27
янв 10

Прецессия и ось Земли

Наклон оси вращения Земли по отношению к плоскости ее орбиты составляет приблизительно 23,5°. Поэтому в разные времена года ось планеты направлена северным концом либо к Солнцу, либо в противоположную сторону. Надо сказать, что указанный угол медленно, с периодом 25 ООО лет, изменяется. Изменение наклона земной оси относительно плоскости орбиты, называемое прецессией, не может быть замечено нами непосредственно.

В настоящее время северный конец земной оси обращен к Полярной звезде. Однако приблизительно 13000 лет назад земная ось была ориентирована в противоположном направлении, а роль Полярной играла звезда, находящаяся вблизи созвездия Вега. Еще через 13 000 лет эта звезда снова станет для нас „Полярной".

27
янв 10

Фён и чинук

Орографические особенности горных районов могут вызывать возникновение еще одного вида ветра. Воздух, движущийся по земной поверхности, встретив на своем пути горы, вынужден подниматься по ним и при этом адиабатически охлаждаться. Так происходит, например, при встрече индийского летнего муссона с Гималаями. В этом случае на наветренных склонах гор выпадают осадки.

К тому времени, когда воздух переваливает через вершины горного хребта     и     начинает     опускаться по подветренной его стороне, он успевает потерять значительную часть содержавшегося в нем ранее водяного пара, получив при этом скрытую в паре теплоту конденсации. Далее он нагревается вследствие сжатия, которое происходит, когда он опускается по подветренному склону. Таким образом, воздух на подветренных склонах оказывается очень теплым и сухим. Подветренные склоны попадают в так называемую дождевую тень, и климат здесь становится до некоторой степени похожим на климат пустынь.

Сухой и теплый ветер такого происхождения в США называется чинук. Он часто бывает в Скалистых горах и в горах Сьерра-Невада. Знаменитая Долина Смерти находится на подветренной стороне гор Сьерра-Невада. В Европе такой ветер называют феном.

Когда воздух опускается по подветренным склонам гор, в нем развивается сильная турбулентность. Сухой и теплый воздух интенсивно испаряет снежный покров и воду, содержащуюся в почве. Заимствованное у индейцев название ветра — чинук — можно перевести как «снегоед».

Поднимающийся по наветренным склонам, насыщенный паром воздух охлаждается приблизительно на 0,5°С/100 м. Увеличение же его температуры при опускании на подветренной стороне составляет уже 1°С/100 м. Поэтому опускающийся воздух всегда суше и теплее, чем поднимающийся. Он вызывает быстрое испарение облаков, снега, почвы, водоемов, растительного покрова. За одни сутки под действием такого ветра стаивает снежный покров высотой  несколько  десятков сантиметров, а температура воздуха иногда менее чем за 12 часов повышается на 25° С. При этом усиливающийся сухой и теплый ветер иногда вызывает у людей так называемую «фёновую ''болезнь». В сущности, это не настоящая болезнь, а лишь результат резкой смены окружающих условий.

26
янв 10

Температура в разные сезоны

Можно ожидать, что самыми жаркими должны быть месяцы, предшествующие дню летнего солнцестояния и следующие за ним. Наоборот, самыми холодными должны быть месяцы, ближайшие к дню зимнего солнцестояния. Следовательно, самые жаркие — май, июнь и июль, а самые холодные — ноябрь, декабрь И январь. В действительности же самыми теплыми обычно бывают июнь, июль и август, а самыми холодными— декабрь, январь и февраль. Такой сдвиг на один месяц объясняется различиями в скорости нагревания воздуха, суши и водоемов. Суша и вода поглощают тепло не с одинаковой скоростью, потому максимумы температуры воздуха, находящегося над ними, наступают в разное время.

25
янв 10

Силы влияющие на движение воздуха

Движение воздуха под действием силы барического градиента стремятся развиваться прямолинейно, вдоль этого градиента. При этом воздух движется из области большего давления к области меньшего давления, но с отклонением, вызванным действием силы Кориолиса.

Действительное движение воздуха —результат равновесия трех сил: силы градиента давления, силы Кориолиса и центробежной силы. Центробежная сила отражает стремление воздуха, движущегося по криволинейной траектории, удаляться по прямой линии в направлении от центра кривизны. Когда три названные силы полностью уравновешивают друг друга, движение воздуха именуют градиентным ветром. Скорость такого ветра определяется величиной вызывающего его градиента давления.

