Увлекательная география

«Дороги» воздушных масс

Невидимые, но мощные движения, настоящие сражения происходят над земной поверхностью в атмосфере. Там формируются обширные и разнообразные массы воздуха, течения, из которых слагается общая циркуляция атмосферы. Они-то и определяют погоду.

Воздушные массы, одинаковые по происхождению, имеют сходные свойства и движутся как одно целое. Они занимают большие пространства над материками и океанами, простираясь на тысячи километров. Теплые массы воздуха вызывают потепление, холодные приносят похолодание.

В зависимости от места, где они формируются, различают 3 основных типа воздушных масс.

Арктический (антарктический) воздух рождается над поверхностью холодных полярных стран, покрытых снегом даже летом. Для него характерны низкие температуры, малое содержание влаги, высокая прозрачность.

Полярный воздух – дитя умеренных широт; бывает континентальным и морским. Континентальный полярный воздух, формирующийся над материками, сильно охлажден зимой. В нем мало влаги. С его вторжением устанавливается ясная морозная погода. Летом он сильно нагрет. Морской полярный воздух формируется над океанами; влажный и не очень холодный, зимой он приносит оттепели, а летом – пасмурную погоду и похолодание.

Тропический воздух в течение всего года формируется в тропиках и субтропиках, а летом – над сушей Южной Европы, Казахстана, Средней Азии, Забайкалья.

Обычно он вторгается из низких широт в более высокие, вызывая резкое повышение температуры – оттепели зимой и жаркую погоду летом. У морского тропического воздуха высокие влажность и температура.

Пассаты – ветры, дующие всегда

Эти удивительные ветры открыли первые мореплаватели, отважившиеся пересечь океан. Они шли под парусами и если не сворачивали с курса в океане, то ветер постоянно наполнял паруса, не меняя ни направления, ни скорости. Можно было плыть, заботясь только о том, чтобы не выйти из этой полосы ветра. Испанцы назвали такой ветер «Viento de pasada» – «ветер, благоприятствующий переезду». Отсюда и название пассат.

Полоса пассатов проходит к северу и к югу от экватора (от 25° – 30° северной и южной широты). Устойчивые ветры дуют над океаном с востока на запад по краям областей высокого атмосферного давления, обращенных к экватору. Этот ветер имеет скорость 5–6 м в секунду (иногда до 15 м в секунду, а это уже штормовой ветер), и охватывает слой воздуха до высоты 15–16 км. Такая масса устойчиво движущегося воздуха приводит в движение поверхностные слои воды в океане. Возникают постоянные морские течения. Это такие мощные течения, как Антильское и Бразильское в Атлантическом океане, Минданао и Восточно-Австралийское – в Тихом, Мозамбикское – в Индийском.

Пассаты создают и своеобразный климат в тех областях земного шара, где они дуют. Там преобладает малооблачная теплая погода с небольшим количеством осадков. На суше пассатный климат формирует тропические пустыни и полупустыни.

Неистовые вихри

Циклоном мы называем большие вихри воздуха, занимающие обширные площади, вовлекающие в движение огромные воздушные массы.

Торнадо – это настоящий круговой шторм. Он появляется в виде зловещей черной тучи, из которой вниз спускается крутящийся вихрь, напоминающий хобот слона.

Торнадо вращается по часовой стрелке в южном полушарии или против часовой стрелки – в северном. Ширина вихря в той части, где он соприкасается с землей, в среднем составляет 275–365 м, торнадо проходит обычно небольшое расстояние, составляющее не более 100 км.

Считается, что внутри вихря торнадо скорость вращающихся потоков воздуха составляет 800 и более километров в час! Там, где «хобот» касается поверхности земли, происходят страшные разрушения: ветер вырывает деревья с корнем, а дома, разорванные на части, переносятся на сотни метров.

В некоторых случаях водяной смерч может зародиться на суше и потом переместиться на море. Но чаще смерчи появляются над водой, над морями и озерами.

Часть воронки от облака, приближаясь к водной поверхности, поначалу раскручивает и поднимает верхний слой воды в воздух. Воронкообразное облако сначала погружается в массу водяной пыли, а затем втягивает ее вверх, в воронку.

Но основную часть смерча всегда образует дождевая вода.

