что Е0 возбуждается глубинными литосферно-электрическими процессами, вряд ли можно ожидать заметных величин на земной поверхности. Если принять, что Е0 имеет однородную структуру, то пригодным методом ее выделения было бы применение длинных линий или линий с последовательно увеличивающейся длиной.
Переменное квазистационарное поле Еu несомненно существует, поскольку суточные вариации наблюдаются даже в очень „спокойные" дни. Опираясь на гипотезу Бахметьева, можно считать, что значительную роль в образовании этой части теллурического поля играют фильтрационно-электрические процессы приливо-отливного происхождения. Этот фактор достаточно резко доминирует в прибрежных континентальных зонах.
Вообще переменное теллурическое поле (включая вихревое Еa) сравнительно наиболее полно изучено на основе наблюдения суточных теллурических и магнитных вариаций. В силу переменности теллурического и магнитного полей между ними должны существовать и могут быть обнаружены определенные связи. Тесная связь между теллурическими и магнитными вариациями в „спокойные", возмущенные и особенно в периоды электромагнитных бурь впервые была отмечена Барлоу, и затем многие другие исследователи (Блавье, Вайнштейн, Вильд, Бослер и др.) подмечали аналогию между суточными и годовыми вариациями теллурического и магнитного полей.
Опираясь на многочисленные наблюдения, Блавье полагал, что теллурические вариации являются индукционным эффектом магнитных вариаций (индуктивная электромагнитная связь); наоборот, Бослер, исходя из более поздних наблюдений, допускает, что теллурические вариации сопровождаются магнитными вариациями (прямая электромагнитная связь). Для объяснения этого противоречия можно исходить из гипотезы, выдвинутой Шустером, а именно, что изменение режима ионосферы внеземными факторами (ультрафиолетовая и корпускулярная радиации Солнца) вызывает переменное первичное электромагнитное поле, которое и наблюдается на земной поверхности в виде вариаций и возмущений.
Рассмотрим на основе этой гипотезы, какие связи и при каких условиях могут существовать между теллурическими и магнитными вариациями.
Действительно, переменное первичное магнитное поле возбуждает в земной коре вихревое поле:
Ea = – Å.
и ли
О
la
тсюда можно написать индуктивную электромагнитную связь вихревого теллурического поля с первичным магнитным полем Н1
(3,3)
С другой стороны, из уравнения
следует прямая электромагнитная связь между вторичным магнитным полем Н2 и вихревым теллурическим полем:
 (3,4)
где l и S – эквивалентные длины и поверхности электромагнитных эффектов (рис. 66).
Выбирая рабочую линию l по меридиану, получаем из (3,3) и (3,4) следующие связи
 (3, 3')
или выбирая рабочую линию l по параллелям, имеем
 (3, 4')
где s – коэффициент корреляции (выражается в сантиметрах) между электрическим и магнитным полями. Разделив (3, 3') и (3, 4') на амплитудные значения, находим следующие связи:
которые отражают точное совпадение временных ходов соответствующих величин.
При некоторых условиях можно ожидать, что индуцированное токовое теллурическое поле будет мало интенсивным; тогда сопровождающее его вторичное магнитное поле не будет обнаруживаться при регистрации магнитных вариаций. При этих условиях между вихревым теллурическим полем и первичным магнитных полем должна быть обнаружена индуктивная связь:
ea = hλ1 ;
eλa = h1 .
Напротив, если индуцированное токовое поле интенсивно, то его магнитное поле (вторичное) может превалировать над первичным магнитным полем, и тогда между теллурическими и магнитными вариациями должна обнаруживаться прямая связь:
Обращаясь к данным наблюдений, видим, что в действительности процессы происходят сложнее. Так из анализа суточных ходов для Берлина (результаты Вайнштейна четырехлетних наблюдений на длинных линиях; вычисления выполнены Чепменом и Витегдом) следует, что вариация меридиональной теллурической компоненты возбуждается индуктивно вариацией широтной магнитной компоненты:
а вариация меридиональной магнитной компоненты является прямым следствием вариации широтной теллурической компоненты:
Выход из этого противоречия может быть найден. Как уже было указано, полное переменное поле
или
(3, 6)
Допуская, что меридиональная компонента потенциального поля мала, имеем
и, наоборот, если превалирует широтная компонента потенциального поля, то
т. е.  (3, 7)
При таких допущениях получаем согласие с действительностью, причем природа широтной и меридиональной компонент теллурического поля оказывается различной.
