Гэвин Претор-Пинней - Занимательное облаковедение. Учебник любителя облаков

• Название: Занимательное облаковедение. Учебник любителя облаков
• Автор: Гэвин Претор-Пинней
• Издательство: Гаятри
• Жанр: Природа и животные
• Год: 2007
• ISBN: 978-5-9689-0088-3

Эта книга знакомит нас с различными представителями семейства облакообразных, рассказывает, как распознать среди них предвестников как хорошей, так и неспокойной погоды, делится обширной информацией о значении облачности для мировой литературы, искусства и естествознания, знакомит нас с подробностями личной и общественной жизни облаков.

«Занимательное облаковедение» — это программный документ Общества любителей облаков, международной общественной организации, объединяющей тысячи лириков, мечтателей, поэтических натур, фотографов, художников и метеорологов-любителей по всему миру.

---

Могла ли жизнь Фрэнки Лаймона сложиться иначе, если бы хоть кто-нибудь объяснил ему, отчего дождь падает сверху вниз?

Не исключено, что, застань я его вовремя, все обернулось бы совсем по-другому.

Предположим, что мне удалось бы пробраться за кулисы, когда «Тинейджерз» играли в лондонском Палладиуме в 1957 году и что я смог бы удержать внимание Лаймона хотя бы минут на десять, прежде чем он вышел бы на сцену. Я рассказал бы ему, что дождь и снег начинают идти тогда, когда диаметр частиц воды, из которых состоит облако, становится на порядок больше пяти тысячных миллиметра — размера капель в молодых кучевых облаках.

Частицы воды могут достигнуть значительно больших размеров, а чем больше частица, тем больше вероятность того, что она упадет на землю. Те, что достигают земли, тоже далеко не одинаковы по размеру: начиная от мельчайшей дымки (до нескольких сотых долей миллиметра в диаметре) и заканчивая изморосью (от 0,2 до 0,5 мм) и дождевыми каплями (более 0,5 мм). Обычно дождевые капли достигают в диаметре от 1 до 5 мм. Когда же их размер приближается к 8 мм, сопротивление воздуха заставляет их разбиваться на более мелкие капли.

Тем самым мне удалось бы пробудить в Лаймоне любопытство. Но не думаю, что он счел бы это объяснение исчерпывающим. Ему захотелось бы пойти дальше.

Он наверняка захотел бы узнать, как именно частицы облака достигают размеров, при которых падают на землю.

Если бы мое «вторжение с объяснением» увенчалось успехом, я бы понадеялся на то, что он уделит мне еще несколько минут перед началом выступления. Я попросил бы его поклонниц, импресарио и прочих прихлебателей удалиться из-за кулис вместе со своими «Джеками Дэниелсами»[86] и оставить нас наедине. Мне пришлось бы дать Лаймону разъяснения касательно двух процессов, благодаря которым в облаке образуется дождь: один из этих процессов проистекает в тех частях облака, которые состоят из капелек воды, а другой — в тех, что состоят из кристалликов льда. Чтобы разъяснить первый, я поведал бы ему о жемчуге и устрицах.

***

Согласно индуистскому мифу, жемчужина образуется, когда и море падает капля росы. Если это происходит в полнолуние, получается жемчужина совершенной формы. У древних греков бытовало иное объяснение: они полагали, что жемчужина образуется, когда в море ударяет молния. А римляне считали, что это всего лишь слеза русалки. Современное объяснение куда более прозаично: жемчужина формируется и результате того, что в раковину устрицы попадает песчинка. Эта песчинка становится ядром, вокруг которого начинает накапливаться перламутр. Для того чтобы жемчужина полностью сформировалась, нужно около года. К этому времени устрица начинает чувствовать себя весьма стесненно и выбрасывает мешающее ей сокровище в глубины моря.

Чтобы из водяных паров образовалось облако, тоже нужна своя воздушная песчинка. Отдельные молекулы воды, висящие в воздухе, объединяются в капли только тогда, когда им есть с чего начать. Необходимо ядро, вокруг которого они будут собираться. На самом деле в атмосфере присутствует множество «песчинок», которые могут послужить этой цели. Метеорологи называют их «ядрами конденсации облаков». Они могут быть самой разной формы, а в диаметре не превышают 0,001 мм.

Над морем это могут быть кристаллики соли, образующиеся в результате высыхания морских брызг. Над землей, где ядер значительно больше, — глиняная пыль, частицы минералов или веществ растительного происхождения. Сгодится и сажа, поднимающаяся в воздух во время лесных пожаров и извержения вулканов, и продукты сгорания, вроде окружающих человеческое жилье частиц дыма и кислот. Такие ядра конденсации необходимы прежде всего для образования дождевых капель в облаках, состоящих только из капелек, а не изо льда: их температура не позволяет формирующимся на них каплям замерзнуть.

