Μοντελοποίηση και πειραματική αποτύπωση ηλεκτρικών ιδιοτήτων στρωματώσεων ερημικής σκόνης
ΜΕΔΙΜΝΟΣ
ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ

ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΟ ΕΡΓΟ

Ως Παγκόσμιο Ηλεκτρικό Κύκλωμα ορίζεται το ηλεκτρικό κύκλωμα που σχηματίζεται μεταξύ της επιφάνειας της Γης, που είναι καλός αγωγός του στατικού ηλεκτρισμού, και των κατώτερων στρωμάτων της Ιονόσφαιρας, που είναι ασθενώς ιονισμένο πλάσμα σε υψόμετρο ~ 80 χλμ [Rycroft et al. Space Sci. Rev., 2008]. Ο σφαιρικός αυτός πυκνωτής διατηρεί στους οπλισμούς του (Γη και Ιονόσφαιρα) μέση διαφορά δυναμικού της τάξης των 250 kV. Η ατμόσφαιρα που υπάρχει μεταξύ των οπλισμών του πυκνωτή, είναι καλός αγωγός του ηλεκτρισμού και η αγωγιμότητα της αυξάνει με το ύψος. Η ύπαρξη της αγωγιμότητας οφείλεται, κατά κύριο λόγο, στον ιονισμό των ουδέτερων στοιχείων της ατμόσφαιρας από γαλαξιακές κοσμικές ακτίνες, και συνεπώς στην ύπαρξη θετικών και αρνητικών ιόντων. Εξαιτίας της διαφοράς δυναμικού και της αγωγιμότητας της ατμόσφαιρας, ηλεκτρικό ρεύμα διαρρέει το κύκλωμα, το οποίο ολοκληρούμενο ως προς τη συνολική επιφάνεια της Γης είναι της τάξης του 1 kA. Για τη διατήρηση ενός τέτοιου δυναμικού και συνεπώς τη συνεχή ροή του ηλεκτρικού ρεύματος σε παγκόσμια κλίμακα, είναι απαραίτητη η δράση τριών ηλεκτροκινητικών δυνάμεων: (α). Καταιγίδες | Καταιγιδοφόρα νέφη, (β). Αλληλεπίδραση μεταξύ Ηλιακού Ανέμου και Γήινης Μαγνητόσφαιρας και (γ). το φαινόμενο του Δυναμό που δημιουργείται εξαιτίας των ατμοσφαιρικών παλιρροιών. Με βάση όλα τα παραπάνω, είναι εμφανές ότι μια τόσο δυναμική δομή όπως η γήινη ατμόσφαιρα είναι ισχυρώς ηλεκτρισμένη, με ηλεκτρικές ιδιότητες που δύνανται να επηρεάσουν οποιοδήποτε φαινόμενο λαμβάνει χώρα εντός αυτής.

Οι ηλεκτρικές διεργασίες μπορούν να αποτελέσουν πιθανό παράγοντα-κλειδί στον κύκλο ζωής της σκόνης της ερήμου. Τα σωματίδια σκόνης μπορούν να φορτιστούν κατά τη μεταφορά τους, είτε με την προσάρτηση ατμοσφαιρικών ιόντων είτε με συγκρούσεις σωματιδίων σε σωματίδια (τριβοηλεκτρικό φαινόμενο). Οι μετρήσεις δείχνουν ότι, κατά μέσο όρο, μεγαλύτερα σωματίδια φορτίζονται θετικά ενώ τα μικρότερα φορτίζονται αρνητικά [Zhao, H. L., J. Electrostat, 55, 2002; Lacks, D.J., et al., Phys. Rev. Lett., 100, 188305, 2008; Merrison, J.P., Aeolian Res., 4, 2012; Shinbrot, Τ. and Herrmann, H.J., Nature, 451, 2008]. Κατά τη μεταφορά σκόνης, τα μεγαλύτερα και κυρίως θετικά φορτισμένα σωματίδια διαχωρίζονται από τα μικρότερα αρνητικά φορτισμένα σωματίδια λόγω της βαρυτικής καθίζησης, η οποία ταξινομεί τα σωματίδια σκόνης κατά μέγεθος. Αυτή η διαδικασία αναπτύσσει κατακόρυφα ηλεκτρικά πεδία μέσα στο νέφος σκόνης, ενισχύοντας το προϋπάρχον πεδίο λόγω της εξάντλησης της ατμοσφαιρικής αγωγιμότητας από την παρουσία του στρώματος σκόνης [Gringel W. and Mulheisen. R., Beitr. Phys. Atmos., 51, 121–8, 1978]. Ανάλογα με την αντοχή του, το συνολικό ηλεκτρικό πεδίο μέσα στο νέφος σκόνης μπορεί: (α) να αντισταθμίσει τη βαρυτική καθίζηση μεγάλων σωματιδίων και (β) να προκαλέσει προτιμησιακό προσανατολισμό των μη σφαιρικών σωματιδίων κατά την κατακόρυφη κατεύθυνση που επηρεάζει την αεροδυναμική των σωματιδίων [Ulanowski, Z ., et al., Atmos. Chem. Phys., 7, 2007]. Επομένως, οι ηλεκτρικές διεργασίες μπορεί να αλλάξουν τις διαδικασίες απομάκρυνσης της σκόνης, και συνεπώς την εξέλιξη του μεγέθους των σωματιδίων κατά τη μεταφορά, επηρεάζοντας τις αλληλεπιδράσεις σκόνης-ακτινοβολίας-νέφους και τη σχετική ποιότητα αέρα [Sajani S.Z., et al., Occup. Envirom. Med., 68 (6), 2011], μοντελοποίηση καιρού και κλίματος [Mahowald, Ν., Et al., Aeolian Res., 15, 2014].

