Облако – туман в высоте.
Владимир Даль
…то, что мы видим, есть не свет, а бесчисленные частицы пыли или тумана, отражающие небольшую часть света… Джон Гершель
Тяжесть не оказывает никакого влияния на распределение температуры в столбце воздуха. Джеймс Максвелл
Все земное вещество – под влиянием свойственных воде частных сил, ее парообразного состояния, ее вездесущности в верхней части планеты – ею проникнуто и охвачено. Владимир Вернадский
…метеорология снабжена приборами благодаря развитию экспериментальной физики… Иное дело теория метеорологии, она никогда не была удовлетворительно разработана никем из физиков. Ричард Фейнман
А так ли хорошо знакома вам
?
физика атмосферы
Следующий наш шаг по пути к небесным – астрономическим – сферам проходит через воздушную оболочку Земли. Ее изучает метеорология, главное содержание которой и представляет физика атмосферы. Стоит ли говорить о постоянном интересе человечества к атмосферным явлениям, о колоссальной зависимости от происходящих в атмосфере процессах? Грозы, ветра и ураганы – как уберечься от них? Засухи или нескончаемые дожди – как они отразятся на урожаях? Что происходит с климатом, угрожает ли нам глобальное потепление? Эти и множество иных вопросов жизненно важны и требуют от нас активных действий, осмыслить которые способна наука. За несколько последних столетий были созданы точнейшие приборы, с помощью которых отслеживаются параметры атмосферы – давление, температура, влажность, количество осадков, скорость и направление ветра. Вслед за этим Землю усеяла обширная сеть синоптических станций, собирающая данные с огромных площадей. А сегодня действует целая «эскадра» кружащихся вокруг планеты метеорологических спутников. Получаемые ими сведения обрабатывают мощнейшие компьютеры и ежеминутно выдают нам прогноз погоды. Легче нам от этого стало? Безусловно, да! Решены ли волнующие нас задачи? Разумеется, нет! Может быть, это удастся вам?
Вопросы и задачи
- Почему дневной бриз дует с моря на сушу, а ночной, наоборот, дует с суши на море? 2. Отчего провода гудят на ветру? 3. Как объяснить, что климат островов гораздо умереннее и ровнее, чем климат больших материков? 4. Не влияют ли ветры и течения водных масс на вращение Земли, не тормозят ли его? 5. Почему в атмосфере Земли почти нет водорода, тогда как Солнце и большие планеты состоят в основном из него? 6. В горах барометр предсказывал бурю, но она так и не случилась. Отчего? 7. Обильный снегопад сопровождается заметным потеплением. Как это объяснить? 8. Иней на деревьях иногда исчезает без ветра и оттепели. С чем это связано? 9. Сосульки образуются при замерзании воды, стекающей с крыши при таянии снега. Но для того чтобы растаял снег, температура должна быть выше нуля, а чтобы замерзла вода – ниже нуля. Как это согласовать? 10. Почему обычно не бывает росы под густым деревом? 11. Отчего вечером роса бывает теплее, чем утром? 12. Может ли нам казаться теплее в сырую погоду, чем в сухую (при той же температуре воздуха)? 13. Почему капли дождя падают, а облака
– нет, хотя они тоже состоят из капелек воды? 14. Чистая вода прозрачна для света. Отчего же непрозрачен туман, представляющий собой мелкие капли воды? 15. Почему средняя равновесная температура поверхности Земли на 40 градусов выше той, которую она должна была бы иметь изза солнечной радиации? 16. Как объяснить, почему зимой редко бывают грозы? 17. Отчего молния чаще ударяет в землю в сырых местах, например у берегов рек и озер? 18. Почему особенно хорошо загорать высоко в горах? 19. В средних широтах после заката Солнца темнеет не сразу, а сначала наступают сумерки. С чем это связано?
Микроопыт
Посмотрите на небо ясной морозной ночью. Какие звезды мерцают более заметно: находящиеся высоко над горизонтом или низко?
Любопытно, что…
…понятие о климате как усреднении данных о погоде прошлого было введено еще учеными Древней Греции. Само слово «климат», означающее «наклон», свидетельствовало о том, что греки связывали климат местности со средним наклоном солнечных лучей. …ввести метеорологию в ранг точных наук пытался ученик Галилея Торричелли. Им, в том числе, была создана первая, правильная в общих чертах, теория образования ветров как следствия циркуляции атмосферных масс. …английскому физику Джону Тиндалю, изучавшему рассеяние солнечного света атмосферой, удалось объяснить голубой цвет неба. Большое значение для метеорологии имели его опыты с тепловыми лучами: сухой воздух поглощал их слабо, а водяной пар, напротив, сильно. …на больших высотах под действием ультрафиолетового излучения Солнца молекулы водяного пара распадаются на водород и кислород. Легкий водород улетучивается в космос, что приводит к убыли воды на Земле и к возрастанию содержания кислорода в атмосфере. …вся вода земного шара по массе превосхо-
324х208
360х251
дит атмосферный воздух примерно в 270 раз (подумайте, как бы вы могли провести такой расчет). …действие кориолисовых сил проявляется в движении гигантских атмосферных вихрей. Так, если смотреть из космоса, в северном полушарии циклоны вращаются против часовой стрелки, в южном – по часовой. У антициклонов эти направления меняются на противоположные. …грамм воды, налитой на дно стакана, образует поверхность в несколько квадратных сантиметров. Тот же грамм воды в виде дождевых капель обладает в десятки раз большей поверхностью. А у одного грамма капелек тумана она разрастается до нескольких сот квадратных метров. …удар молнии способен расщепить дерево, поскольку влага, находящаяся в его клетках, мгновенно закипает – и пар разрывает его ствол. …на высоте примерно 50 километров воздух, вследствие ионизации космическими лучами, становится хорошим проводником. Между этим слоем атмосферы и поверхностью Земли, как между обкладками гигантского конденсатора, имеется разность потенциалов порядка 400000 вольт. Земля при этом обладает отрицательным зарядом более 500000 кулонов. …в последнее время интенсивно развивается палеометеорология, позволяющая воссоздать климат Земли за тысячи лет назад. По ее данным, оказывается, можно предсказать, где находятся залежи полезных ископаемых.
Что читать в «Кванте» о физике атмосферы
(публикации последних лет)
- «Вихри враждебные…» – 2013, №1, с.42; 2. «Сиреневый туман…» – 2014, №3, с.36; 3. «Что может электростатика» – 2015, Приложение №1, с.216; 4. «А что это холод на землю упал…» – 2015, №3, с.28; 5. «От точки росы до точки кипения» – 2016, Приложение №4, с.98; 6. «Июльский град» – 2017, №3, с.25; 7. «День-сумерки-ночь…» – 2017, №5, с.2; 8. «Физика града» – 2017, №5, с.34. Материал подготовил А. Леонович