Очень часто, особенно на больших высотах, изобары проходят прямолинейно и параллельно друг другу. При такой их конфигурации центробежная сила либо отсутствует, либо столь мала, что ею можно пренебречь. Так возникает геострофический ветер — прямолинейное движение воздуха вдоль изобар, т. е. перпендикулярное к направлению градиента   давления. При геострофическом ветре сила Кориолиса точно уравновешивает силу градиента давления и воздух движется так, будто на него не действуют никакие силы.

Однако вблизи земной поверхности действует еще один фактор. До высоты примерно 1 км скорость ветра несколько уменьшается силой трения, которая направлена в сторону, противоположную направлению движения воздуха. При уменьшении скорости ветра из-за силы трения уменьшается и сила Кориолиса, действующая на движущийся воздух. Это приводит к тому, что ветер начинает дуть в направлении, пересекающем изобары, а не вдоль них, как бывает при отсутствии трения. Поэтому, рассматривая карты погоды, легко заметить, что ветер направлен под некоторым углом к изобарам. Этот угол в зависимости от шероховатости участка земной поверхности меняется в широких пределах. Над открытым морем угол между направлением ветра и изобарами довольно мал и составляет примерно 10°. Над сушей он около 20—30°, но может достигать и 35°.

25
янв 10

Муссон

Аналогично бризу муссон представляет собой ветер, дующий с суши или моря, но уже в масштабе целых континентов и притом меняющий свое направление не при смене дня и ночи, а при смене времен года. Муссон имеет, большое значение для сельского хозяйства, так как он приводит к чередованию дождливых и засушливых периодов, вызванному сменой направления воздушных течений.

Муссоны возникают в прибрежных районах тропических морей, где из-за близости моря и суши температуры воздуха сильно различаются. Зимой над континентами, когда они выхолаживаются и изобарические поверхности над ними опускаются, преобладают области повышенного давления. Поэтому воздух начинает двигаться с суши в сторону моря, а на высотах перемещается с моря на сушу. Поскольку зимние ветры зарождаются над континентом, то это ветры сухие и в то же время холодные и, следовательно, дождь здесь зимой выпадает редко.

Летом суша нагревается больше, чем водоемы. Изобарические поверхности поднимаются, вследствие чего над континентом формируется область   пониженного давления у поверхности Земли и повышенного давления на высотах. Поэтому ветер в нижнем слое атмосферы в это время года дует с моря на сушу. Соответствующее ему перемещение воздуха на высотах происходит с суши на море. Летние приземные ветры всегда теплые и влажные.

Летние муссоны хорошо известны,   в   частности,   в Южной   Азии  и в Индии. В Индии летний муссон, дующий с Индийского океана, проходит через весь полуостров Индостан и достигает Гималаев. Вынужденный подниматься по склонам гор, воздух адиабатически охлаждается и теряет огромное количество влаги. С июня по ноябрь в Индии выпадает от 4000 до 8000 мм осадков. На северо-востоке Индии, где склоны гор имеют наибольшую крутизну, подъем воздуха происходит особенно интенсивно, и в период летнего муссона здесь выпадает до 10 000 мм осадков. Эту цифру интересно сравнить, например, с количеством осадков, выпадающих за целый год в районе Нью-Йорка, которое составляет в среднем лишь около 1000 мм.

Сезонная смена ветров типа муссона наблюдается также в некоторых восточных и центральных штатах США. Тропические районы Южной Атлантики и Мексиканский залив в летние месяцы служат очагом теплых и влажных ветров.

24
янв 10

Магнитное поле Земли

Наша планета Представляет собой, если можно так выразиться, гигантскую динамо-машину. Земной шар окружен сильным магнитным полем. Силовые линии этого поля сходятся примерно к географическим полюсам

Земли, а между полюсами проходят с севера на юг. При такой ориентации поля силовые линии оказываются подобными силовым линиям постоянного стержневого магнита. Напряженность магнитного поля уменьшается с высотой и изменяется во времени. Магнитные полюса Земли расположены на расстоянии около 400 км от ее географических полюсов. Магнитное поле Земли создает одну очень важную особенность околоземного пространства, имеющую огромное значение для существования жизни на Земле. Этой особенностью являются радиационные пояса Земли.