Σε αυτό το έργο, θα αναπτύξουμε ένα νέο μοντέλο 3D Cartesian που εξαρτάται από το χρόνο και θα λαμβάνει υπόψη αρκετές ατμοσφαιρικές διεργασίες, όπως: (i) τον ιονισμό λόγω της ακτινοβολίας γαλαξιακών κοσμικών ακτίνων, (ii) τον ανασυνδυασμό ιόντων-ιόντων και (iii) την προσάρτηση ιόντων σε σωματίδια μη σφαιρικής σκόνης. Το μοντέλο θα μπορεί να υπολογίζει με συνέπεια τη δυναμική του χρόνου της ατμοσφαιρικής αγωγιμότητας και του ατμοσφαιρικού ηλεκτρικού πεδίου, υπό την παρουσία διανομής στατικών μη σφαιρικών σωματιδίων σκόνης. Επιπλέον, η συνολική πυκνότητα φορτίου, το φορτίο σωματιδίων σκόνης και ο προσανατολισμός σωματιδίων σκόνης θα ποσοτικοποιηθούν επίσης. Ο νέος τρισδιάστατος φορμαλισμός ηλεκτροδότησης επιτρέπει τη μελέτη των στρωμάτων σκόνης χωρίς να επιβάλλει συμμετρία και ισχύει για στρώματα με οριζόντια και κάθετη έκταση, σε αντίθεση με τα μοντέλα 1D που ισχύουν όταν η οριζόντια επέκταση είναι πολύ μεγαλύτερη από την κατακόρυφη, ή 2D μοντέλα που έχουν συμμετρία στο σχήμα του στρώματος σκόνης.

Τα αποτελέσματα συγκρίνονται, στην περιοριστική περίπτωση ότι η οριζόντια έκταση είναι πολύ μεγαλύτερη από την κατακόρυφη, με εκείνα που λαμβάνονται από μοντέλα 1D που βρέθηκαν στην προηγούμενη βιβλιογραφία [π.χ. Zhou, L., Tinsley, B.A., Adv. Space Res. 50, 2012]. Επιπλέον, η επίδραση της μελετημένης διαδικασίας ηλεκτροδότησης πρέπει να προσεγγιστεί μέσω σύγκρισης με πρόσφατες και μοναδικές μετρήσεις ηλεκτρικού πεδίου σε στρώματα σκόνης, όπως γίνεται με τη χρήση νέων αισθητήρων ατμοσφαιρικής ηλεκτρικής ενέργειας χαμηλού κόστους σε μια πειραματική εκστρατεία του έργου D-TECT ERC , στην Κύπρο το Νοέμβριο του 2019.

ΝΕΑ

Εδώ θα παρουσιάζονται τα Νέα του έργου.

  • 07 Μαϊου 2020

    Έναρξη Ερευνητικού Έργου

    Το Ερευνητικό Έργο "Μέδιμνος" ξεκινά !

  • 01 Ιουνίου 2020

    Πρόσβαση στην ιστοσελίδα

    Η ιστοσελίδα του Έργου "Μέδιμνος" είναι πλέον προσβάσιμη και αποτελεί τον βασικό κόμβο επικοινωνίας του έργου.

