ГРОЗЫ И БУРИ

ГРОЗЫ И БУРИ

Н. В. КОЛОБКОВ Кандидат технических наук

В

Сюду нас окружает воздух. Он покрывает Землю слоем толщиной во много километров. В этой воз­душной оболочке Земли, или, как говорят, в её атмосфере разыгрываются многообразные природные явления — грозные и величественные, могущественные и стихийные.

Раньше, когда человек не имел достаточных знаний о природе, все подобные, загадочные на первый взгляд, явления вызывали у людей страх. Люди преклонялись перед неведомыми могущественными силами природы, обожествляли их, придумывали им объяснения. Наивны были такие «объяснения» различных атмосферных явле­ний. Так, наши предки — древние славяне — думали, что на небе сидит бог — громовержец Перун; гневаясь на лю­дей, он поражает их огненными стрелами — молниями.

Наблюдая необыкновенные морские смерчи, многие люди прошлых веков верили в существование морских чу­довищ — драконов и змей.

Постепенно растущее знание разбило невежествен­ные представления людей о грозных явлениях атмосферы. Бури и грозы нашли себе простое, естественное объяс­нение.

Много веков церковники поддерживали у народа веру в то, что бури и грозы с градобитием вызываются злыми демонами с помощью колдунов и ведьм. Тысячи невин­ных людей были сожжены по приговору церковных судов за то, что якобы они вместе с бесами насылали на своих соотечественников грозы и бури.

Невежество, нелепые суеверия шли рука об руку с ре­лигиозными предрассудками.

Изучая различные природные явления, учёные нашего времени не только объясняют природу этих явлений, но и находят способы их научного предвидения, а также оты­скивают средства защиты от стихийных явлений.

В нашей книжке рассказывается о природе и проис­хождении грозных атмосферных явлений — гроз, ливней д бурь.

1. ГРОЗЫ

К

То из нас не был очевидцем гроз, нередких в наших широтах. Долгое время на небе не показывается ни облачка; стоит сильная жара, в воздухе душно. Но вот небо начинает покрываться тёмными облаками, быстро идущими обычно с юга или запада. На горизонте, а ино­гда и недалеко от нас возникает огромная мрачная туча (рис. 1); слышен отдалённый гром. В природе всё

ГРОЗЫ И БУРИ

Рис. 1. Грозовые облака.

Затихло. Вот уже солнце закрылось передним слоем об­лаков, становится всё темнее и темнее. Наконец, стало так темно, что хоть зажигай свет. Туча над нами.

_При оглушительных ударах грома налетает буря, гнёт и ломает деревья, идёт проливной дождь. Вместо удушливой жары наступает прохлада.

Недолго длится непогода; гроза ослабевает, прогля­дывает солнце, и в воздухе разливаются запахи цветов и зелени. Как легко дышать! Вся природа как бы отды­хает, успокоенная.

Хорошо описаны явления гроз у таких великих худож­ников слова, как Пушкин, Толстой, Тургенев, Горький!

Почему же возникают грозы? Откуда берётся такое громадное количество энергии?

Летом мы почти каждый день можем наблюдать обра­зование белых, похожих на хлопья ваты, облаков: их на­зывают кучевыми облаками. Возникают эти облака утром, когда Солнце уже значительно прогреет землю и тёплые струйки воздуха начнут восходить вверх, созда­вая на полях лёгкое «дрожание» воздуха, заметное на расстоянии. Вспомните, как летом, в жаркий безветрен­ный день вдали, на горизонте, все предметы кажутся дрожащими. Это и объясняется как раз тем, что от со­гретой солнцем земли кверху беспрерывно поднимаются струи тёплого воздуха.

Солнечное тепло почти не согревает воздуха непосред­ственно; оно падает на поверхность Земли и нагревает её. А от нагретой земной поверхности согревается и воз­дух. При этом почва отдаёт нагретому воздуху часть своей влаги и он несёт невидимый для глаза водяной пар в более высокие слои атмосферы.

Всё сильнее нагревает жаркое летнее солнце землю, всё больше нагретых воздушных струй уходит кверху. Всё. выше над землёй поднимаются струи нагретого воз­духа.

