1-03(2008C3) Atmospheric Electricity & Aerosol, Part II Atmospheric Electricity comes from the Sun

A t m o s p h e r i c E l e c t r i c i t y & A e r o s o l W a t e r , W e t s u s & W a r m i n g - u p

A T M O S P H E R I CE L E C T R I C I T Y

A t m o s p h e r i c E l e c t r i c i t y c o m e s f r o m t h e S u n C o m b u s t i o n a n d S o l a r W i n d

2 0 0 8 R e i n A n d r é R o o s

h t t p : / / n l . w i k i p e d i a . o r g / w i k i / A f b e e l d i n g : M a g n e t o s p h e r e _ r e n d i t i o n . j p g

e _

e _

e _++

T h e s e p a r t i c l e s f o r m a p a r t o f t h e s o c a l l e ds o l a r w i n d , w h o b l o w s a l s o i n t h e d i r e c t i o no f t h e e a r t hT h e m a g n e t o s p h e r e i s t h e d e f e n s e s h i e l do f t h e e a r t h , f o r c i n g a q u i t e s u b s t a n t i a l p a r to f t h e s o l a r w i n d t o b e c o m e a d e v i a t e d f l o w a r o u n d t h e e a r t h b e f o r e d i s a p p e a r i n g i n t h eu n i v e r s e .

T h e s u n i s a n e n o r m o u s s p h e r e o f c o m b u s -t i o n , c a u s i n g t h e s e p a r a t i o n o f t h e m o l e c u l e s a n d a t o m s i n e l e c t r o n s a n d m u c h l a r g e r p o -s i t i v e l y c h a r g e d p a r t i c l e s . T h e e l e c t r o n s a r e d u e t o t h e i r w e i g h t f a r m o r e m o b i l e t h e n t h e i r p o s i t i v e l y c h a r g e d c o u n t e r p a r t s .

C o m b u s t i o n a n d S o l a r W i n d E l e c t r o s p h e r e a n d P o l a r L i g h t s

2 0 0 8 R e i n A n d r é R o o s

E l e c t r o n s

E l e c t r o n s

E l e c t r o s p h e r e

M a g n e t o s p h e r e

E L E C T R O S P H E R E( + 2 5 0 , 0 0 0 V o l t s )

5 0 k m

0

E l e c t r o n d e n s i t y

T h e h i g h l y m o b i l e e l e c t r o n s a r e a b l e t o f o l -l o w t h e m a g n e t i c f i e l d l i n e s a n d c h a r g e t h ee a r t h s u r f a c e n e g a t i v e l y . T h e i r s p i r a l i n g t r a -j e c t o r y p r o d u c e s t h e N o r t h e r n a n d S o u t h e r n p o l a r l i g h t s .

O n t h e o t h e r h a n d t h e h e a v y l i t t l e m o b i l e p o -s i t i v e l y c h a r g e d p a r t i c l e s a r e n o t f o l l o w i n gt h e m a g n e t i c f i e l d l i n e s , b u t p e n e t r a t e s d e e p -l y i n t o t h e i o n o s p h e r e , e n d i n g t h e i r t r a j e c t o r ya t t h e t o p o f t h e s t r a t o s p h e r e . H e r e t h e y f o r mt h e s o c a l l e d E L E C T R O S P H E R E , c h a r g e d p o s i t i v e l y u p t o 2 5 0 , 0 0 0 V o l t s . T h e h e i g h t i sa s s u m e d t o b e s o m e 5 0 k m , p r o d u c i n g i n t h e o r y a n e l e c t r i c f i e l d v a l u e o f 5 V / m

P o s i t i v e l y

c h a r g e d

p a r t i c l e s

E l e c t r o s p h e r e a n d P o l a r L i g h t s C o s m i c R a y s a n d I o n i z a t i o n

2 0 0 8 R e i n A n d r é R o o sh t t p : / / s c i d i v . b c c . c t c . e d u / P h y s i c s / C l o u d c h m b r . h t mC h a r l e s T h o m s o n R e e s W i l s o n ( 1 8 6 9 - 1 9 5 9 )

C o s m i c R a y s a n d I o n i z a t i o n C h a r a c t e r i s t i c o f t h e T r u n c

2 0 0 8 R e i n A n d r é R o o sC h a r a c t e r i s t i c o f t h e T r u n c

E L E C T R I C A L D I S C H A R G E S

M u l t i p l i c a t i o n i s t h e C h a r a c t e r i s t i c o f t h e T o w n s e n d R e g i m e

G e i g e r

T r a n s i t i o n

Townsend regime

0 2 4 6 8 1 0 1 2 V ( k V )

1 0 ^ - 1 2

1 0 ^ 0

1 0 ^ - 1 0

1 0 ^ - 0 2

1 0 ^ - 0 8

1 0 ^ - 0 4

1 0 ^ - 0 6

I ( A ) l o g

p o i n tp l a n e

W i n d

c r i t i c a lf i e l d

s t r e n g t h

J o u l e e f f e c t

T r a n s i t i o n

P o i n t

A r c

O h m i c C h a r g e c o l l e c t i o n

G e i g e rS a t u r a t i o n C u r r e n t

P o i n t

2 0 0 8 R e i n A n d r é R o o sE a r t h E l e c t r i c F i e l d

M u l t i p l i c a t i o n r a t i o o f p l a n e - p a r a l l e l g a p a t c o n s t a n t r e d u c e d f i e l d o f E I p = 7 0 0 , P = 4 m m H g , g a s i s a t m o s p h e r i c a i r .