24
янв 10

Радиационные пояса Земли

Кроме огромного количества лучистой энергии, в атмосферу Земли приходят от Солнца также протоны, заряженные положительно, и электроны, несущие отрицательный электрический заряд. Оба вида частиц взаимодействуют с газами атмосферы и коренным образом изменяют их свойства. Результатом бомбардировки    атмосферы   заряженными частицами является ионизация газов атмосферы. На заряженные частицы, или солнечные космические лучи, несущие очень большую энергию, на подходе к Земле начинает влиять ее магнитное поле.

Характер влияния магнитного поля Земли на заряженные частицы, поступающие в атмосферу, был выяснен во время запуска первых спутников в верхнюю атмосферу. В 1958 г. в магнитное поле Земли, называемое также ее магнитосферой, был запущен спутник Экоплорер-3. С помощью этого спутника был открыт внутренний радиационный пояс Земли. Он представляет собой целую систему поясов, окружающих Землю, существование которых было теоретически предсказано Ван Алленом.

В том же 1958 г. советские ученые открыли так называемый внешний радиационный пояс Земли.

Радиационные пояса имеют форму колец, опоясывающих Землю. По существу они представляют собой области повышенной концентрации протонов и электронов, «захваченных» магнитосферой Земли. Первое такое повышение   концентрации отмечается на высотах 650—800 км. Далее концентрация заряженных частиц уменьшается, а затем снова возрастает, достигая еще одного максимума на. высоте несколько тысяч километров. Интенсивность радиационного пояса начинает резко уменьшаться лишь с высоты около 16 000 км.

Можно выделить Два главных радиационных пояса. Первый простирается до высоты около 4800 км, второй же до высоты не менее 16 000 км. Существование обоих радиационных поясов многократно подтвердили спутниковые исследования, проведенные уже после полета Эксплорера-3.

Радиационные пояса возникают в результате того, что магнитное поле Земли захватывает заряженные частицы. На пути от Солнца к Земле эти частицы попадают в магнитосферу и, следуя вдоль магнитных силовых линий, начинают двигаться по винтообразным траекториям. Поскольку частицы при этом не могут пересекать магнитные силовые линии, они перемещаются в основном от полюса к полюсу. Двигаясь вокруг Земли, электроны несколько отклоняются   к   востоку,   а   протоны к западу. Магнитные поля Солнца и земной атмосферы порождают и другие интересные метеорологические явления, причем некоторые из них для нас гораздо более очевидны, чем существование радиационных поясов. Тем не менее радиационные пояса — одна из самых важных особенностей нашей планеты. Дело в том, что радиационные пояса, улавливая заряженные частицы, не пропускают их к земной поверхности. Если бы эти частицы достигали земной поверхности, общий уровень радиации на поверхности нашей планеты был бы в несколько раз выше, чем теперь. В результате этого на Земле не могла бы существовать жизнь в современных ее формах.

24
янв 10

Полярные сияния

Протоны, излучаемые Солнцем во время вспышек, захватываются магнитным полем Земли. При этом атомы атмосферных газов, взаимодействуя с протонами, возбуждаются. Возбуждение атомов происходит в результате поступления в них дополнительной энергии, которая затем снова излучается — обычно в виде света.

Свет, излучаемый возбужденными атомами атмосферных газов, наблюдатель воспринимает как полярное сияние. Таким образом, полярные сияния, наблюдающиеся в северном и южном полушариях Земли, представляют собой световые явления, вызванные ионизацией газов атмосферы.

В северном полушарии полярные сияния чаще возникают в поясе 65—70° с. ш., на севере Норвегии, в Гренландии, а также в Сибири и на Аляске. Самые интенсивные полярные сияния бывают в толще атмосферы до 480 км. В южном полушарии полярные сияния чаще наблюдаются в Антарктике.

Полярное сияние состоит из множества разноцветных лучей. Когда возбужденные электроны, т. е. поднявшиеся до более высоких орбит, окружающих ядро атома, возвращаются на прежние орбиты, возникает свечение, причем у разных атомов свечение различного цвета. Обычно атомы кислорода дают красные и желтые лучи, атомы азота — оранжевые и фиолетовые. Хотя и кажется, будто полярное сияние начинается от самой поверхности Земли, на самом деле оно чаще наблюдается на высотах от 80 до 960 километров.