Постепенно из отдельных струй образуется более мощ­ный поток нагретого воздуха. Как от корней дерева с многочисленными ответвлениями мы переходим к стволу дерева, так и здесь из мелких, разрозненных вначале струек возникает обширный поток воздуха, устремляю­щийся вверх. Поднимаясь вверх и попадая в более раз­режённые слои, нагретый воздух начинает расширяться и благодаря этому охлаждаться.

Отчего это происходит?

Вспомните, как нагревается велосипедная шина, когда вы накачиваете её воздухом. Это происходит благодаря тому, что в камере велосипедной шины воздух сильно сжимается. А сжимаясь, любой газ нагревается. Наобо­рот, когда газ расширяется, он отдаёт на «работу расши­рения» своё тепло и становится более холодным.

На некоторой высоте — она зависит от того, каковы температура и влажность у земли — воздух охлаждается до такой степени, что часть водяного пара, находящегося в нём, сгущается в виде мириадов мельчайших капелек и становится видимой. Ведь чем меньше нагрет воздух, тем меньше в нём может содержаться воды в виде пара. Например, при температуре в 20 градусов тепла в каж­дом кубическом метре воздуха может находиться до 17 граммов воды в виде водяного пара. Но если такой нагретый воздух охладится до 0 градусов, то в нём может содержаться воды в парообразном состоянии уже не бо­лее 5 граммов. Вся «лишняя» влага в этом случае пре­вращается в мельчайшие капельки воды, или, как гово­рят, конденсируется[9]).

В небе появляется лёгкий клочок облачка, хорошо ви­димый с земли. Но снизу продолжают поступать всё но­вые и новые потоки нагретого воздуха с запасами водя­ного пара. Облачко разрастается, принимает куполообраз­ную форму и вскоре становится настоящим кучевым облаком.

Кучевые облака больше всего развиваются днём, когда в нагретом воздухе много водяного пара. В жаркую по­году такие облака могут достигать значительных разме­ров. Ослабевает нагрев земли и кучевые облака начинают уменьшаться, постепенно таять, а к вечеру и совсем про­падают. Такие кучевые облака называются облаками хо­рошей погоды.

На испарение влаги всегда затрачивается огромное количество тепла. Это тепло выделяется, когда пар пре­вращается в мельчайшие капельки, образующие облако. Эта теплота называется скрытой теплотой ис­парения.

Скрытая теплота испарения играет огромную роль в развитии кучевого облака и превращения его при опреде­лённых обстоятельствах в грозовое. Большую роль играет здесь и понижение температуры с высотой. В свободной атмосфере круглый год температура понижается с вы-

Сотой; это понижение обычно составляет 6 градусов на каждый километр подъёма. В силу этого на больших высотах целый год стоят сильные морозы; они не исче­зают даже летом. Если в нижних слоях воздуха очень тепло или даже жарко, то восходящий поток при­ведёт к образованию весьма мощного облака. Дело в том, что восходящий поток воздуха, охлаждаясь по мере подъёма, может стать тяжелее окружающих слоёв, и тогда его подъём прекратится: облако перестанет, расти и останется маленьким кучевым. Так обычно и бы­вает при хорошей, умеренно тёплой погоде. Но совсем другое происходит, когда стоит жара и в воздухе много влаги, когда, как говорят, «парит». В этом случае мощ­ный поток восходящего воздуха, добравшись до высот 1500—2000 м., образует большое облако (рис. 2). Сгу­щающийся водяной пар начнёт выделять скрытую теп­лоту, восходящий поток останется теплее окружающих слоёв воздуха, облако будет расти и, наконец, превра­тится в грозовое.

Вот почему грозы и бывают в жаркие летние дни, и тем сильнее, чем жарче погода.

Грозовое облако (туча) может иметь несколько кило­метров в толщину (иногда до 10!) и походить издали на горные вершины, покрытые снегом. Ни один луч солнца не пройдёт через такую облачную громаду. По­этому облако кажется снизу синим, если солнце освещает его со стороны, и совсем тёмным, если оно над ним. Вер­шина облака, освещённая солнцем, настолько сильно отражает лучи, что на неё больно смотреть, и она ка- жется ослепительно белой.