Обнаружилось, что ядра конденсации по-разному справляются с задачей притягивания молекул, из которых состоит водяной пар. На одних молекулы удерживаются лучше, чем на других. Всякий, кому доводилось пользоваться солонкой в сырую погоду, подтвердит, что крупинками соли молекулы воды абсорбируются особенно хорошо. Именно поэтому из них получаются отличные ядра конденсации облаков.

Неплохие ядра конденсации получаются из частиц, порождаемых лесными пожарами: оттого над горящими лесами порой образуются плотные огне-кучевые облака (pyrocumulus).

Когда начинает формироваться облако, капли, образующиеся на более действенных ядрах, растут быстрее прочих. Со временем они становятся больше, и потому начинают падать быстрее. Достигнув определенного размера, они начинают соударяться с более мелкими каплями и в результате растут. Метеорологи называют этот процесс коалесценцией. Так в облаке за 15–30 минут его существования могут образоваться капли, размер которых будет достаточен для того, чтобы они упали на землю в виде дождя. Однако (как сказал бы я Лаймону) этот способ — не единственный и, во всяком случае, не самый распространенный, особенно в средних широтах.

***

И тут люди за кулисами стали бы кричать Фрэнки, что ему вот-вот выходить на сцену. Однако мне потребовалось бы еще несколько минут, чтобы рассказать об основном способе формирования дождевых капель. И здесь пришлось бы завести разговор о кристаллах льда. Дождь, достигающий земли, поначалу значительно чаще пребывает в твердой, а не в жидкой форме. Дождевые капли образуются в результате того, что лед тает, проходя через слой теплого воздуха под облаком. Чтобы разъяснить Лаймону второй процесс, в результате которого образуется дождь, мне понадобилось бы сообщить ему несколько фактов о том, сколь странным образом капли, составляющие облако, превращаются в кристаллы льда.

Обычно в осенний день в Великобритании температура воздуха на высоте около 6 500 футов[87] над землей падает до 0°C. Можно было бы предположить, что капли воды в любом облаке выше этой отметки должны замерзать. Однако один из удивительных фактов из жизни облаков состоит в том, что капли не замерзают при 0°C. Скажу больше, они обычно не замерзают даже тогда, когда температура становится значительно ниже!

Если лужица, расположенная на уровне моря, начинает замерзать при 0°C, взвешенные в атмосфере капли воды ведут себя иначе. А дело вот в чем: так же, как для образования капель из водяного пара необходимы «песчинки», для превращения этих капель в твердые кристаллы (кроме как при очень низких температурах) тоже нужны ядра. Более того, вода — как в жидкой, так и в газообразной форме — куда более прихотлива при выборе ядер для замерзания, чем для конденсации.

Атмосферные частицы, выступающие в качестве «ядер замерзания», по размеру значительно больше частиц, пригодных для конденсации. Их объем, при диаметре от 0,005 до 0,05 мм, больше в 100–130 000 раз. Помимо этого, «ядра замерзания», представляя собой частицы скальных пород и иных минералов, встречаются намного реже.

Нельзя сказать, чтобы в атмосфере они были в избытке, а если не с чего начать, капля попросту не замерзает до тех пор, пока температура не опустится до -35 или даже -40°C. Если не появится ядро нужной формы и нужного размера, капли будут пребывать в так называемом «переохлажденном состоянии».

К этому времени музыканты из группы Лаймона были бы уже на сцене, а импресарио колотил кулаками в дверь гримерки. У меня осталось бы не так уж много времени, чтобы закруглиться. Однако я уже подошел к самой сути своего объяснения.

В облаке определенной толщины — таком как кучево-дождевое — процент переохлажденных капель в холодных верх них слоях может быть весьма велик. Чем выше поднимаются капли, тем холоднее они становятся. Однако, если подходящего ядра все нет и нет, капли не торопятся переходить в другое состояние: охлаждаясь до -5°, -7°, -10°C, они упорно не замерзают. Как знаменитые музыканты порой отказываются выступать, поскольку, мол, выставленные для них за кулисами конфеты «M&M’s» не того цвета[88], капли продолжают оставаться в переохлажденном состоянии, пока температура не опустится хотя бы до -20°C.

При столь низкой температуре они ведут себя несравненно менее капризно. Теперь замерзание могут спровоцировать частицы хоть сколько-нибудь пригодного размера и формы — как если бы некоторые из музыкантов сказали: черт возьми, нас устраивают эти «M&M’s», — и согласились выйти на сцену. И да будет вам известно, что едва отдельные капли начнут замерзать на этих более многочисленных «более-менее пригодных» ядрах, все остальные тут же тоже втягиваются в процесс.

Первые несколько капель начинают замерзать снаружи внутрь, в результате чего поначалу получается твердая оболочка с мягкой начинкой. Как известно всякому, у кого зимой лопались водопроводные трубы, когда начинка тоже замерзает, она расширяется и разламывает внешнюю оболочку. Наружу прорываются и рассыпаются маленькие кусочки льда, или так называемые «ледяные иголки». Они становятся ядрами для других переохлажденных капель, и начинается цепная реакция замерзания.