  • 31 Αυγούστου 2020

    Κατάθεση Περίληψης Εργασίας

    Περίληψη της εργασίας με τίτλο: "Electrical Properties of Transported Dust Layers due to Atmospheric Ion Attachment to Dust Particles", κατατέθηκε σήμερα στο 15ο Διεθνές Συνέδριο Μετεωρολογίας, Κλιματολογίας και Φυσικής της Ατμόσφαιρας

  • 30 Σεπτεμβρίου 2020

    Αποδοχή της Εργασίας

  • 05 Οκτωβρίου 2020

    Συνάντηση Παρακολούθησης Προόδου #1

    Η πρώτη συνάντηση για την παρακολούθηση της προόδου του έργου, πραγματοποιήθηκε σήμερα

  • 11 Νοεμβρίου 2020

    Συνάντηση Παρακολούθησης Προόδου #2

    Η δεύτερη συνάντηση για την παρακολούθηση της προόδου του έργου, πραγματοποιήθηκε σήμερα

  • 30 Νοεμβρίου 2020

    Παραδοτέο #1 (ΠΑ1)

    Το πρώτο Παραδοτέο του Ερευνητικού μας Έργου κατατέθηκε σήμερα

  • 31 Ιανουαρίου 2021

    Κατάθεση Πλήρες Άρθρου σε Συνέδριο

    Κατατέθηκε σήμερα το πλήρες άρθρο της εργασίας που θα παρουσιαστεί στο 15ο Διεθνές Συνέδριο Μετεωρολογίας, Κλιματολογίας και Φυσικής της Ατμόσφαιρας

  • 23 Φεβρουαρίου 2021

    Συνάντηση Παρακολούθησης Προόδου #3

    Η τρίτη συνάντηση για την παρακολούθηση της προόδου του έργου, πραγματοποιήθηκε σήμερα

  • 02 Απριλίου 2021

    Μελέτη Επαλήθευσης και Επικύρωσης

    Με βάση το #2 ορόσημο του έργου, από σήμερα διατείθεται η μελέτη επαλήθευσης και επικύρωσης του μοντέλου μέσα από την ιστοσελίδας μας

  • 14 Μαϊου 2021

    Συνάντηση Παρακολούθησης Προόδου #4

    Η τέταρτη συνάντηση για την παρακολούθηση της προόδου του έργου, πραγματοποιήθηκε σήμερα

  • 14 Μαϊου 2021

    Κατάθεση Εργασίας σε Περιοδικό με κριτές

    Κατατέθηκε σήμερα προς κρίση, νέα εργασία με τίτλο: "Modeling of Spherical Dust Particle Charging due to Ion Attachment", στο Διεθνές περιοδικό Frontiers

  • 25 Ιουνίου 2021

    Αποδοχή άρθρου σε συνέδριο

    Το πλήρες άρθρο που είχαμε καταθέσει στο 15ο Διεθνές Συνέδριο Μετεωρολογίας, Κλιματολογίας και Φυσικής της Ατμόσφαιρας έγινε δεκτό για τα πρακτικά του συνεδρίου.

  • 25 Ιουλίου 2021

    Αποδοχή Εργασίας σε Περιοδικό με κριτές

    Έγινε αποδεκτή, κατόπιν κρίσεως, η εργασία με τίτλο: "Modeling of Spherical Dust Particle Charging due to Ion Attachment", που είχε κατατεθεί στο Διεθνές περιοδικό Frontiers in Earth Science

  • 14 Σεπτεμβρίου 2021

    Ανακοίνωση του Επιστημονικού Προγράμματος

    Η εργασία μας προγραμματίστηκε και θα παρουσιαστεί ως ανακοίνωση αφίσας στο 15ο Διεθνές Συνέδριο Μετεωρολογίας, Κλιματολογίας και Φυσικής της Ατμόσφαιρας

  • 25 Οκτωβρίου 2021

    Κατάθεση Εργασίας σε Περιοδικό με κριτές

    Η εργασία μας με τίτλο: "Impact of GLE Events on the Earth's Atmosphere Electrical Properties and the Subsequent Effect on Dust Particles Transport", προγραμματίστηκε και θα παρουσιαστεί ως ανακοίνωση αφίσας στο 17th European Space Weather Week (ESWW), 2021

  • 22 Δεκεμβρίου 2021

    Κατάθεση Εργασίας σε Περιοδικό με κριτές

    Κατατέθηκε σήμερα προς κρίση, νέα εργασία με τίτλο: Study of the Ground Level Enhancements Effect on Atmospheric Electric Properties and Mineral Dust Particle Charging , στο Διεθνές Περιοδικό Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics

  • 06 Απριλίου 2022

    Δημοσίευση Εργασίας σε Περιοδικό με κριτές

    Η εργασία μας με τίτλο: Study of the Ground Level Enhancements Effect on Atmospheric Electric Properties and Mineral Dust Particle Charging , έγινε δεκτή για Δημοσίευση στο Διεθνές Περιοδικό Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics

ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗ ΟΜΑΔΑ

Θανάσης Παπαϊωάννου

Ακαδημαϊκός Σύμβουλος

Γιώργος Χλούπης

Αναπληρωτής Ακαδημαϊκός Σύμβουλος

Σωτήρης Μάλλιος

Μεταδιδακτορικός Ερευνητής

Γιώργος Παπαγγελής

Υποψήφιος Διδάκτορας

ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ

Email atpapaio@noa.gr

Τηλέφωνο +30 210 810 9182