Грозовое облако не может расти беспредельно. Мель­чайшие капельки воды в нижней части облака и ледяные кристаллы в верхней его части, где господствуют уже сильные морозы, растут, соединяются и укрупняются, и скоро восходящий поток, питающий облако, будет уже не в состоянии поддерживать их, и капельки понесутся вниз, всё более и более укрупняясь от слияния.

Сначала упадёт одна капля на землю, за ней дру­гая, и тут же начинается крупный дождь, а затем и ливень.

Вот облако прорезала первая молния, затем вторая. Низвергающиеся потоки воды вызывают внизу сильное

Уплотнение воздуха; он стремится раздаться в разные стороны, опережает облако и вызывает такой ветер, ко­торый может перейти в бурю. Гроза в полном разгаре!

ГРОЗЫ И БУРИ

Рис. 2. Мощноз кучевое облако.

Если на высотах, где образовалось грозовое облако, нет сколько-нибудь значительного ветра, то гроза разра­зится совсем неподалёку от места возникновения.

При ветре на высотах грозовая туча разразится да­леко от места возникновения, и само явление будет более

А

Кратковременным, чем в первом случае, но зато ливнем будет захвачен больший район.

Когда гроза проходит над местом наблюдения, прямо «над головой» удар грома следует за ударом, когда при ураганном ветре и ливне темнеет, как ночью, это явление производит сильное впечатление.

Лишь в городах, в больших каменных зданиях, мы не ощущаем силы грозы, а опустившись в тоннель метро, мы вообще ничего не услышим и не увидим.

Величественная сила грозы приводила в ужас наших предков, плохо защищённых от непогоды. Не умея объяс­нить явления грозы и не будучи в состоянии бороться с ней, люди считали грозу проявлением могущественной силы божества, наказывающего людей «за грехи». Древ­ние славяне чтили бога Перуна — творца молнии. Глав­ным богом у древних греков был Зевс-громовержец.

Пытливые люди издавна стремились выяснить природу грозного атмосферного явления — молнии. Откуда бе­рутся в воздухе такой жар и такая сила?

Уже давно было замечено, что если потереть кусок затвердевшей смолы — янтарь — шерстью, он начинает притягивать к себе различные лёгкие предметы. Такое же свойство приобретают и другие предметы, например стекло или гребешок из пластмассы, если их натереть ме­хом или шёлком. В этих случаях тела наэлектризо­вываются, приобретают электрический за­ряд.

Если наэлектризовывать гребешок, расчёсывая им су­хие волосы, то в темноте можно видеть вспыхивающие с лёгким треском голубоватые искорки, похожие на ми­ниатюрные молнии.

В середине XVIII века изучением атмосферного элек­тричества много занимался наш великий соотечественник М. В. Ломоносов.

Ломоносов получал электричество, натирая куском кожи или сукна вращающийся стеклянный шар. Когда шар приобретал электрический заряд, то стоило к нему приблизить руку, как между рукой и шаром проскакивала с треском маленькая электрическая искра — происходил электрический разряд.

Для изучения атмосферного электричества Ломоносов вместе со своим другом Г. Рихманом устроил «громовую
машину». На крыше дома на деревянном шесте он укре - пгл железную стрелу (рис. 3). От стрелы шла в комнату

Рис. 3. «Электрическая стрела» на доме, где жил М. В. Ломоносов.

подпись: 
рис. 3. «электрическая стрела» на доме, где жил м. в. ломоносов.
Железная проволока. К концу проволоки были подвешены железная линейка и шёлковая нитка. Когда проходи­ла грозовая туча, же­лезная линейка так за­ряжалась атмосферным электричеством, что из неё можно было из­влекать электрические искры.

Такие опыты были, однако, далеко небезо­пасны: летом 1753 года во время сильной гро­зы Рихман был убит у своей громовой маши­ны молнией.