Сверх того, из формул (3, 6) и (3, 7) следует, что при электромагнитных возмущениях должна превалировать тесная индуктивная связь, а в „спокойные" дни прямая связь, что также соответствует наблюдаемым фактам (хотя в действительности эти связи маскируются побочными фактами: изменение электропроводности земли и т. п.).
Обратим внимание также на то, что при интеграции по контуру (3, 3) не была учтена переменная слагающая атмосферно-электрического поля, могущая оказывать влияние на теллурические вариации. Вспоминая установленную Бауэром обратную связь между вариациями атмосферно-электрического и теллурического полей, мы легко таковую получаем, если напишем для данного момента
где при (t0)=0 чем больше Етелл, тем меньше Еатм, и наоборот (рис. 66).
К сожалению, мы вынуждены ограничиться этим формально-схематическим анализом и сказать только, что, опираясь на 27-дневную и 11-летнюю периодичности земного электромагнитного поля и тесную связь теллурической, магнитной и aurorae-активностей, следует рассматривать вихревое теллурическое поле и переменную слагающую геомагнитного поля как два проявления одного общего процесса, протекающего в ионосфере, меняющей свое состояние в зависимости от электромагнитной активности Солнца.
Установление природы общего фактора, раскрытие полного механизма связей этих важных и интересных явлений и создание их единой стройной теории стоит перед исследователями как грандиозная научная и практическая проблема, ждущая своего разрешения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Seebeck T. Ueber die Magnetische Polarisation der Erde durch Temperatur-differenz. Pogg. An. 6, 3, 1826, 253-287.
2. Barlow P. On the probable electric origin of all the phenomena of terrestrial magnetisme. Ph. Trans. L. R. S. I, 1831, 99-108.
3. Lament T. Ueber die Ursache der taglichen regelmafiigen Variationen des Erdmagnetismus. Pogg. An. 76, 2, 1847, 67-75.
4. Baumgartner A. Ueber die Leitkraft der Erde fur Elektricitat. Pogg. An. 80, 7, 1850, 374-380.
5. Barlow P. On the spontaneous electrical currents observed in wires of the electric telegraph. Ph. Trans. L. R. S. I, 1849, 61-73.
6. Lamont J. Der Erdstrom und der Zusammenhang der selben mit dem Magne-tismus der Erde. Leipzig. 1862, 174.
7. Walker C. On Magnetic storms and earth currents. Proc. L.R.S, XI, 1861, 105-112. )
8. Lemstrom S. L'exploration internationale des regions polaires, 1882—84. Helsingfors. 2, 1-195.
9. Wild H. Die Beobachtung der elektrischen Stromeder Erde in kiirzeren Linien. Memoires de l'Ac'Imp. d. Sc. 31, 12, 1883, 1 -24.
10. В1 a v i e r E. Etude courants telluriques. Paris. 1884, 1-30.
11. N i p p о 1 d t A. Ober das Wessen des Erdstromes. Met. ZS. 28, 6, 1911, 244-261.
12. Bosler I. Les courants telluriques.
13. Steiner L. On earth currents and magnetic variations. Terr. Magn. 13, 1,1908, 57-62.
14. MauchlyS. A study of pressure und temperature effects in earth-current measurements. Terr. Magn. 23, 1, 1918, 73-92.
15. Bauer L. Some results of recent earth-current observations and relations with solar activity, terrestrial magnetism and atmospheric electricity. Terr. Magn. 27, 1, 1922, 1-31.
16. Вauer L. On the observations of earth potential-gradiente at Ebro. Terr. Magn. 28, 4, 1921, 125-129.
17. Bauer L. Relations between the diurnal and annual variations of earth currents, terrestrial magnetism and atmospheric electricity. Terr. Magn. 28, 4, 1921, 129-140.
18. Chapman S. and Whitehead T. The influence of electrically conducting material within the earth on various phenomena of terrestrial magnetism. Trans. Cambr. Ph. S. 22, 25, 1922, 463-82.
19. Gish O. and Rooney W. Measurements of resistivity of large masses of undi-sturbed earth. Terr. Magn. 30, 4, 1925, 161-168.
