Радуга — одно из самых красивых явлений природы, и люди уже давно задумывались над ее природой. Даже Аристотель, древнегреческий фи­лософ, пытался объяснить причину радуги.
Солнечный луч или обычный луч белого света в действительности является сочетанием всех цве­тов. Ты, наверное, замечал, что происходит, ког­да луч света попадает на скошенный краешек зеркала или на поверхность мыльного пузыря. Белый луч распадается на различные цвета. Мы увидим красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий и фиолетовый цвета.
Предмет, который может разложить луч света на его составляющие, называется «призмой». Об­разуемые цвета создают полоску из цветных со­четающихся линий, которая называется «спектр».
Радуга и есть большой изогнутый спектр, или полоса цветных линий, образовавшихся в резуль­тате разложения луча света, проходящего через
капельки дождя. В данном случае капли дождя выполняют роль призмы.
Радуга появляется только во время ливня, ког­да идет дождь и одновременно светит солнце. На­ходиться необходимо строго между солнцем (оно должно быть сзади) и дождем (он должен быть перед тобой). Иначе радуги не увидеть! Солнце посылает свои лучи,' которые, попадая на капель­ки дождя, создают спектр. Солнце, ваши глаза и центр радуги должны находиться на одной линии!
Если солнце высоко в небе, провести такую прямую линию невозможно. Вот почему радугу можно наблюдать только рано утром или ближе к вечеру. Утренняя радуга означает, что солнце на­ходится на востоке, а дождь идет на западе. При послеобеденной радуге солнце расположено на за­паде, а дождь — на востоке.
Суеверные люди считали, что радуга является плохим предзнаменованием. Они считали, что ду­ши умерших переходят в потусторонний мир по радуге, и если появилась радуга, это означает чью-то близкую кончину.

Молния и гром, вероятно, были первыми явле­ниями природы, которые пугали и завораживали первобытных людей. Когда они наблюдали зигза­ги молний и слышали раскаты грома, они счита­ли, что это гнев богов, один из способов наказа­ния первобытного человека.
Для того, чтобы понять, что в действительно­сти представляют собой гром и молния, давай вспомним, что мы знаем об электричестве. Мы знаем, что некоторые вещи заряжаются электри­чески, положительно или отрицательно. Положи­тельный заряд притягивается отрицательным.
Возрастает величина заряда — увеличивается сила притяжения.
Наступает такой момент, когда силы, сдерживающие их раздельно, становятся слишком вели­ки. Любое сопротивление, которое их сдерживает например, воздух, стекло или другой изолятор, преодолевается, или «пробивается». Происходит разряд — и электрические заряды двух тел стано­вятся равными.
То же самое происходит и в случае с молнией. Облако, содержащее несметное число капелек во­ды, может нести электрический заряд, противопо­ложный заряду другого облака или Земли. Когда электрическое напряжение между ними способно преодолеть изоляцию воздуха, происходит разряд молнии. Электрический разряд движется по пути наименьшего сопротивления. Вот почему молния часто зигзагообразна.
Электропроводность воздуха зависит от его температуры, плотности и влажности. Сухой воз­дух является хорошим изолятором, влажный воз­дух проводит электричество. Вот почему зача­стую молнии прекращаются с началом дождей. Влажный воздух становится проводником, по ко­торому электрические заряды перемещаются бес­шумно и незаметно.
А что же гром? При электрическом разряде воздух быстро расширяется, а затем сжимается. При расширении и сжатии происходит быстрое перемещение потоков воздуха. Резкие соприкос­новения таких потоков воздуха мы слышим как гром. А дальние раскаты грома происходят отто­го, что звуковые волны отражаются от одного об­лака к другому.
Так как скорость света составляет 299 795 км/сек, а скорость распространения звука в воз­духе около 335 м/сек, мы всегда вначале наблю­даем вспышку молнии, а затем слышим гром.