Полярные сияния возникают очень часто, но интенсивнее они в периоды повышенной солнечной активности, что совпадает с большим числом пятен на поверхности Солнца. В земную атмосферу тогда от Солнца поступает повышенное количество заряженных частиц и сопровождается увеличением числа и интенсивности полярных сияний.

Существует много разных форм полярных сияний: в виде полос, лучей, дуг, драпри и др.

23
янв 10

Молния

Наиболее известное электрическое явление в атмосфере — молния. Она возникает во время грозы, когда в соседних частях облака или на участках земной поверхности, граничащих с заряженными областями атмосферы, накапливаются электрические заряды. Природа таких зарядов точно еще неизвестна, но, по-видимому, они чаще всего образуются тогда, когда внутри облака создаются сильные восходящие потоки воздуха.

Молния проскакивает как электрический разряд между областью с положительным зарядом и областью с отрицательным зарядом. Одна широко распространенная теория объясняет появление ее следующим образом. В облаках при разбрызгивании крупных капель воды или разрушении кристаллов льда мелкие капельки заряжаются отрицательно, т. е. приобретают избыточные электроны, а более крупные капли — положительно. По мере того как мелкие отрицательно заряженные капельки группируются в центре облака, а более крупные, положительно заряженные, собираются ближе к наружным его. частям, в облаке накапливается электрический заряд.

По другой теории, положительные заряды образуются на ледяных кристаллах в верхней части облака, тогда как в нижней его части вокруг положительно заряженных частиц группируются частицы с отрицательным зарядом. Обычно Земля по отношению к атмосфере заряжена отрицательно; тем не менее отрицательно заряженные части облаков, двигающихся над земной поверхностью, индуцируют на ней отдельные участки с положительным зарядом.

Поскольку воздух — плохой проводник электричества, электрический ток между этими разноименно заряженными   областями   возникает не сразу, а постепенно, по мере того как между облаком и Землей создается очень большая разность потенциалов. Молния же развивается лишь тогда, когда эта разность потенциалов оказывается достаточной для преодоления электрического сопротивления воздуха.

Молния представляет собой искровой электрический разряд между соседними частями облака или между отрицательно заряженной Землей и положительно заряженной центральной частью облака. Хотя большинство молний и возникает внутри облаков, но и на земной поверхности иногда наблюдается стенание заряда с выступающих (острых) предметов; это явление может приносить большой ущерб и быть весьма опасным для объектов, находящихся вблизи таких предметов.

Молния развивается следующим образом. Первый отрицательный заряд — лидер — движется в положительно заряженную область. По проложенному пути проходят несколько более слабых, ступенчатых лидеров. Затем развивается главный канал молнии, по которому переносится положительный заряд — обратный разряд. Главный разряд движется в сторону отрицательно заряженной области, и основная часть электричества протекает по этому «мосту», обусловливая развитие главного канала.

Таким образом, вопреки широко распространенному мнению, молния может не только дважды ударить в одно и то же место, но и сделать это даже несколько раз в пределах одного разряда.

Гром, сопровождающий молнию, возникает в результате выделения огромной энергии во время электрического разряда. При прохождении молнии воздух нагревается до 10 00С°С. Внезапное расширение и затем сжатие воздуха создает раскаты грома, которые мы слышим вслед за молнией.

Тихие электрические разряды в воздухе дают пищу для создания многих легенд. Так, шаровая молния, представляющая собой электрический разряд сферической формы, могла послужить поводом для некоторых сообщений о летающих блюдцах. Двигаясь в воздухе, шаровая молния иногда издает свистящий звук, что усиливает впечатление о ее якобы сверхестественной природе.

Различные формы молнии называются по-разному. Линейная молния представляет собой единичный разряд, ударяющий в Землю. Ленточная молния имеет вид полосы, тянущейся от одного облака к другому. Ветвистая молния имеет много ответвлений от основного канала, а четочная молния образуется из обычной линейной молнии, когда она разрывается на отдельные звенья. Зарница, обычно не сопровождающаяся громом, представляет собой обыкновенное отражение далекой молнии на облачном покрове. Гром при этом не слышен потому, что он возникает на очень большом расстоянии от наблюдателя, который тем не менее может видеть молнию. Однако происхождение и действие этой молнии совершенно такое же, как и у всех других электрических разрядов в атмосфере.