Водяной смерч продолжается обычно всего лишь несколько минут, и его воздействие ощущается на ограниченном участке. Но, пронесясь над какой-то территорией, он оставляет за собой полосу разрушений.

Электричество в… воздухе

Воздух не проводит электричество. Но в некоторых случаях обнаруживается, что он просто переполнен электричеством. Все дело в наличии двух типов частиц, заряженных положительно (ионов) и отрицательно (электронов). Они притягиваются друг к другу, и если их какой-то силой разъединить, то они будут стремиться соединиться снова.

Когда в дождевой туче, пресыщенной влагой, образуется сильный отрицательный заряд, ему противостоит положительный заряд земли. Электроны перемещаются туда, где их недостает – в область положительного заряда. Образуется один или несколько каналов заряженных частиц между землей и тучей, и когда по ним проносится волна электронов, происходит вспышка молнии.

Теперь представьте, что заряды сверху «тихо» просачиваются вниз. Вместо ослепительной, убийственной вспышки молнии возникает свечение, которое сопровождается не громом, а тихим потрескиванием или шипением.

Это явление в народе называют «огнем святого Эльма». Оно появляется чаще всего во время шторма.

Конечно, самое грозное электрическое явление в воздухе – молния. Все видели ее яркую вспышку – огненную стрелу, низвергающуюся с небес на землю. Иногда она похожа на дерево – огненные ветви в краткий миг разбегаются от главного ствола. Длина молнии – от 1 до 10 км, а диаметр канала, по которому проносится электрический ток огромной силы за десятые доли секунды, – всего несколько сантиметров. Обычно разряды повторяются один за другим много раз, но иногда они сливаются в один, длительность которого превышает секунду. Такие молнии вызывают лесные пожары. Еще бы! Ведь температура канала, по которому идет главный разряд, может быть больше 25 тысяч градусов.

Но самое удивительное явление – шаровая молния. Бывает так, что в открытое окно влетает с легким потрескиванием светящийся шар. Он начинает летать по комнате, а потом исчезает, как будто его и не было. Такой шар может появиться и в небе, тогда его часто принимают за НЛО. Это шаровая молния. Она очень опасна. До сих пор окончательно не установлена причина ее образования. Разгадка шаровой молнии еще впереди.

«Несравненной силы и красоты…»

Полярным сиянием, одним из чудеснейших явлений природы, обычно можно любоваться за Северным или Южным полярными кругами, в Арктике или Антарктике. Однако, хотя и довольно редко, поступают сообщения о нем и из средних широт обоих полушарий. Например, в сентябре 1859 г. полярное сияние наблюдалось почти по всему северному полушарию, в феврале 1872 г. – в Египте, Индии, Гватемале. В январе 1938 г. – в Алма-Ате, Севастополе, на юге Африки, в 1958 г. – в Москве и Одессе.

Полярная ночь – нелегкое испытание для тех, кто живет в высоких широтах Земли, за Полярным кругом. Темнота изо дня в день лишает мир красок, поэтому как вознаграждение воспринимаются полярные сияния, украшающие ночное небо Арктики и Антарктики.

Пожалуй, лучшее описание полярных сияний можно найти у норвежского полярного исследователя Фритьофа Нансена.

«…Вот оно… северное сияние, несравненной силы и красоты… Редко, пожалуй даже никогда не видел я такого великолепия красок… Вдали, на западном крае горизонта, взвился по небу огненный змей; сверкая все сильнее и ослепительнее, он распался на три части… Вдоль змеев колебались и снопами взметались лучи, словно волны, гонимые бурей в эфире…»

Ученые объединяют типы сияний в три группы: ленточные, лучистые и диффузные. Главная особенность ленточных (они могут быть в виде полос и дуг) – в чрезвычайно большой протяженности, иногда на десятки тысяч километров при вертикальной мощности в несколько сотен километров. Дуги чуть покороче: 5–6 тыс. км при толщине всего несколько сотен метров. Часто ленты стелются одна над другой, образуя многоярусные занавеси (драпри). Лучистые сияния создаются множеством узких световых пучков, идущих от горизонта до зенита. Диффузные похожи на светящийся туман.

Конечно, люди, жившие на Севере, давно задумывались над причиной красочных небесных видений. М. В. Ломоносов, с детства хорошо знакомый с небесными сполохами, первым высказал предположение об их электрической природе. Давно стало ясно, что эти цветы неба – свечение разреженных газов в верхних слоях атмосферы под влиянием магнитного поля Земли. Но понять, как передается это влияние, стало возможно только после запуска геофизических ракет.