Опыты Ломоносова с громовой машиной показали, что природа громадной ослепитель­ной молнии и малень* ких электрических искр, получаемых от наэлек­тризованного стеклян­ного шара, одна и та же.

Взгляды на природу молнии великий учёный изложил в своём известном стихотворении «О пользе стекла». В нём он писал:

«Вертясь, стеклянный шар дает удары с блеском,

С громовым сходственный сверканием и треском... ...Внезапно чудный слух по всем странам течет,

Что от громовых стрел опасности уж нет,

Что та же сила туч гремящих мрак наводит,

Котора от стекла движением исходит;

Что зная правила, изысканны стеклом,

Мы можем отвратить от храмин наших гром.

Единство оных сил доказано стократно...»

М. В. Ломоносов предложил сооружать для защиты зданий от молнии громоотводы, или, как их правильнее называть, молниеотводы, в виде высоких заострённых железных шестов, уходящих своим нижним концом глу­боко в землю. Шест «должен стоять на пустом месте, в ко­торое бы гром бил сколько хочет»; «...такие стрелы на местах, от обращения человеческого по мере удаленных,— писал великий учёный,— ставить за небесполезное дело почитаю, дабы ударяющая молния больше на них, нежели на головах человеческих и на храминах, силы свои из­нуряла».

Когда в различных странах стали появляться первые молниеотводы, церковники повели против них ожесточён­ную борьбу. Установка молниеотводов на зданиях была объявлена «святотатством». Удар молнии — это «божья кара», говорили церковники, и «грешно» отводить от себя эту кару!

Изучение различных проявлений атмосферного электри­чества позволило нам выяснить происхождение молнии.

Оказывается, земной шар и окружающая его атмо­сфера являются как бы большим хранилищем электриче­ства. При этом земная поверхность большею частью за­ряжена отрицательным электричеством (как известно, электрические заряды бывают двух родов — отрицатель­ные и положительные), а отдельные части грозового об­лака заряжаются как положительным, так и отрицатель­ным электричеством.

Электричество одного рода притягивает к себе элек­тричество другого рода; поэтому, если грозовое облако заряжено отрицательно, а, скажем, дерево или крыша дома — положительно (рис. 4), то оба электричества стремятся притянуться друг к другу. Но воздух является плохим проводником электричества и препятствует соеди­нению электричества противоположных знаков. Это про­исходит, однако, до тех пор, пока в грозовом облаке не накопится достаточно большой электрический заряд. Тогда воздух уже не сможет препятствовать проскакиванию электрических искр и происходит сильный электрический разряд атмосферного электричества — молния.

Такой разряд представляет собой электрический ток огромной силы; сила тока, которым мы пользуемся для электрического освещения, гораздо меньше.

Так как воздух — плохой проводник электричества, то естественно, что молния стремится ударить в какой-либо высокий предмет — дерево, шест и т. д. В этом случае слой воздуха между тучей и предметом на земле меньше. Кроме того, молния скорее ударяет в железные предметы,

ГРОЗЫ И БУРИ

Рис. 4. Распределение электричества в грозовом облаке и в наземных предметах.

Чем в деревянные. Объясняется это тем, что металл — хороший проводник электричества: по нему электричество из тучи легко уходит в землю. По этой же причине молния чаще ударяет в землю в сырых местах — у берегов рек и болот во влажную почву. Поэтому-то молниеотводы и устраиваются чаще всего так: металлический прут — мол - ниеприёмник — укрепляют высоко над землёй и соеди­няют его железной проволокой с землёй (рис. 5).

Как же накапливается электричество в туче?

Накопление электричества в грозовом облаке проис­ходит главным образом за счёт разбрызгивания дожде­вых капель восходящим потоком воздуха, который питает грозовые облака (см. стр. 5). Дело в том, что в каждой капле дождя имеется электричество; при этом оно рас­пределено в ней так, что в центре капли находится поло­жительное электричество, а равное ему отрицательное электричество располагается на поверхности капли (рис. 6). Сильные завихрения в облаке дробят каплю на части. Отколовшиеся наружные частички несут в себе уже отрицательный заряд, а оставшееся ядро капли — поло­
жительный. Таким образом, та часть грозового облака, где скапливаются крупные капли, заряжается положительным электричеством. Так происходит разделение зарядов и на­копление электричества в облаке за счёт работы ветра. Чем сильнее ветер, тем скорее и больше облако заря­дится электричеством.