20. Gish O. and Rooney W. Results of earth-esistivity surveys near Watheroo, Western Australia and at Ebro, Spain. Terr. 32, 2, 1927, 49-64.
21. Stenquist D. Etude des courants telluriques. Stockholm. 1925, 1-79.
22. Stenquist D. The diurnal variation of the normal earth current. Terr. Magn, 32, 3, 1927, 143-152.
23. Stenquist D. Depence of the normal earth-current on latitude. Terr. Magn. 36, 2, 1931, 105-110.
24. Southworth G. Earth-currents made during the IPY. Terr. Magn. 40, 3, 1935, 237-54.
25. Rooney W. Seosonal variation in earth-current. Terr. Magn. 40, 2, 1935, 183-92.
26. Rooney W. and Sherman K. Earth-current measurements at College – Fairbanes Polar Year Station. Terr. Magn. 39, 3, 1934, 187–99.
27. Rooney W. Earth-current variations with periods longer than one day. Terr. Magn. 42, 2, 1937, 165–72.
28. Rooney W. Lunar diurnal variation in earth-currents at Huancayo and Tucson. Terr. Magn. 43, 2, 1938, 107–18.
29. Вemis I. Some observation of the behavior of earth-currents and their correlation with magnetic disturbances and radio-transmission. Proc. of IRE. 19, 11, 1930, 1931–47.
30. Nippoldt A. The secret of earth-currents. Terr. Magn. 41, 3, 1936, 261–64.
31. Федченко К. Земные токи и их связь с земным магнетизмом. Диссертация. ЛГУ. 1939, 1–105; 57.
32. Brown I. The effect of overcast sky upon the local diurnal variation of the earth's electric field. Terr. Magn. 42, 2, 1937, 163–168.
33. Egeda1 I. On the lunar diurnal variation in the earth-currents. Terr. Magn. 42, 2, 1937, 179–182.
34. Gо1die A. The electric currents-systems of magnetic storms. Terr. Magn. 42, 2, 1937, 105–8.
35. Mиронов А. Об изучении электрических токов моря. Журн. геофизики, 6, 5, 1936, 447–84.
36. Сurrie В. Earth-currents observations at Chesterfield, Canada. Terr. Magn. 40, 3, 1935, 317–24.
37. Gish O. General description of the earth-currents measuring system at the Watheroo magnetic observatory. Terr. Magn. 28, 3, 1923, 89–108.
38. Fisсher-Hinnen J. Methode zur shnellen Bestimmung harmonischer Wellen. Elektro-techn. ZS. 19, 1901, 306–398.
39. Козин К., Озерская М. и Шейнман С. О новом способе полевой электроразведки. БНГ. 4, 1937, 3–30.
40. Leonardon E. Some observation upon telluric currents and their application to electrical prospection. Terr. Magn. 33, 2, 1928, 91–95.
41. Дахнов В. Теллурические токи. ОНТИ. 1937, 3–56; 58.
42. Аснин И. Расчеты электромагнитных полей. ВЭТА. 1939, 5–161.
ЕСТЕСТВЕННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЛОКАЛЬНЫЕ ПОЛЯ
Введение
К естественным локальным полям следует относить местные стационарные поля в земной коре, наблюдаемые в границах малых зон земной поверхности, в отличие от региональных полей, обнаруживаемых на поверхностях порядка континентов и океанов земного шара.
При рассмотрении локальных полей часто приходится исключать „метеорологическую зону" верхних слоев земной коры; иначе говоря, мы вынуждены ограничиваться описанием тех локальных полей, возбудители которых лежат на такой глубине, где влиянием метеорологических факторов можно пренебречь или возбудители таковы, что они остаются практически неизменными в любых метеорологических условиях. Этим ограничением мы освобождаем себя от исследования локальных полей меняющихся совершенно случайно.
Основной и наиболее распространенной причиной возникновения местных электрических полей в земной коре являются различные контакты горных пород, рудных залежей, водоносных пластов, минерализованных вод и т. д. (в дальнейшем для сокращения будем называть все перечисленные объекты просто „породами").