Установленные на ракетах специальные счетчики обнаружили на высотах около 1000 км над поверхностью Земли мощные потоки отрицательно и положительно заряженных частиц (электронов и протонов). Они вторгаются в земную атмосферу с так называемым солнечным ветром, порождаемым нашим светилом.

Ветер дует со скоростью 300–600 км в секунду, так что оказывается вблизи Земли через 1–3 дня. Особенно усиливается солнечный ветер, когда Солнце выбрасывает в окружающее пространство огромную массу потоков заряженных частиц. Определенная часть их достигает Земли, но встречает здесь препятствие – магнитное поле планеты. Частицы отклоняются от прямого пути и устремляются по силовым линиям к геомагнитным полюсам. Вокруг полюсов они кружат по овальной зоне, стараясь пробраться в атмосферу. Здесь они взаимодействуют с молекулами воздуха, обращают их в активное состояние и, заставляют излучать электромагнитные волны, т. е. светиться.

Как измеряют влажность воздуха

Когда температура воздуха остается той же, но при этом становится как-то тяжелее дышать, говорят, что повысилась влажность воздуха. Жаркий влажный день отличается от жаркого сухого дня только наличием в атмосфере паров воды. Чем их больше, тем выше влажность. Когда мы говорим: «Относительная влажность 50 %», мы имеем в виду, что воздух содержит водяных паров ровно половину от того количества, которое он может иметь при данной температуре.

Относительная влажность 100 % означает, что воздух насыщен влагой и что он от нее освобождается: сгущается туман, выпадает роса, дождь или снег. Теплый воздух способен удержать больше водяных паров, чем холодный.

Наиболее точный способ определения степени влажности – это сравнение показаний «сухого» и «влажного» термометров. Два термометра крепятся рядом на одном основании. Вокруг шарика с ртутью у одного из них обертывается намоченная ткань (обычно батист). Испарение понижает температуру, притом тем больше, чем оно сильнее. Если воздух содержит много водяных паров, влага с мокрого термометра улетучивается медленно, и он не показывает сильного понижения температуры. Если воздух сухой, испарение идет быстро, влажный термометр показывает температуру значительно более низкую, чем сухой. По этой разнице с помощью специальных таблиц и определяют относительную влажность.

Абсолютная влажность – это фактическое количество водяного пара в воздухе. Ее определяют прибором, который называется гигрометр. Главная его деталь – обыкновенный человеческий волос. Он удлиняется, если повышается влажность. Тогда отклоняется и стрелка прибора, показывающая повышение влажности.

Облачные «города» и «замки»

Можно очень долго следить за облаками, плывущими по небу. Они постоянно изменяют свою форму: то напоминают сказочные замки с башенками и куполами, то стадо белошерстных овец, то караван верблюдов.

Так изменяют свою форму белоснежные кучевые облака, растущие прямо на глазах. Это местные облака, или, как их называют, «облака хорошей погоды». Хотя и они могут быть источником сильного дождя, ливня, но обычно кратковременного.

Если облака идут издалека, с океана, они выглядят совсем по-другому. Эти облака движутся в передней части циклона – гигантского вихря, несущего с собой дождь и похолодание (летом), снегопады и потепление (зимой). По ним легко предсказывать погоду.

Как только появились перистые облака, через день-два жди дождя. Эти облака похожи на перья или на кошачьи хвосты. Они тонкие, прозрачные, сквозь них просвечивают и Солнце, и Луна. Им на смену приходят облака, спускающиеся все ниже и ниже. Но потом все небо скрывается за плотными слоистыми дождевыми облаками. Они переполнены водой. В одном облаке ее содержится от 50 до 300 тыс. тонн.

Почему идет дождь

Когда на небе собираются тяжелые черные тучи, люди говорят: «Быть дождю». Но откуда взялись тучи, и почему из них идет дождь? Причина всему этому – Солнце. Оно нагревает поверхность планеты, и во́ды в океанах, озерах и реках превращаются в пар, который перемешивается с воздухом.