23
янв 10

Важная роль воды

Вода есть на Земле почти повсюду. Океаны, моря, озера, реки, пруды и другие водоемы занимают около 71 % земной поверхности. Текущая вода постепенно размывает почву и горные породы. Вода, содержащаяся в атмосфере,— единственное вещество, которое может находиться там одновременно во всех трех фазовых состояниях: газообразном (водяной пар), жидком (вода) и твердом (лед).

Физические свойства воды делают ее весьма своеобразным поглотителем лучистой энергии. Главная особенность воды, находящейся на земной поверхности, в частности в океанах, заключается в том, что она избирательно поглощает и преобразует огромное количество лучистой энергии, непрерывно поступающей к Земле.

В атмосферу вода поступает в результате испарения с поверхности водоемов. Она выделяется живыми организмами при процессах дыхания и обмена веществ. Наконец, она является побочным продуктом вулканической деятельности, промышленного производства и окисления различных веществ. Потом содержащийся в атмосфере пар, сконденсировавшись, превращается в воду. Пар конденсируется в тех случаях, когда воздух охлаждается путем теплоотдачи или расширения. Сгущение атмосферного водяного пара может происходить и в форме сублимации. Сублимация — это процесс непосредственного перехода вещества из газообразного состояния в твердое, минуя жидкую фазу. Сублимация может идти и в обратном направлении, т. е. вещество переходит из твердого в газообразное состояние.

Любое изменение фазового состояния требует затраты энергии. Например, на таяние льда затрачивается около 80 кал/г. Эта величина называется теплотой плавления. Такое же количество энергии вода выделяет в атмосферу при замерзании. При температуре 100°С, когда вода переходит из жидкого состояния в парообразное, на каждый грамм воды, участвующей в этом переходе, расходуется 540 калорий тепла. Эта величина называется теплотой испарения. При обратном переходе пара в жидкое состояние высвобождается такое же количество тепла, хоторое называется скрытой теплотой. Скрытая теплота представляет собой то количество энергии, которое содержит вода, находящаяся в атмосфере в парообразном состоянии.

Все возможные изменения состояния воды на Земле заключены в понятие «круговорот воды». Этот круговорот представляет собой некий идеализированный процесс. Одно из звеньев круговорота воды в природе — облака, другое—осадки, средняя годовая сумма которых в целом для всей Земли составляет около 100 см. Звеньями круговорота воды являются также испарение и транспирация.

Фазовые превращения воды в разных районах Земли совершаются с разной интенсивностью, о чем говорит, например, распределение осадков по земному шару. Так, если на всей Земле за год выпадает в среднем примерно 100 см осадков, то на сушу попадает лишь около 1/4 этого количества. В пустынях годовая сумма осадков составляет всего несколько сантиметров: в Долине Смерти (США), например, около 4,3 см, а в пустыне Атакама есть районы, в которых вообще никогда не выпадало заметного количества осадков. В самом же дождливом месте на Земле — на горе Вайалеа-ле, Гавайские острова,— ежегодно отмечают примерно 1600 см осадков.

23
янв 10

Свойства чистой воды

Вода обладает одним из самых высоких значений удельной теплоемкости среди других веществ на Земле. Поэтому водные массы нагреваются и охлаждаются гораздо медленнее, чем суша. В результате более медленного нагревания и охлаждения воды, возникают большие контрасты температуры между водоемами и соседними участками суши.

Тепло, содержащееся в водоемах, в большой мере определяет температуру приводного слоя воздуха. Обычно в течение всего года температура воздуха над водоемом и температура воздуха над прибрежными районами суши сильно различаются.

Количество лучистой энергии, поглощаемое сушей и водоемами, весьма различно. На суше, обладающей большой плотностью, тепло распространяется лишь на незначительную глубину. Океаны же более «прозрачны» для поступающей к ним лучистой энергии. Солнечная радиация за очень короткое время проникает в глубь морской воды на несколько метров. Из наблюдений известно, что в океанах дневной свет распространяется даже на несколько сотен метров вглубь. Однако нас в первую очередь интересует первичное поглощение солнечной радиации, происходящее в верхнем слое воды толщиной несколько метров.

Распространение тепла в глубь океана поддерживается также конвекцией — процессом, не имеющим места в почве. Конвекция обусловливает быстрое перемешивание воды. Масштабы конвекции могут быть самыми разными: от мелких местных вихревых движений воды до огромных, охватывающих целые акватории.