0 0 , 2 0 , 4 0 , 6 0 , 8 1 , 0 d ( c m )

1 . 0 0 0 . 0 0 01 0 0 . 0 0 01 0 . 0 0 01 0 0 01 0 01 01

I / I o

T O W N S E N D R E G I M E T h e T o w n s e n d d i s c h a r g e i s a g a si o n i z a t i o n p r o c e s s w h e r e a n i n i t i a l l yv e r y s m a l l a m o u n t o f f r e e e l e c t r o n s ,a c c e l e r a t e d b y a s u f f i c i e n t l y s t r o n ge l e c t r i c f i e l d , ( c r i t i c a l f i e l d s t r e n g t h )g i v e r i s e t o e l e c t r i c a l c o n d u c t i o n t h r o u g h a g a s b y a v a l a n c h e m u l t i -p l i c a t i o n . W h e n t h e n u m b e r o f f r e e c h a r g e s d r o p s o r t h e e l e c t r i c f i e l d d r o p s b e l o w t h e c r i t i c a l v a l u e , t h e p h e n o m e n a c e a s e s . I t i s a p r o c e s s c h a r a c t e r i z e d b y v e r yl o w c u r r e n t d e n s i t i e s : i n c o m m o n g a s f i l l e d t u b e s , t y p i c a l m a g n i t u d e o f c u r r e n t s f l o w i n g d u r i n g t h i s p r o -c e s s r a n g e f r o m a b o u t 1 0 ^ - 1 8 At o a b o u t 1 0 ^ - 5 A , w h i l e a p p l i e d v o l -t a g e s a r e a l m o s t c o n s t a n t . I t i s t h e T o w n s e n d r e g i m e t h a t t a -k e s p l a c e o n a l a r g e s c a l e i n n a t u r e , w h a t i s t h e p o w e r s u p p l y a n d w h a t a r e t h e c o n s e q u e n c e s ?

T o w n s e n dr e g i m e

P o i n t

? s e e di o n

s e e d i o n

M u l t i p l i c a t i o n i s t h e C h a r a c t e r i s t i c o f t h e T o w n s e n d R e g i m e

2 0 0 8 R e i n A n d r é R o o s

- - - - - - - - - - -

+ + + + + + + + + +

E x c h a n g e l a y e r 0 ~ 2 k m

f a i r w e a t h e r f i e l d

1 0 0 - 3 0 0 V / m

e l e c t r o s p h e r e + 2 5 0 , 0 0 0 V

F r e e s p a c e w i t h f i e l d v a l u e o f 5 V / m

F g

F e

N e g a t i v e l y c h a r g e d c o n -d e n s a t i o n n u c l e i a n d h u -m i d i t y a r e t h e o r i g i n o f f o g .

T h e t i p s o f p o i n t e d o b j e c t sa r e e l e c t r i c a l l y n o t v e r y a c t i v e u n d e r f a i r w e a t h e r c o n d i t i o n s

F o g H i g h V o l t a g e G e n e r a t o rE a r t h E l e c t r i c F i e l d

2 0 0 8 R e i n A n d r é R o o s

V o l t a g e ( L i n e a r )

Curren

t (Loga

rithmic

)

O h m ic

G e i g e r

T r a n s i t i o n

Townsend regime

C o r o n aW i n d

ArcVoltaic Pile

Electrostatic Generator

F o g l a y e r ,

i n s u l a t e s e l e c t r o s p h e r e

1 0 0 0 - 2 0 0 0 V / m

T h e t i p o f a 1 5 m t r e e i s s u b -m i t t e d t o a p o t e n t i a l b e t w e e n1 5 . 0 0 0 t o 3 0 . 0 0 0 V o l t s i n c a s eo f f o g .

T o w n s e n d r e g i m e a n d P l a n t G r o w t h

T o w n s e n d a v a l a n c h e s h a p p e n t h e y e a r a r o u n d o n t h e v e g e t a t i o n b u t a r ev e r y f r e q u e n t i n w i n t e rt i m e .