Рис. 5. Молниеотвод на доме.

подпись: рис. 5. молниеотвод на доме. ГРОЗЫ И БУРИТакова современ­ная теория образова­ния электрических зарядов в воздухе. Очень близкая к этому теория накоп­ления атмосферного электричества была чётко высказана ве­ликим Ломоносовым ещё в 1753 году. В том году он высту­пил на заседании Академии Наук с со­общением, которое

ГРОЗЫ И БУРИ

Рис. б. Так распреде­ляем электричество в дождевой капле.

Называлось «Слово о явлениях воздушных, от Електри - ческой силы происходящих». В этом сообщении Ломоно­сов развил теорию образования в воздухе электричества, гениально предвосхитив современную теорию образова­ния атмосферного электричества.

Он, как и учёные нашего времени, считал, что образо­вание атмосферного электричества происходит благодаря движению вертикальных воздушных потоков.

Молнии бывают разных видов.

Плоская молния имеет вид обшей вспышки поверх­ности облаков (рис. 7). Она может быть искровой мол­нией, невидимой за облаками, но может быть и разрядом в виде мерцающего света. Грозы с плоскими молниями относятся к числу слабых.

ГРОЗЫ И БУРИ

Рис. 7. Плоская молния.

Линейная молния представляет собой огромную электрическую искру в несколько километров длиной, весьма извилистую и с многочисленными отростками (рис. 8). Эта молния похожа на реку с притоками, изо­бражённую на географической карте. Линейная молния отличается от других особенно большой силой и при па­дении на строения вызывает пожары, сокрушает и рас­щепляет большие деревья, а иногда и поражает людей. Её называют «зажигательной молнией».

Чёточная молния выглядит светящейся пунктир­ной линией на фоне облаков или идущей от облаков к земле (рис. 9). Такая форма молнии редка.

Наиболее замечательной, редкой и загадочной формой молнии является шаровая молния. Она представляет собой круглую или грушевидную светящуюся массу вели­чиной с кулак, голову, а иногда и более — до нескольких метров в диаметре (рис. 10)! Шаровая молния движется

С умеренной скоростью, так что глазами легко проследить за её движением. Она может даже некоторое время оста­навливаться, шипя и выбрасывая искры. Иногда шаровая молния исчезает бесследно, иногда же разрывается со страшным треском; были случаи разрушений.

ГРОЗЫ И БУРИ

Рис. 8. Линелная молния.

Очевидец, преподаватель С. так описал шаровую мол­нию: в городе Сумы Харьковской области в тихий вечер перед грозой вдали внезапно появился как бы голубой светлячок или слабо мигающая лампочка. Светлячок медленно двигался с востока на запад, прямо от реки Псёл, закрытой от глаз лесом, двигался из низины на возвышенность; движение всё ускорялось; с момента лее, когда молния вышла из-за левого угла одноэтажного дома (на высоте крыши), быстрота шара, казалось, стала такой, как у обычной молнии. Размер её — с детский мяч. Замеченный вначале как голубой, этот шар перешёл в золотистый и таким поразил усадьбу одного крестья­нина в 3Д километра от нашего дома. Разряд — как взрыв снаряда. При осмотре пострадавшей усадьбы выяснилось, что молния угодила в трубу ещё горячей после топки русской печи, расщепила её, не развалив, и фасад её изрешетила неглубокими дырочками — как бы оспенными ямочками величиной с крупную дробь. Люди, ужинавшие за столом, не пострадали — только были оша­рашены, оглушены. Сарай во дворе со скотом сгорел, как и самая изба. Ни грозы, ни бури, ни порыва ветра после описанного явления не случилось.

ГРОЗЫ И БУРИ

Рис. 9. Неточная молния.