Человек превратился в могущественное созда­ние, способное укрощать грозные силы, однако и у него пробуждается ужас, когда он становится свидетелем бури! Что такое буря?
Все, что происходит в природе и по характеру является грозным, жестоким, можно считать бу­рей. В море буря может быть в виде сильного ветра или шторма. На суше буря — это сильные дожди, гроза, сильные ветры.
На широте Соединенных Штатов буря может охватывать территорию площадью более сотни квадратных километров. Образуются вращающие­ся потоки воздуха вокруг участков с низким дав­лением.
Подобные бури зарождаются там, где холод­ные массы арктического воздуха, движущиеся на юг, встречают теплый влажный воздух, направля­ющийся на север из тропиков. В каком-то месте большие потоки теплого воздуха вклиниваются в холодный воздух. Вершина этого потока создает зону пониженного давления, куда направляются ветры и вокруг которой образуется буря.
При соприкосновении происходит незначи­тельное соединение теплого и холодного воздуха. Более легкий теплый воздух поднимается над хо­лодным, охлаждается, сгущается. Образуются об­лака, и в результате выпадает дождь или снег.
В Северном полушарии из-за вращения Земли движение воздуха смещается вправо, поэтому в вихрях потоки воздуха движутся по часовой стрелке. Это напоминает смерч огромного разме­ра.
Тайфуны и ураганы к северу от экватора наиболее часты в конце лета или осенью, зарождаясь над теплыми тропическими водами. Они движутся в западном и северо-западном направлении, по­степенно отклоняясь вправо. Торнадо — это очень сильный вихрь. Его предвестником является появ­ление облака в виде воронки, а также грозовых туч. Основание такой воронки достигает всего лишь сотни метров в диаметре, но она разрушает все, что встречается на пути. Разрушающей мощью обладают огромная сила ветра и сильное падение давления. Рушатся стены домов, разру­шаются здания! Торнадо несут такие разрушения, что в тех районах, где они наиболее часты, жите­ли строят специальные укрытия, где прячутся при приближении торнадо.

Если ты наблюдал, как пруд, озеро или река покрываются льдом, ты мог заметить, что сначала льдом покрывается поверхность воды.
А тебе не кажется, что, если пруды, озера и реки замерзали бы со дна, а не наоборот, то мно­гое в нашей жизни выглядело бы по-другому? Изменился бы не только климат Земли, но совер­шенно бы исчезли некоторые существа, живущие в воде!
Посмотрим, как вода в пруду превращается в лед. Когда воздух над прудом охлаждается, он охлаждает и верхний слой воды. Верхний холод­ный слой воды становится тяжелее, чем теплые нижние слои, и он опускается вниз. Этот процесс продолжается до тех пор, пока вся вода пруда ох­ладится до температуры порядка 4° С.
Но температура воздуха понижается! Когда верхние слои воды охлаждаются до температуры ниже 4° С, они остаются на поверхности. Дело в том, что вода, охлажденная до температуры ниже 4° С, по существу становится легче!
Итак, верхние слои воды готовы к замерза­нию. Когда температура остается на уровне точки замерзания 0° С или опускается ниже, начинают образовываться мельчайшие кристаллики.
Каждый такой кристалл имеет шесть лучей. Соединяясь, они образуют лед, и вскоре на по­верхности воды образуется корочка льда. Иногда лед прозрачный, иногда — нет. Почему? Дело в том, что при замерзании капелек воды выделяют­ся мельчайшие пузырьки воздуха. Они прилипают к лучам кристаллов льда. Чем больше образуется кристалликов льда, тем больше пузырьков возду­ха — вот вам и непрозрачный лед.
Если вода подо льдом движется, воздушные пузырьки собираются вместе, и образуется про­зрачный лед.
Вода, как и некоторые другие вещества, не уменьшает своего объема при переходе из жидко­го в твердое состояние. Вода при замерзании рас­ширяется на одну девятую своего объема, то есть при замерзании девяти литров воды получается десять литров твердого льда! Когда зимой лопа­ются автомобильные радиаторы и водопроводы, это происходит оттого, что вода замерзает и уве­личивается в объеме!

