От динозавра до компота. Ученые отвечают на 100 (и еще 8) вопросов обо всем
Шрифт:
№ 13. Почему гремит гром?
У греков – Зевс, у римлян – Юпитер, а у славян – Перун. Все они – громовержцы, властители мира, главные боги, отвечавшие за мироустройство в религиях древности. Молнии и раскаты грома много веков вызывали только мистический страх и благоговение. Но постепенно человек выяснил, что такое гроза на самом деле.
Гроза – это атмосферное явление, то есть такое, которое происходит в воздушной оболочке, окружающей Землю. Помимо смеси различных газов, необходимых всему живому, ее важным компонентом является вода. Покрывающие Землю водные массивы постоянно испаряются под воздействием солнечных лучей. Теплые водяные пары вместе с нагретым воздухом устремляются вверх. Чем выше водяной пар поднимается, тем сильнее он остывает, ведь чем дальше от Земли, тем ниже температура атмосферы. Помимо воды и газов в деле образования грома участвует пыль. Мельчайшие частички пыли, содержащиеся в атмосфере, становятся центрами конденсации (оседания) остывшего пара – на них образуются капельки воды и льдинки. То есть в нижней части грозовой тучи всегда будет большая масса влажного, более теплого воздуха, а наверху – громадное количество водяных кристалликов. Интенсивно сталкиваясь между собой в грозовой туче, льдинки электризуются: более крупные заряжаются отрицательно и оседают в туче, а более мелкие, заряжаясь положительно, уносятся кверху восходящими массами влажного воздуха. Таким образом, между верхней и нижней кромками тучи-облака появляется электрическое напряжение, которое может достигать сотен миллионов вольт. При таких напряжениях атмосфера не выдерживает, облако пробивается («трескается»), а распавшиеся на ионы молекулы воздуха создают пути для возникновения самопроизвольных электрических разрядов – молний, то есть токов, долетающих и до Земли.
В результате стремительного иглообразного движения электрических зарядов в атмосфере в местах их прохождения резко поднимается температура (до 30 000 градусов). Как это происходит? Электрические заряды «расталкивают» на своем пути молекулы воздуха, и от этого выделяется огромное тепло. Кратковременное и обильное выделение тепла приводит к резкому нарастанию давления в каналах переноса зарядов и «разбеганию» воздуха в стороны. После окончания разрядов давление мгновенно уменьшается и воздух стремительно возвращается назад. Эта кратковременная «встряска» воздуха и представляет собой гром.
Есть один известный эксперимент по созданию молнии и грома «на столе». Оказывается, что при разматывании ленты скотча, если это делать рывками, можно наблюдать вспышки света, сопровождаемые воздушными щелчками. Суть дела в том, что две стороны бывшего тесного контакта ленты скотча оказываются заряженными противоположными электрическими зарядами. В местах нарушаемого контакта образуются искры – те же молнии, сопровождаемые нагревом воздуха и появлением звуковых эффектов – воздушных щелчков. Чем не гром? Попробуйте повторить! Кстати, «эффект скотча», сопровождаемый свечением, был открыт еще в 1953 году и до сих пор привлекает внимание серьезных ученых… Кто бы мог подумать!
№ 14. Откуда берется ветер?
Примерно оттуда же, откуда движение воздуха в велосипедном насосе. Когда вы накачиваете шину, воздух сжимается поршнем. На поршень давит внешняя сила мышц или электрического моторчика. Дальше понятно: в трубе давление растет, воздух стремится выйти туда, где оно ниже. Осталось выяснить, почему в одних частях атмосферы давление бывает выше, а в других – ниже, что и приводит к перетеканию воздушных масс, которое мы воспринимаем как ветер.
Перепад (градиент) атмосферного давления может быть резким, тогда на контакте воздушных масс воздух закручивается в тугие воронки, ветер разгоняется до свиста и получается буря, тайфун или ураган. А может быть постепенным – тогда мы ощущаем ласковый ветерок.
Про перепады атмосферного давления и его причины люди узнали, когда овладели инструментальными методами наблюдения. Вот прибрежный бриз – ветер, меняющий направление дважды в сутки уже многие тысячи лет. Рано утром он тянет с суши в сторону моря, а вечером, наоборот, с моря в сторону суши. Но связь между бризом, давлением воздуха и температурным режимом стала понятна только 200-250 лет назад, с появлением термометра и барометра. Море греется и охлаждается медленно; суша быстрее; воздух еще быстрее суши. Ночью и под утро, когда солнца нет, земля остывает на несколько градусов и охлаждает лежащие на ней воздушные слои. А море остается теплым – и воздух над ним тоже. Холодный воздух чуть-чуть плотнее и тяжелее теплого – давление немного выше. Этого достаточно, чтобы утренний бриз стекал с суши в сторону моря, вытесняя вверх более теплые, легкие и разжиженные морские воздушные массы.
К вечеру все наоборот: солнце быстро нагрело сушу и воздух над ней. А морская вода осталась прохладной. Теперь уже морской воздух тяжелей и плотней сухопутного – и вечерний ветер дует в противоположную сторону, с моря на сушу.
Разница в температуре и плотности воздушных масс – основная причина всех ветров на Земле. Но проявляется она очень по-разному в зависимости от сочетания местных условий – географической широты, морских течений, наличия гор, ледников и масштабов погодных явлений: мощный циклон, пришедший в прибрежную зону, легко сотрет картину чередования бризов.
В Антарктиде и Гренландии над огромными ледниковыми щитами толщиной в 2 километра воздух, бывает, выстуживается до нескольких десятков градусов, а неподалеку находится открытая вода океана, температура которой не опускается ниже нуля. Из-за резкого перепада температуры и давления с ледникового панциря к океану стекают очень холодные и тяжелые воздушные массы, которые на выходе к морю разгоняются до ста и более километров в час: человек на ногах не устоит. Это так называемые «стоковые», или катабатические, ветра.
В России такого нет. Но зимой, когда на материк заходит выстуженный над Арктикой плотный воздух, при столкновении с умеренными воздушными массами тоже бывают атмосферные приключения. «Мороз и солнце, день чудесный!.. Вечор, ты помнишь, вьюга злилась, на мутном небе мгла носилась… а нынче посмотри в окно.» Пушкин дает точное до деталей описание природного явления, которое позже стало называться «холодный фронт второго рода». Быстрое наступление тяжелого арктического воздуха, атмосферные завихрения на контакте с прежней сравнительно теплой и пасмурной воздушной массой («мгла носилась.»), ее вытеснение – и наутро уже высокое давление, мороз, ясное небо, ковры свежего снега. и тишина: атмосферный фронт и связанная с ним буря ушли куда-то дальше.
Самое время растопить дома печку и прокатиться на санках по морозцу.
№ 15. Почему морская вода соленая?
Начнем с того, что не только морская. В иных озерах засушливой зоны концентрация солей выше, чем в Мировом океане. Самый известный пример – Мертвое море (на самом деле озеро), в которое впадает река Иордан. Его вода содержит до 300 граммов соли на литр – это уже крутой рассол. У нас в стране известны соленые озера Баскунчак и Эльтон в Прикаспийской низменности. Очень соленая вода в заливе Кара-Богаз-Гол Каспийского моря (которое на самом деле тоже озеро).