Испарение с поверхности океанов происходит непрерывно и сопровождается таким большим расходом тепла, какого никогда не бывает на суше. Испарение же с почвы изменяется от сезона к сезону и зависит от количества воды, содержащейся в этой почве.

Тепло, накапливаемое в океанах, может в течение всего года передаваться атмосфере и подогревать приводный слой ее. Одновременно происходит и увлажнение этого слоя.

Но значительную часть накопленного тепла океан сохраняет, так как его удельная теплоемкость велика.

23
янв 10

Химические свойства воды

Общеизвестно, что молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Однако атомы, составляющие ее, расположены весьма своеобразно. Оба атома водорода, окружающие атом кислорода, находятся под углом 105° относительно друг друга. Это делает молекулу воды биполярной. Так происходит потому, что электроны атомов водорода, взаимодействующие с атомом кислорода, придают той стороне молекулы воды, на которой находятся водородные атомы, положительный заряд, тогда как та сторона, на которой лежит атом кислорода, заряжается  отрицательно.

Вследствие биполярности молекулы воды объединяются в крупные группы — противоположные заряды разных сторон молекул создают взаимное притяжение. Между соседними молекулами воды возникает сильная связь, называемая водородной связью. Чтобы разорвать эту связь, необходима весьма большая энергия. Именно поэтому вода имеет большую теплоемкость.

Вследствие биполярности молекул вода имеет более высокую температуру кипения, чем можно было бы ожидать. Если бы не было водородной связи, температура кипения составляла бы —80° С. Тогда в обычных условиях вода не могла бы находиться в жидком состоянии. На самом же деле эта очень устойчивая жидкость принадлежит к числу немногих веществ на нашей планете, которые в самых обычных условиях могут находиться в твердом, жидком и газообразном состоянии. Так, в некоторых облаках возможны одновременно все три   фазы   воды.

Вода также почти идеальный, один из самых универсальных растворителей. За достаточно продолжительное время в ней растворяется больше веществ, чем в каком бы то ни было другом растворителе. Сток воды по поверхности суши ежегодно выносит в моря до 50 миллионов тонн различных веществ.

Такая особенность воды, как расширение при замерзании, отличает ее от большинства других веществ, которые в этих условиях сжимаются. Вода же сжимается при понижении ее температуры тол'.ко до 4°С. При этой температуре молекулы воды «упакованы» плотнее, всего. При дальнейшем понижении температуры воды ее молекулы не могут более уплотняться, расстояние' между ними начинает увеличиваться и вода расширяется. Поэтому плотность льда меньше плотности воды: дистиллированной — приблизительно на 1/9, соленой морской — на 1/7. Более легкий лед плавает по поверхности воды. Можно себе представить, что случилось бы, если бы дело обстояло противоположным образом, т. е. если бы вода в водоемах начинала замерзать от дна. С наступлением зимы озера и другие водоемы постепенно полностью переходили бы в твердое состояние и все живое в них — по крайней мере большинство организмов, живущих в воде,— погибало бы. Мы же знаем, что очень многие живые организмы могут жить под льдом и легко выживают до следующего летнего сезона. Если бы каждую зиму вся вода на Земле замерзала, то вряд ли на ней могла бы зародиться жизнь.

Морская вода значительно отличается от 1 химически чистой воды, что связано со свойствами множества растворенных в ней примесей. Известно не менее 49 химических элементов, содержащихся в морской воде. Приблизительно 35% общего веса морской воды приходится на различные растворенные в ней минералы. Масса веществ, растворенных в морской воде, называется ее соленостью ( в действительности соленость несколько, меньше количества растворенных минералов, однако различие между ними столь мало, что нет надобности здесь на этом останавливаться).

Соленость воды зависит от географических условий, но можно все же сказать, что в среднем она составляет примерно 35 частей растворенного вещества на каждые 1000 частей чистой воды. Этот результат записывается в таком виде: 350/00. Самые распространенные вещества, содержащиеся в морской воде в ионизированном состоянии,— хлориды натрия (NaCl) и калия (КСl), а также сульфат магния (MgS04).

Под влиянием ряда факторов соленость морской воды различна на разных широтах. Например, в тех районах, где впадающие в океан реки приносят сравнительно чистую воду, в частности, в полярных областях, где к тому же и скорость испарения невелика, морская вода быстро разбавляется и соленость ее может снижаться до 33 промилей. В тропических же широтах, где рек меньше, а испарение велико, соленость возрастает до промилей.