Дети, живущие в районах с настоящей холодной зимой, любят рассматривать иней на окнах. Некоторые изображения очень красивы, похожи на сложные рисунки на деревьях и листьях.
Для образования инея на окнах, как и на де­ревьях, траве, нужны определенные условия. Иней образуется из маленьких кристалликов за­мерзшей воды. Когда воздух, содержащий много влаги, охлаждается до точки замерзания, начина­ет образовываться иней. Точка замерзания — это 32° по Фаренгейту и 0° С на уровне моря.
Когда воздух охлаждается, содержание влаги в нем уменьшается. Избыток воды конденсируется на таких объектах, как оконное стекло.
Когда температура опускается ниже 0° С, вода кристаллизуется. Другими словами, кристаллики льда покрывают поверхность воды.
Почему же в мороз появляются рисунки на оконном стекле? С одной стороны, сами кристал­лики имеют свою структуру, которая определяет рисунок. Кроме того, царапины на поверхности стекла, частички пыли, воздушные потоки помо­гают Деду Морозу создавать красивые узоры на окнах.
Белый иней, который часто называют «измо­розью», бывает двух видов: гранулированный и кристаллический. Гранулированный иней — это просто замерзший туман. Кристаллический иней, о котором мы уже говорили, образуется из водя­ных паров воздуха. Происходит переход из газо­образного в твердое состояние, минуя жидкое.
Мороз очень опасен для сельского хозяйства, так как может погубить почки на деревьях или созревающие фрукты. Собственно, вреден не мо­роз, а замерзание соков растений. Крестьяне при­думали много способов защиты своих урожаев от заморозков. Один из них — укрытие растений легкой тканью, чтобы сохранить их тепло. Созда­ние дымовой завесы в садах позволяет укрыть де­ревья плотным слоем дыма и также сохраняет тепло растений.
Помни, что, когда ты любуешься узорами Де­да Мороза, миллионы тонн урожая могут нахо­диться под угрозой.

Снежинка — одно из самых прекрасных созданий природы. Нам бы пришлось немало потру­диться, чтобы создать форму, сравнимую по кра­соте с формой снежинки. В снегопад миллионы снежинок падают на землю, и среди них нет двух одинаковых.
Снег, как ты уже знаешь,— это просто замерзшая вода. Почему тогда снег белый, если это за­мерзшая вода? Он должен быть бесцветным. Снег белый оттого, что плоскости снежинки, являющи­еся кристалликами льда, отражают свет, поэтому снег и кажется белым.
При замерзании воды образуются кристаллы. Это значит, что молекулы выстраиваются особым порядком, образуя геометрическую форму, что мы и называем «кристаллом».
Так получилось, что молекула воды состоит из трех частиц — двух атомов водорода и одного атома кислорода. Поэтому при кристаллизации она может образовать трех— или шестиугольную фигуру.
Вода, превращающаяся в снег, есть форма во­дяного пара в атмосфере. При замерзании кри­сталлики воды настолько малы, что их не видно. При образовании снега эти кристаллики переме­щаются воздушными потоками в атмосфере вверх и вниз.
Во время таких перемещений они группируют­ся вокруг мельчайших частичек пыли или капелек воды. Подобная группа кристаллов становится все больше и больше, вокруг одного такого ядра мо­жет собраться несколько сотен таких кристаллов.
Эта группа становится большой, тяжелой и па­дает на землю. Мы называем ее «снежинкой». Неко­торые снежинки достигают трех сантиметров в диа­метре. Размеры снежинок зависят от температуры. Чем ниже температура, тем меньше снежинки.
А ты знаешь, что в некоторых частях планеты выпадал цветной снег: синий, зеленый, красный и даже черный? Это связано с присутствием в воз­духе, где образуются снежинки, определенного грибка или пыли.

Ты, возможно, считаешь, что роса — это про­стое явление природы, легко объяснимое. Как ни странно, долго не могли понять, что такое роса. По этому вопросу было написано множество книг.
Со времен Аристотеля до XVIII века счита­лось, что роса «выпадает» так же, как дождь. Но роса совсем не «выпадает». Всем известная роса, которую мы видим на листьях растений, совсем не роса! Ты видишь, как мы заблуждались отно­сительно росы.
Для того чтобы разобраться, что такое роса, мы должны кое-что знать о воздухе, который нас окружает. В воздухе содержится определенное количество влаги. Теплый воздух содержит боль­ше влаги, чем холодный. Когда воздух соприкаса­ется с холодной поверхностью, часть его конден­сируется, и влага, содержащаяся в нем, остается на этой поверхности. Это и есть роса.
Температура такой прохладной поверхности должна быть ниже определенной величины, при которой образуется роса. Эта величина называет­ся «точкой росы». Например, если налить в стакан или металлический сосуд воды, это еще не зна­чит, что на их поверхности образуется роса. Если добавить туда льда, то и тогда роса образуется не а лишь после того, как поверхность сосудов остынет до определенной температуры.
А как роса образуется в природе? Для этого необходим теплый влажный воздух, который дол­жен соприкоснуться с холодной поверхностью. Роса не образуется на земле или тропинках, так как они долго сохраняют солнечное тепло. А на траве или растениях, которые остыли, роса обра­зуется.
Тогда почему мы сказали, что капли на расте­ниях не являются росой? Потому, что только не­значительная часть влаги, которую мы наблюдаем на растениях утром, является росой. Основная часть влаги (а иногда и вся влага) произведена самим растением. Влага проступает из растений через поры листьев. Это является продолжением процесса ирригации растений по обеспечению ли­стьев водой из земли. Начинается этот процесс днем, чтобы защитить поверхность листа от сол­нечной жары, и продолжается в ночное время.
В некоторых районах земного шара росы вы­падает столько, что ее собирают в специальные резервуары для водопоя скота!

