В ветреный день вам может показаться, что ветер дует с ужасной скоростью. А потом вы слу­шаете сводку погоды, и там говорят: «Скорость ветра — от 10 до 15 миль в час». Нам очень легко ошибиться относительно скорости ветра. Но знать точно скорость ветра очень важно для многих людей, и поэтому существуют научные способы определять эту скорость.

Первый прибор для измерения скорости ветра был изобретен в 1667 году англичанином Робер­том Хуком. Прибор называется анемометр. Суще­ствуют многие виды анемометров, но наиболее распространенный имеет несколько алюминиевых чашечек на оси. Она закреплены свободно, и чем сильнее ветер, тем быстрее вращаются чашечки на оси. Сосчитав число оборотов, которые делают чашечки за определенное время, можно вычис­лить скорость ветра.

Когда люди начали летать, появилась необхо­димость измерять скорости ветра на больших вы­сотах. Для этого запускались воздушные шары, и за ними велось наблюдение с помощью специаль­ных оптических приборов, которые называются «теодолиты». Но, когда тучи закрывали шары, на­блюдение становилось невозможным. В 1941 году был изобретен метеорологический радар. И те­перь радар может наблюдать за шаром даже через облака и измерять скорость ветра в верхних сло­ях атмосферы.

Издавна людей также интересовало, куда дует ветер, и примерно в 900 году н.э. на шпилях цер­квей были установлены флюгеры, чтобы они по­казывали направление ветра.

Большинство ветров, конечно, своих имен не имеет. Можно сказать: «Ветрено» или «Ветер ду­ет». Иногда мы говорим: «Дует северный ветер». Но многие ветры имеют особые имена.

Ветры с особыми именами получили их по разным причинам. Вы знаете, например, что та­кое «попасть в штиль». Это значит — застыть в неподвижности. Одна из разновидностей ветра так и называется «штилевой ветер». Он возникает на экваторе, где находится широкий пояс восходя­щего воздуха и низкого давления.

Ветры, которые дуют сверху и снизу в сторону экватора, называются пассатами. Они имеют по­стоянные направления и дуют сильно, и поэтому во времена парусных судов они были очень по­лезны для мореплавателей.

Существуют еще некоторые особые ветры. На­пример, муссоны — это ветры, меняющие свое направление в зависимости от времени года. В Индии зимой муссоны несут горячий, сухой воз­дух, а летом они дуют в северном направлении, принося с собой обильные дожди.

В южной Франции все местные жители со страхом ждут мистраль — холодный, сухой ветер с севе­ра, Он может дуть со стороны моря целыми дня­ми, и в это время все чувствуют себя неуютно.

Шторм или ураган выглядит настолько диким и неукротимым явлением природы, что трудно поверить в возможность его перемещения по оп­ределенному маршруту. Тем не менее, насколько нам известно, с наступлением сезона ураганов они получают имена, и их маршруты часто до­вольно точно предсказываются.

В большинстве районов мира основная часть ураганов двигается в определенных направлениях. В Соединенных Штатах, например, большинство больших ураганов представляют собой обширные массы циркулирующего против часовой стрелки воздуха, вращающегося вокруг центральной точки низкого атмосферного давления. Причина того, что в Штатах они вращаются против часовой стрелки, состоит в том, что когда ветры дуют в направле­нии центра низкого давления, то вращение Земли отклоняет их вправо (в Северном полушарии).

Вернемся к ураганам. Прежде всего, знаете ли вы, что ураганы, циклоны и тайфуны — практиче­ски одно и то же? В Соединенных Штатах они называются циклонами, в Юго-Восточной Азии и в Южно-Китайском море — тайфунами, а в Вест-Индии и в Мексиканском заливе — ураганами.

К северу от экватора тайфуны и ураганы обычно начинаются поздним летом или осенью над теплыми тропическими водами. Они переме­щаются к западу или северо-западу через зону пассатов по маршруту, отклоняющемуся вправо.

В субтропических широтах такие ураганы сильно отклоняются на восток и входят в зону западных ветров. В Южном полушарии наблюдается такой же загнутый маршрут, с той лишь раз­ницей, что здесь они отклоняются влево.

И все же, несмотря на то, что ураган может быть точно предсказан, а люди и корабли на море предупреждаются всеми возможными способами, все равно, ураганы наносят ужасный ущерб. Ура­ган может двигаться со скоростью 125 миль в час!

В некоторых местах, где грозы происходят до­вольно часто, одна гроза из восьмисот сопровож­дается градом размером с грецкий орех, а одна гроза на пять тысяч несет с собой град размером в теннисный мяч. И вы, наверное, знаете из соб­ственного опыта, что градины могут иметь и дру­гие размеры.

Град обычно выпадает в теплую погоду и со­провождается, как правило, громом, молнией и дождем. Град образуется, когда дождевые капли по пути к земле проходят через слой холодного воздуха и замерзают.