Температура поверхности моря на земном шаре колеблется в пределах от —1,6 до 30°С. Значение —1,6°С может на первый взгляд показаться странным, но оно вполне реально и объясняется тем, что растворенные минералы понижают температуру замерзания морской воды. Морская вода не замерзает, пока ее температура не достигнет приблизительно —2°С.

Плотность морской воды также отличается от плотности дистиллированной воды. Масса морской воды в единице объема составляет примерно 1,2 г/куб см, тогда как у дистиллированной воды она равна  1 г/куб см. Плотность морской воды непосредственно зависит от ее солености и косвенно — от ее температуры.

Интенсивное испарение и увеличивающаяся при этом соленость повышают плотность воды сильнее, чем это делает понижение ее температуры. Различие плотности соседних водных масс—одна из главных причин возникновения морских течений. Более плотная, а особенно еще и более холодная вода стремится опускаться на дно водоема.

Температура воды влияет также на ее способность поглощать некоторые газы атмосферы. При высокой температуре из воды выделяются такие газы, как кислород, и поэтому содержание кислорода в теплой воде уменьшается.

23
янв 10

Водяной пар в воздухе

Молекулы жидкости всегда находятся в движении, причем некоторые могут прорываться через поверхность жидкости и уходить в воздух. Молекулы же пара могут возвращаться из воздуха в жидкость. Когда температура жидкости повышается, число покидающих ее молекул становится больше числа возвращающихся, т. е. происходит испарение жидкости. Понижение же температуры замедляет переход молекул жидкости в воздух и вызывает конденсацию пара. Поэтому количество водяного пара, поступающего в воздух, зависит главным образом от температуры воды и от площади водоема, соприкасающейся с воздухом.

Когда водяной пар поступает в воздух, он, как и все другие газы, создает определенное давление, называемое парциальным. Оно выражается в миллибарах или в каких-либо других единицах давления. По мере того как молекулы воды переходят в воздух, давление пара в воздухе увеличивается. Когда достигается равновесие между числом молекул, покидающих воду и возвращающихся в нее, пар становится насыщенным. Если температура воздуха продолжает увеличиваться, то для поддержания насыщенного состояния пара число молекул, поступающих в воздух, также должно увеличиваться, если, конечно, жидкость еще имеется.

Давление пара служит мерой для другой величины, также выражающей количество пара, содержащегося в воздухе, и называемой абсолютной влажностью. Абсолютная влажность представляет собой массу водяного пара, содержащегося в единице объема воздуха. Обычно ее выражают в граммах на кубический метр.

Более распространенной характеристикой содержания пара в воздухе является относительная влажность, значения которой сообщаются в ежедневных сводках погоды. Она представляет собой отношение количества пара, фактически содержащегося в воздухе, к количеству насыщенного пара при данной температуре и выражается в процентах. При относительной влажности, равной 100%, пар становится насыщенным и дальнейшее охлаждение воздуха вызывает конденсацию пара. Температура, при которой пар становится насыщенным, называется точкой росы. Это та температура, при которой обычно начинается конденсация пара. Если воздух охлаждается, но при достижении температуры точки росы и еще более низкой конденсация пара все же еще не начинается, то говорят, что пар становится пересыщенным.

Для характеристики содержания пара в воздухе используется также удельная влажность. Она представляет собой массу водяного пара, приходящуюся на единицу массы сухого воздуха. Обычно ее выражают в граммах пара на 1 кг сухого воздуха.

22
янв 10

Испарение и конденсация

Большая часть водяного пара поступает в атмосферу с поверхности морей и океанов. Особенно это относится к влажным, тропическим районам Земли. В тропических широтах испарение превышает количество выпадающих осадков. В высоких широтах имеет место обратное положение. В целом же по всему земному шару испарение и количество осадков примерно одинаковы.

Испарение регулируется некоторыми физическими свойствами местности, в частности, температурой поверхности воды в крупных водоемах и преобладающей здесь скоростью ветра. Когда над водной поверхностью дует ветер, он относит в сторону увлажнившийся воздух и заменяет его свежим, более сухим. Чем сильнее ветер в данном районе, тем быстрее меняется воздух и тем интенсивнее идет испарение.