Поднимающийся вверх теплый воздух распространяет водяной пар в атмосфере. Остывая, воздух отдает часть своего груза, а невидимый водяной пар снова становится водой. Из ее капелек образуются облака. Этот противоположный испарению процесс называется конденсацией. Внутри тучи крошечные капельки постепенно разрастаются, собирая все больше влаги. Наконец капли становятся такими большими, что уже не могут удерживаться наверху воздушными течениями и падают на землю в виде дождя.

В течение всего дня идет испарение. Водяной пар поднимается в атмосферу. Но для того, чтобы он превратился в облака, состоящие из мельчайших капелек, нужны еще твердые частички, на поверхности которых пар мог бы сконденсироваться. Если в воздухе нет (или очень мало) частичек пыли или кристалликов льда, конденсация может и не произойти.

Так развиваются события в теплый летний день, когда утром на ярком небе сияет солнце, а во второй половине дня сгущаются тучи и на землю проливается дождь. Это местные дожди. Дожди продолжительные, затяжные, на 2–3 дня, а то и на неделю, приносят издалека мощные воздушные вихри – циклоны. Определив скорость движения циклона, метеорологи могут предсказать время наступления дождливой погоды.

Вода, даруемая небом

Дождь и снег, выпадающие из облаков на землю, называют атмосферными осадками: с ними ведь осаждается влага.

Океан – главный поставщик этой влаги. Она поднимается в небо, с облаками переносится на большие расстояния, выпадает в виде дождя или снега, впитываясь в почву, питает реки, бегущие к морю, а потом снова испаряется с поверхности океана. Так замыкается круг влагооборота, в ходе которого происходит распределение влаги между различными участками нашей планеты. Это распределение очень неравномерное. В одних местах осадков выпадает очень много, в других их почти совсем не бывает. Одни районы Земли страдают от избытка влаги, другие – от ее недостатка.

Осадки измеряют специальными приборами – осадкомерами.

Самые засушливые места в мире – пустыня Атакама на севере Чили и город Арика близ нее. Здесь за год выпадает менее 50 мм влаги. В пустыне Каракумы (Туркменистан) есть места, где за год выпадает 60–100 мм осадков. Примерно так же мало их в Прикаспийской низменности (в Астраханской и Гурьевской областях). Бедна осадками Саха-Якутия: 100–200 мм в год.

А вот в самом дождливом месте в мире, на гористом острове Квуаи, входящем в состав Гавайских островов (США), среднегодовое количество осадков составляет 11 970 мм. Черрапунджи в Индии, возможно, занимает второе место по количеству осадков. Там их выпадает от 10 790 до 11 430 мм. В 1961 г. количество осадков там достигло 23 000 мм, почти 2,5 м!

Давайте сравним количество осадков в некоторых городах мира. В Лондоне выпадает 610 мм осадков в год, в Париже – 550 мм, Москве – 560 мм, Нью-Йорке – около 1010 мм, в Мадриде – около 430 мм осадков.

Для мест, где обычно выпадает достаточное количество осадков, подлинное бедствие – сухие годы, когда летом дождей почти совсем не бывает. Это – засуха, которая губит урожай, вызывает многочисленные лесные пожары.

Семицветная арка

Огромная, в полнеба, дуга-арка из переходящих друг в друга семи цветов – одно из самых красивых явлений природы. Люди уже давно задумывались над происхождением радуги. Еще в древности они заметили, что если на пути белого света поставить треугольную призму из стекла, то вместо одного белого мы увидим набор цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. (Для запоминания порядка цветов можно воспользоваться шутливой фразой: «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан». Начальные буквы слов соответствуют первым буквам цветов радуги.) Эта полоса цветных линий называется «спектром». В воздухе после дождя роль призмы выполняют капельки воды.

Радуга появляется только после ливня, когда атмосфера насыщена множеством водяных капель и одновременно светит солнце. Чтобы увидеть радугу, необходимо находиться строго между Солнцем (оно должно быть сзади) и дождем (он должен быть перед вами). Солнце, ваши глаза и центр радуги должны находиться на одной линии! Если солнце высоко в небе, провести такую прямую невозможно. Вот почему радугу чаще всего можно наблюдать только рано утром или ближе к вечеру. Утренняя радуга означает, что солнце находится на востоке, а дождь идет на западе. При вечерней радуге солнце расположено на западе, а дождь идет на востоке.

Броккенский призрак

В 1957–1959 гг. мне довелось зимовать на Земле Франца-Иосифа.