Туман — это облако у поверхности земли. Нет никакой разницы между туманом и облаком в не­бе. Когда облако находится у поверхности земли или моря, мы называем его «туман».
Обычно туман образуется по ночам и рано ут­ром в низинах и над водоемами. Он связан с хо­лодным потоком воздуха, который опускается на теплые поверхности суши или воды.
Туманы чаще бывают осенью, когда воздух охлаждается быстрее, чем земля или вода. В ти­хую погоду с наступлением темноты в низких ме­стах над землей образуются тонкие слои тумана. По мере того как земля ночью остывает, стано­вятся холоднее и нижние слои воздуха. При со­прикосновении такого прохладного воздуха с теп­лым и образуется туман. Как правило, городские туманы гуще сельских. Городской воздух полон пыли и сажи, которые, соединяясь с частичками воды, образуют плотное
покрывало.
Самым туманным районом Земли является ат­лантическое побережье Ньюфаундленда (Канада), где туманы образуются при прохождении влажно­го теплого воздуха над холодными водами, кото­рые движутся на юг от Полярного круга. Холод воды конденсирует влагу воздуха в маленькие ка­пельки воды. Эти капли недостаточны по размеру для образования дождя. Они находятся в воздухе в виде тумана.
А туманы в районе Сан-Франциско образуют­ся совершенно по другому. Здесь прохладный ут­ренний бриз дует в сторону теплых песчаных дюн, и если накануне дождь промочил песок, об­разуется плотный слой тумана из испаряющейся
влаги.
Часто туман кажется плотнее, чем облака. Это потому, что капельки тумана меньше по размеру.
Множество мельчайших капелек поглощает боль­ше света, чем крупные капли (но меньшего коли­чества), которые образуют облако. Вот нам и ка­жется, что туманы гуще облаков.

Если оставить какой-то железный предмет в сыром и влажном месте на несколько дней, он покроется ржавчиной, как если бы его покрасили красноватой краской.
Что такое ржавчина? Почему она образуется на железных и стальных предметах? Ржавчина — это окись железа. Она образуется в результате «сгорания» железа при соединении с кислородом, растворенным в воде.
Это значит, что при отсутствии в воздухе вла­ги и воды вообще отсутствует растворенный в во­де кислород и ржавчина не образуется.
Если капля дождя попадает на блестящую же­лезную поверхность, она остается прозрачной в течение короткого периода времени. Железо и кислород, находящийся в воде, начинают взаимо­действовать и образуют окись, то есть ржавчину, внутри капли. Вода становится красноватой, и ржавчина плавает в воде в виде мелких частиц. Когда капля испарится, остается ржавчина, обра­зуя красноватый слой на поверхности железа.
Если уж ржавчина появилась, она будет расти и в сухом воздухе. Это происходит потому, что пористое пятно ржавчины поглощает влагу, со­держащуюся в воздухе, — она притягивает и удерживает ее. Вот почему легче предупредить ржавчину, чем остановить ее, когда она появи­лась. Проблема предупреждения ржавчины очень важна, так как изделия из железа и стали должны долго храниться. Иногда их покрывают слоем краски или пластмассы. А что бы ты сделал, что­бы предохранить от ржавчины боевые корабли, ког­да они не используются? Эта проблема решена с помощью поглотителей влажности. Такие механиз­мы заменяют влажный воздух в отсеках на сухой. Ржавчина в таких условиях появиться не может!