Конденсируется водяной пар легче всего тогда, когда относительная влажность воздуха достигает 100%- Если в ночные часы поверхность Земли и наземных предметов выхолаживается путем теплопроводности, то на них может начаться конденсация водяного пара из воздуха (осаждение). Поэтому на таких поверхностях ночью выпадает роса. Однако появление капель росы может усиливаться, если в атмосфере есть мельчайшие частички различных примесей. При отсутствии таких «ядер конденсации», т. е. в очень чистом воздухе, относительная влажность может достигать нескольких сотен процентов.

Если же ядра конденсации в воздухе есть, то конденсация может начаться даже при относительной влажности менее 100%. Ядра конденсации способствуют образованию капель воды. Это объясняется тем, что некоторые ядра гигроскопичны, т. е. имеют химическое сродство* с водой.

Такими ядрами могут быть, в частности, частички оолей, частицы пыли, сажи, дыма, вулканического пепла, частицы, выбрасываемые в воздух промышленностью.

Вопреки широко распространенному, но все же неправильному представлению, конденсация водяного пара в атмосфере далеко не всегда заканчивается выпадением осадков.

В каждый момент любого среднего дня до 50% небосвода над нашей планетой покрывают облака, но лишь из очень небольшой части этих облаков и в очень немногих районах выпадают осадки.

22
янв 10

Образование осадков

Образование частиц осадков, правильнее называемых гидрометеорами, представляет собой весьма сложный процесс. Различные исследователи предлагают несколько теорий, пытающихся объяснить этот процесс.

Часто думают, что при температуре 0°С вода обязательно переходит в твердое состояние. Это отнюдь не так! Чистая вода действительно обычно замерзает при температуре 0°С, однако температура эта характеризует все же лишь то состояние, при котором лед начинает таять. В атмосфере же температура воздуха часто опускается значительно ниже 0°С, а водяной пар остается паром и не переходит в лед. Чистая вода тоже может охлаждаться до температуры ниже 0°С и не замерзать, может оставаться и парообразной при столь низкой температуре. Водяной пар и вода при температуре ниже точки таяния льда и вплоть до — 40°С могут переохлаждаться и сами по себе не переходить в кристаллы льда. Только при температуре —40°С вся вода наконец переходит в ледяные кристаллы.

Однако переохлажденный водяной пар способен легко переходить в лед, если имеется какая-либо «подложка», на которой он может образовать пленку льда. Этому быстрому образованию льда также способствуют ядра конденсации. Летчики обнаружили, что водяной пар нередко намерзает на самолетах, пролетающих через переохлажденный воздух. Автомобили, двигающиеся в таком воздухе, тоже часто покрываются коркой льда.

Самой распространенной теорией, объясняющей образование капель дождя, является теория Бержерона. Хотя теория эта со временем изменилась, все же в основе ее лежат представления Бержерона. Бержерон предположил, что ледяные кристаллы, образующиеся в переохлажденных облаках, сами служат ядрами конденсации для водяного пара. Водяной пар конденсируется на них быстрее, чем на любых - других ядрах. Поэтому переохлажденные облака некоторое время могут быть смешанными, т. е. содержать одновременно переохлажденную воду, лед и водяной пар.

Ледяные кристаллы постепенно сублимируют на себя окружающий водяной пар. Когда почти весь этот пар окажется сублимированным, образуется некое снегообразное вещество. Этот снег начинает падать и, встретив по пути, в нижних слоях атмосферы, более теплый воздух, тает— так образуется дождь.

Теория Бержерона содержит несколько удачных моментов. Но все же она не отвечает полностью на вопрос о том, каким образом возникает дождь. Например, дождь, который випадает из теплых тропических облаков, отнюдь не являющихся переохлажденными. По-видимому, в таких облаках мелкие капельки в результате столкновения друг с другом и слияния вырастают до размера крупных дождевых капель, становятся неустойчивыми и начинают падать. Падая, они разрушаются и образуют новые мелкие дождевые капли.

При микроскопических исследованиях в осадке от испарившихся дождевых капель обнаружено большое число ядер конденсации, которые   играют   очень   важную   роль в процессе образования осадков. Число ядер конденсации над открытым морем может составлять менее 100 в кубическом сантиметре воздуха, в то время как над промышленными центрами —несколько сотен тысяч, что и вызывает здесь увеличение количества осадков.