Из отдельных дождевых капель получаются очень маленькие градинки. Градины побольше появляются так же, но когда маленькие градины падают и встречают по пути сильные восходящие воздушные потоки, они могут подниматься до то­го уровня, где образуются дождевые капли. К градине пристают новые капли, и когда она вновь пролетает через холодные слои, вода обволакива­ет ее и замерзает, увеличивая таким образом раз­мер градины.

Поднимание и опускание градины может про­исходить неоднократно до тех пор, пока на ней не нарастет количество слоев, увеличивающее ее вес настолько, что она оказывается в состоянии преодолеть силу восходящих воздушных потоков и падает на землю. Таким образом появляются градины диаметром в 8-10 сантиметров и весом до 0,5 кг.

Снег тоже намерзает вокруг градин, когда они заносятся в зоны, где он образуется. Поэтому град часто состоит из слоев снега и льда.

Ежегодно град наносит огромный ущерб. Он уничтожает посевы таких культур, как рожь, пшеница, хлопок и табак. Он может сбить листья с деревьев, разбить стекла в окнах и даже пора­нить домашнюю птицу и животных!

Водяной смерч и торнадо очень похожи. В принципе водяной смерч можно называть «торна­до на море». Поэтому давайте сначала посмотрим, что такое торнадо.

Торнадо — это, настоящий круговой шторм. Он появляется в виде черной воронкообразной тучи на обширной грозовой территории. Причина воз­никновения облачной воронки — конденсация влаги за счет охлаждения воздуха по мере его распространения вширь и ввысь.

Торнадо может вращаться по часовой стрелке или против часовой стрелки. Ширина торнадо в той части, где он соприкасается с землей, в сред­нем составляет 275-365 метров, и проходит он обычно небольшое расстояние, составляющее от нескольких до 50 миль (80 километров).

Считается, что внутри торнадо (вихря) скоро­сть вращающихся потоков воздуха составляет 500 миль (800 километров) в час! Там, где торнадо соприкасается с поверхностью земли, могут про­исходить страшные разрушения. Например, дома могут быть стерты с лица земли, разломаны на куски или перенесены на сотни метров.

Торнадо (известные также под названиями «смерч» или «циклон») могут появляться в любое время года, хотя весной и летом они появляются в пять раз чаще. Чаще они имеют место днем, а не ночью.

В некоторых случаях водяной смерч может быть просто обычным торнадо, зародившимся на суше и переместившимся на море. Но водяные смерчи более распространенного типа появляются над морями и озерами в тропиках или в средних широтах в теплое время года. Они возникают прямо над водой, а воронкообразные облака об­разуются из дождевых или кучевых облаков.

Нижняя часть воронки, приближаясь к водной поверхности, поначалу раскручивает или переме­шивает верхний слой воды в облако водной пыли. Воронкообразное облако сначала погружается в эту водную пыль, а затем вытягивает вверх водя­ной смерч. Но вода, составляющая основную часть смерча, всегда остается свежей, потому что в основном состоит из дождевой воды.

Водяной смерч продолжается обычно всего лишь несколько минут и оказывает воздействие лишь на ограниченном участке. Большинство во­дяных смерчей возникают над холодными водами там, где высока температура воздуха и часто бы­вают грозы.

Вы когда-нибудь бывали на берегу, где при низкой приливной волне вам приходится пройти довольно большое расстояние в сторону моря, чтобы хотя бы войти в воду по колени? И все же есть места, где вы с трудом сможете отличить вы­сокий прилив от низкого.

Причина этого не имеет никакого отношения к влиянию Луны. Приливы происходят из-за гравитации. Точно так же, как Земля притягивает Лу­ну, Луна притягивает и Землю, но с гораздо меньшей силой. За счет воздействия Луны на Землю воды океана притягиваются в сторону Лу­ны и образуют выпуклость или волну. Вследствие этого возникает высокий прилив.

Вода на противоположной стороне Земли при­тягивается Луной в гораздо меньшей степени, по­скольку Луна находится дальше, и поэтому здесь тоже образуется выпуклость. Поэтому высокий прилив наблюдается и со стороны, обращенной к Луне, и с противоположной стороны Земли.

По мере того, как Луна проходит вокруг Зем­ли, эти два водяных «горба» и пониженные уров­ни воды продолжают оставаться примерно в том же положении относительно Луны. И если бы по­верхность Земли была бы полностью покрыта во­дой, то чередование высоких и низких приливов было бы очень регулярным.

Но этому мешают многие другие факторы. Один из них — огромные массивы континентов. Они являются причиной приливных течений, ко­торые огибают береговые линии и скапливаются в определенных местах, например в заливах.

На пологих побережьях с прямой береговой линией надвигающийся прилив имеет достаточное пространство, чтобы распространяться, и не под­нимается очень высоко. Но там, где прилив встречается с узкой бухтой или каналом, он не может растекаться вширь, и поэтому вода может достигать большой высоты. Например, в бухте Фанди разница между приливом и отливом может составлять больше 21 метра. В то же время во время прилива на Средиземном море вода не поднимается выше, чем на 0,5 м.