Можно различать физический или химический контакт двух „пород". В случае физического контакта мы имеем соприкосновение двух одинаковых по химическому составу „пород", находящихся в различных физических состояниях. Физический контакт имеет место при различных агрегатных состояниях (лед+ – вода–, плотный снег+ – вода– 200 mV, мерзлая порода – талая порода), при различных аллотропических состояниях (графит – каменный уголь), при различных метаморфических состояниях (известняк – мрамор), а также при неодинаковых плотностях (более плотная порода заряжается положительно), концентрации растворенных веществ и температурах одной и той же „ породы".
Естественно, что под химическим контактом следует понимать соприкосновение двух „пород" различного химического состава, например: вода – воздух, порода – минерализованная вода, руда – вмещающая влажная порода и т. д.
Во многих случаях при химическом контакте часто происходят химические процессы окисления и восстановления. Многие из указанных контактов могут носить статический и кинетический характер.
Действительно, в природе не только наблюдается неподвижное соприкосновение "пород", но существуют и многочисленные процессы, связанные с движением природных вод: фильтрация грунтовых вод, речные и морские течения, водопады и т. д. Какой бы ни был контакт, он по своей сущности всегда динамичен, всегда связан с тем или иным процессом, причем часто установившимся и обеспечивающим существование стационарного токового поля.
Наличие любого физического или химического контакта двух „пород" вызывает диффузию электронов или ионов, а также адсорбцию ионов (адсорбция наблюдается при контакте твердой фазы с жидкой или газообразной фазой), что приводит к образованию на контакте устойчивого двойного электрического слоя (дипольного слоя), внутри которого сосредоточено электрическое поле, поддерживаемое посторонними факторами и носящее название „стороннего" электрического поля. Как увидим дальше, стороннее электрическое поле может быть распределено и пространственно. В случае стороннего поля Епс, сосредоточенного в пределах контакта, при переходе через контакт электрический потенциал претерпевает скачок, равный контактному „стороннему" напряжению
где точки (1) и (2) лежат вблизи контакта по обе его стороны.
Напомним некоторые примеры образования контактных напряжений.
1. Статические контактные напряжения
а ) Пусть имеем соприкосновение двух „пород", обладающих металлической проводимостью, и допустим, что у них плотности электронного газа соответственно равны с1 и с2, причем c1 >c2 (рис. 79). Вследствие различной плотности электронного газа появится диффузия электронов, которая прекратится при некотором возникшем контактном напряжении, равном
Рис. 79
Оказывается, что контактное напряжение определяется не только указанной величиной, но также работой выхода электронов, т. е. работой, которую электрон должен совершить против удерживающего пограничного внутреннего поля. Учитывая внутренние потенциалы контактных пород U1i и U2i, следует полагать, что
которое оказывается по величине порядка нескольких вольт.
б) Пусть имеем две пористые одинаковые „породы", содержащиерастворы какого-либо одного вещества различной концентрации с1 и с2 (рис. 80). Если с1 >с2, то часть ионов начнет переходить из первой породы во вторую, и так как обычно скорость диффузии положительных ионов больше скорости диффузии отрицательных ионов, то первая порода становится электроотрицательной, а вторая электроположительной.
Для установившегося состояния диффузионное контактное напряжение оказывается равным (порядка нескольких десятков mV)
 
Рис. 80. где n+, n– – числа переносов ионов, n – валентность.
Е сли концентрация раствора в пористой породе меняется непрерывно, то потенциал будет изменяться плавно и оказывается равным
При этих условиях возникает пространственно распределенное „стороннее" поле, изменяющееся по следующему закону:
причем температура породы считается всюду одинаковой.
  в) Пусть имеем металл А, погруженный в раствор S его собственной соли (обратимая контактирующая пара, рис. 81). Так как упругость растворения ионов металла ра и осмотическое давление ионов ps в растворе всегда оказываются различными, то в результате возникает контактное напряжение
В случае двух однотипных обратимых контактирующих пар (рис. 82), но с различной концентрацией, вблизи металлов возникает разность потенциалов между металлами
причем знак плюс относится к случаю, когда оба металла испускают или поглощают положительные ионы, а знак минус – к случаю испускания отрицательных ионов.
Рис. 81.
Рис. 82.
По этой формуле, в частности, можно оценить так называемый „электродный эффект" неполяризующихся медных или каломелевых электродов.
|