F o g H i g h V o l t a g e G e n e r a t o r

I o n s ,N O x , O 3

2 0 0 8 R e i n A n d r é R o o s

G é o m a g n é t i f è r e o f F a t h e r P a u l i n A b b é ( P i e r r e ) B e r t h o l o n 1 7 4 2 - 1 8 0 0 " d e l ' E l e c t r i c i t é d e s v é g é t a u x " 1 7 8 3

T o w n s e n d R e g i m e p r o d u c e s F e r t i l i z e r

A c c o r d i n g t o D a r y ( 1 9 0 0 ) i t w a s F a t h e r P a u l i n , s o m e t i m e a r o u n d 1 8 5 0 , w h o , a s d i r e c t o r o f t h e a g r i c u l t u r a li n s t i t u t e o f B e a u v a i s , u s e d h i s ' g é o m a g n é t i f è r e ' t o o b t a i n e x c e l l e n t g r o w t h r e s u l t s w i t h t h e s u r r o u n d i n g c u l -t u r e s . T h i s w a s c e r t i f i e d b y s e v e r a l a g r i c u l t u r a l c o m m i s s i o n s a n d a t s h o w s . T h e a p p a r a t u s w h i c h F a t h e r P a u l i n c h r i s t e n e d w i t h t h e c o m p l i c a t e d n a m e o f g e o m a g n e t i f e r e , a n d w h i c h i s s h o w n i n t h e f i g u r e , i s i n f a c t n o t h i n g o t h e r t h a n a s i m p l e m u l t i p l e l i g h t n i n g c o n d u c t o r s u p p o r t e d b y a w o o d e n p o l e c o n n e c t e d t o t h e e a r t hb y a c o m p l e x n e t w o r k o f m e t a l l i c w i r e s , d e s c r i b e d s o m e 7 0 y e a r s b e f o r e b y l ' a b b é P i e r r e B e r t h o l o n

N A T U R A L F E R T I L I Z E R

T o w n s e n d R e g i m e a n d P l a n t G r o w t h

2 0 0 8 R e i n A n d r é R o o s

N i t r i f i c a t i o nP r o c e s s

G é o m a g n é t i f è r eL i g h t n i n g r o d

P o i n t d i s c h a r g e sN i t r o g e n a n do t h e r n i t r o g e n

s p e c i e sN O 2 - ( H 2 0 ) n

N O + N O ( H 2 0 ) nN O 2 + ( H 2 0 ) nP r e c i p i t a t i o nB a c t e r i a

N 2 , ( N i t r o g e n )N H 3 ( A m m o n i a )T r a n s f o r m e d i n t o

H N O 2 ( N i t r o u s a c i d )L a t e r o n

H N O 3 ( N i t r i c a c i d )

P l a n t e s a s s i m i l a t eN i t r i c a c i d a n d i t s s e l s

c a l l e d n i t r a t e s

A N a t u r a l F e r t i l i z e r f o r a L o n g T i m e

" T h e s e f a c t s a r e s i m i l a r t o a n o b s e r v a t i o nt h a t I m a d e ; t h a t p l a n t s g r o w b e t t e r a n da r e m o r e v i g o r o u s a r o u n d l i g h t n i n g r o d s . . "

T o w n s e n d R e g i m e p r o d u c e s F e r t i l i z e r

2 0 0 8 R e i n A n d r é R o o s

B r o a d b a l k f i e l d

T o w n s e n d R e g i m e p r o d u c e s N i t r a t e s

A t p r e s e n t , w h e a t g r o w n c o n t i n u o u s l y o n t h e p l o t t h a t h a s r e c e i v e d n e i t h e r m a n u r e n o r f e r t i l i z e r s i n c e 1 8 4 3y i e l d s a b o u t 1 , 6 t / h a - a b o u t t h e w o r l d a v e r a g e y i e l d ! F r o m L o n g - t e r m E x p e r i m e n t a t i o n , t h e B r o a d b a l kW i n t e r W h e a t E x p e r i m e n t , p 4 6 , 1 5 0 Y e a r s o f A g r i c u l t u r a l R e s e a r c h R e p o r t 1 9 9 2 , I n s t i t u t e o f A r a b l e C r o p sR e s e a r c h

A N a t u r a l F e r t i l i z e r f o r a L o n g T i m e

2 0 0 8 R e i n A n d r é R o o sT o o m u c h T o w n s e n d R e g i m e i s b a d f o r t h e V e g e t a t i o n

W e l l k n o w n b u t h a r d l y e x p l a i n e d i s t h e i n c r e a s e o f n i t r a t e s i n s u r f a c e w a t e r d u r i n g t h e w i n t e r . T h e v a r i a t i o n s h o w n h e r e i s t h a t o f t h e È u n o v o R e s e r v o i r o f t h e D a n u b e i n t h e S l o v a k R e p u b l i c , a g a i n a c o n s e q u e n c e o f t h e T o w n s e n d r e g i m e ?

T o w n s e n d R e g i m e p r o d u c e s N i t r a t e s

2 0 0 8 R e i n A n d r é R o o s

T r e e s a r e c r e a t i n g " l i g h t n i n g r o d s " o v e r t i m e t ok e e p o f t h e e l e c t r i c s t r e s s f r o m t h e l e a v e s

S a p m o d i f i c a t i o n i n h i g h l y c o n d u c t i v e p o p l a r t r e e sk i l l s t h e m i n t h i s v e r y h o s t i l e e n v i r o n m e n t

T o o m u c h T o w n s e n d R e g i m e i s b a d f o r t h e V e g e t a t i o n