Описанный случай и многие другие определённо ука­зывают на необходимость, для предохранения от шаровой молнии, перед началом грозы закрывать окна, двери, печные трубы с тем, чтобы не было «сквозняков» и вообще движения воздуха в помещении. Шаровая молния исполь­зует при движении малейший ток ветра, малейшую щель, чтобы проникнуть внутрь здания.

Шаровую молнию многократно хотели объяснить как оптический обман; однако теперь существуют фотографии этого редкого явления, так что в его истинном существо­вании можно не сомневаться. Полного объяснения шаро­вой молнии ещё не найдено. Конечно, ничего сверхъесте­ственного в шаровой молнии нет. Она представляет собой тот же электрический разряд и появляется обычно вслед за линейной молнией, но пока не ясно, при каких именно условиях возможно возникновение этой необычной молнии.

Как и всякая электрическая искра, молния сопровож­дается звуком. Огромной силе молнии соответствует столь же сильное звуковое явление — гром.

Электрический разряд в атмосфере — молния — про­исходит в короткие доли секунды. При этом воздух, в ко­тором проскакивает молния, мгновенно и очень сильно

ГРОЗЫ И БУРИ

Рис. 10. Шаровая молния (с картины художника).

Нагревается. От этого нагревания воздух сильно расши­ряется, а затем, быстро охлаждаясь, резко сжимается. Такое быстрое расширение воздуха, напоминающее собой взрыв, и последующее за ним резкое сжатие охлаждён­ного воздуха и вызывают в воздухе сильные звуковые ко­лебания — гром.

Падающие на землю молнии производят гул, часто подобный пушечному выстрелу, иногда с довольно про­должительными раскатами, но всегда заканчивающийся глухим тяжёлым ударом. По этому признаку можно су­дить о характере разряда и легко отличить его от грома молнии, проскочившей между облаками.

Раскаты грома зависят от многих причин. Во-первых, от того, что молнию мы видим в то же мгновенье всю одновременно, а звук, проходящий расстояние в одну

2

17

подпись: 17Грозы и бури
треть километра в секунду, дойдёт до нашего уха посте­пенно, сначала от ближайшего к нам участка молнии, а затем от более удалённого. Прц длине молнии в 10 кило­метров раскаты грома могут продолжаться 30 секунд. Во-вторых, раскаты грома являются следствием эхо—■ отражением звука от облаков, домов, почвы, воды и пр. Влияние этих причин усложняется одновременным появ­лением нескольких молний и их разветвлениями.

Заметив молнию и сосчитав число секунд до прихода грома, можно определить расстояние до грозы. Допустим, что промежуток между молнией и громом равнялся 24 се­кундам. Так как звук проходит треть километра в се­кунду, то расстояние до грозы в нашем примере равно

24Х-у=8 километрам. Дальность слышимости грома

В общем невелика и составляет 18—20 километров, а в отдельных случаях до 30 километров. Артиллерийская стрельба слышна на значительно больших расстояниях.

Принято считать грозу близкой, если промежуток между молнией и громом не превосходит 10 секунд. Если этот промежуток больше, то гроза относится к отдалён­ным. Молния без грома называется зарницей. Зарница —- это отблеск молнии отдалённой грозы. Где-то далеко, километров за 150—200, бушует гроза, а у вас тихо и вы только наблюдаете это красивое явление.

ГРОЗЫ И БУРИ

СМЕРЧИ И ТРОМБЫ

Оесколько месяцев назад, летом 1949 года, в «Правде» “ промелькнуло сообщение об одном необычном яв­лении природы. В одном районе Новой Зеландии во время ливня в 18 километрах от морского берега …

ШКВАЛЫ

ОЛ марта 1878 года в Англии на одной из пристаней встречали прибывающий из дальнего плавания фре­гат «Эвридик». Уже более двух недель стояла отврати­тельная погода: дули холодные пронзительные ветры, шёл дождь …

МЕСТНЫЕ БУРИ

Н А севере Африки находится огромная пустыня Са­хара. Здесь часты сильнейшие песчаные бури — са­му м ы. «Самум» — арабское слово, оно обозначает «от­равленный», «ядовитый». Рис. 25. Самум. Тучи раскалённого …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.