Что происходит, если поставить на стол графин с ледяной водой? Снаружи на графине соби­рается влага. Откуда она взялась? Из воздуха.
Дело в том, что в воздухе всегда есть влага в виде водяных паров. В случае с графином ледя­ной воды эти пары сконденсировались на холод­ной поверхности графина и стали заметными. А в воздухе водяные пары невидимы. Термин «влаж­ность» означает присутствие водяных паров в воз­духе. Они есть повсюду, даже над огромными пу­стынями.
Следовательно, влажность существует всегда, но ее величина различна. Есть много способов выражения влажности, и существуют два терми­на — «абсолютная влажность» и «относительная влажность». Давай посмотрим, что они обознача­ют.
«Абсолютная влажность» — это количество во­дяных паров на единицу объема воздуха, то есть это определенное количество частиц в кубиче­ском метре воздуха. Но чисто практически это нам ни о чем не говорит. Если ты захочешь уз­нать, как ты будешь себя чувствовать в опреде­ленных условиях, понятие «четыре единицы на кубический метр» ничего нам не скажет о том, сухой или влажный воздух. Чем больше влаги твоего тела уходит в воздух, тем лучше ты себя чувствуешь. Интенсивность испарения воздуха за­висит от температуры, а абсолютная влажность как раз ничего не говорит об этой характеристике воздуха.
Относительная влажность выражается в про­центах. Относительная влажность в сто процентов
означает состояние полного насыщения воздуха или полностью заполненного данного воздушного пространства водяным паром. Чем выше темпера­тура, тем больше водяных паров содержит воздух. Таким образом, в жаркий день относительная влажность в 90% означает, что в воздухе присут­ствует огромное количество влаги, и в такой день твое самочувствие будет неудовлетворительным.

Причины появления ветра можно рассматри­вать по-разному. Во-первых, можно рассматри­вать ветер применительно к своему району и, во-вторых, применительно ко всей поверхности Зем­ли.
В любой местности существует разница давле­ния, поэтому в данном районе дует ветер. Если ты живешь на морском побережье, ты можешь наблюдать это каждый день. В течение дня суша нагревается, воздух, находящийся над землей, поднимается вверх, а холодный ветер с моря за­нимает его место. Ночью земля остывает, вода же остается теплой, теплый воздух, находящийся над водой, поднимается вверх, и бриз уже дует с бе­рега, занимая место теплого поднимающегося воздуха.
То, что происходит в нашем районе, происхо­дит с ветром и в больших масштабах на земном шаре. На Земле самым теплым местом является экватор. Поэтому в этой полосе теплый воздух постоянно поднимается вверх. Этот воздух на­правляется в сторону полюсов, на север и юг. За­тем на определенных широтах, называемых «кон­ские широты», он опускается вниз и продолжает свое движение, но уже в двух направлениях — к полюсам и экватору.
Если бы не было вращения Земли, существо­вали бы только северные и южные ветры. Но из-за вращения Земли все ветры в Северном полу­шарии сдвигаются вправо, в Южном полуша­рии — влево. Ветры, дующие с «конских широт» в сторону экватора, называются «пассаты», в сторо­ну полюсов — «весты». Соединенные Штаты в ос­новном находятся в зоне «вестов».
В других частях земного шара также сущест­вуют свои «доминирующие ветры». Как ты уже понял, ветры ниоткуда не берутся, причина их появления — в различной степени нагревания по­верхности Земли в разных ее регионах.

Сегодня мы часто слышим слово «реактив­ный», и ты считаешь, что понятие «реактивные потоки» в данном случае связано с реактивными самолетами. Но это совершенно не так!
Реактивные потоки являются частью системы ветров вокруг Земли, поэтому начнем с понятия «ветер». Ветры — это потоки воздуха, движущиеся параллельно поверхности земли и на небольшом расстоянии от нее.
Перемещение ветров в основном связано с на­личием районов с различными давлениями, поэ­тому ветры дуют из районов с высоким давлени­ем в районы с низким.
В глобальном (а не местном) масштабе можно сказать, что, в целом, холодный воздух переме
щается от полюсов к экватору, а теплый — от эк­ватора к полюсам. Это не равномерные потоки, а турбулентные струи воздуха. Различные условия влияют на погоду в каждом районе. На величину давления может оказывать влияние местный ис­точник тепла. На направление ветра в районе оказывает влияние расположение суши, водной поверхности, гор.
И, наконец, в некоторых районах существуют участки, где почти постоянно существует высокое давление. Эти участки называются «антицикло­ны», и они определяют направление ветров в дан­ном регионе.
Итак, ты можешь себе представить в целом, отчего дует ветер и что воздействует на него. Но все это относится к ветрам, которые дуют в ниж­них слоях атмосферы. Как известно, вокруг Зем­ли существует атмосфера, которая простирается до высоты 2800 км. В верхних слоях атмосферы существуют другие условия для ветра. Ветры здесь дуют с большей скоростью, чем у поверх­ности Земли. На высоте порядка 9 км скорость ветра достигает такой величины, что его называ­ют «реактивным потоком». Скорость такого пото­ка достигает 200-400 км в час.