Почти всем предметам и явлениям, существу­ющим в природе, соответствует какая-либо наука, изучающая их. Океанография — это комплекс всех наук, связанных с изучением океана, что по­могает человеку узнать, как появился океан, ка­кие в нем происходят процессы.

Как вы понимаете, это требует серьезного исс­ледования! Давайте посмотрим, что сюда входит. Можно начать с береговой линии. Берег моря (или граница между сушей и морем) постоянно изменя­ется из-за приливов, ветров, ежедневного воздейст­вия моря на берег и перемещений суши вверх и вниз.

Изучаются также температура и содержание соли в океанах. И, как ни странно, человек до сих пор не имеет удовлетворительного объясне­ния тому, почему океан соленый. А приливы? Приливы — это регулярные перемещения воды, связанные с притяжением Солнца и Луны. Они тоже постоянно изучаются океанографами.

Теперь перейдем к течениям. Океанские течения напоминают реки, протекающие по океану. Они теплее или холоднее, чем те воды, через которые они проходят. Поскольку течения имеют большое значение для человека, они постоянно изучаются.

Как мы знаем, в океане живут растения и жи­вые организмы бесчисленных видов. Океанографы и этой области уделяют много внимания. Какова глубина океана в различных местах? Это тоже очень важно для человека, и есть ученые, которые занимаются лишь измерениями океанских глубин.

Человека интересует даже то, что происходит на дне океана. Мы знаем, что до глубины 3657 метров дно океана покрыто мягкой, илистой грязью. Она состоит из известковых скелетов крошечных морских организмов. Животная и рас­тительная жизнь океанского дна изучается по взятым оттуда пробам ила.

В общем, океан, который большинству из нас кажется просто огромной массой воды, на самом деле представляет из себя огромный и сложный организм, о котором человек хочет узнать как можно больше. А океанографы увеличивают наше знание об океане, постоянно изучая все, из чего он состоит и что в нем содержится.

Выглянув на улицу или посмотрев на дорогу, вы увидели там воду. Один час яркого солнечного света — и вода исчезает! Или, например, выве­шенное на веревке белье высыхает к концу дня. Куда исчезает вода?

Мы говорим, что вода испаряется. Но что это значит? Испарение — это процесс, при котором жидкость на воздухе быстро становится газом или паром. Многие жидкости испаряются очень быстро, гораздо быстрее, чем вода. Это относится к алкого­лю, бензину, нашатырному спирту. Некоторые жидкости, например ртуть, испаряются очень мед­ленно.

Из-за чего происходит испарение? Чтобы по­нять это, надо кое-что представлять о природе материи. Насколько мы знаем, каждое вещество состоит из молекул. Две силы оказывают воздей­ствие на эти молекулы. Одна из них — сцепление, которое притягивает их друг к другу. Другая — это тепловое движение отдельных молекул, кото­рое заставляет их разлетаться.

Если сила сцепления выше, вещество остается в твердом состоянии. Если же тепловое движение настолько сильно, что оно превосходит сцепле­ние, то вещество становится или является газом. Если две силы примерло уравновешены, то тогда мы имеем жидкость.

Вода, конечно, является жидкостью. Но на по­верхности жидкости есть молекулы, которые дви­жутся настолько быстро, что преодолевают силу сцепления и улетают в пространство. Процесс вы­лета молекул и называется испарением.

Почему вода испаряется быстрее, когда она находится на солнце или нагревается? Чем выше температура, тем интенсивнее тепловое движение в жидкости. Это значит, что все большее количе­ство молекул набирает достаточную скорость, чтобы улететь. Когда улетают самые быстрые мо­лекулы, скорость оставшихся молекул в среднем замедляется. Почему остающаяся жидкость ох­лаждается за счет испарения.

Так что, когда вода высыхает, это означает, что она превратилась в газ или пар и стала час­тью воздуха.

Если молекулы постоянно движутся со страш­ными скоростями и это происходит повсюду — даже в деревяшке — то почему мы не видим, что­бы вещи меняли форму?

Молекула — наименьшая из существующих частиц вещества, которая сохраняет свойства це­лого. Например, молекула сахара (сукроза) — наименьшая частица сахара, которая тем не менее сохраняет в себе такие свойства сахара, как вкус, цвет, форма, растворимость и другие.

Молекулы различных веществ сильно отлича­ются друг от друга. Некоторые из них имеют длину лишь в несколько миллиардных долей мил­лиметра, а другие — в тысячи раз больше. Моле­кулы газов, из которых состоит воздух, настолько малы, что в одном кубическом сантиметре воздуха содержится 30 675 000 000 000 000 000 молекул!

Но даже несмотря на то, что в веществе содер­жится столько молекул, между ними остается мно­го незанятого пространства. Поскольку молекулы всегда находятся в движении, они передвигаются в абсолютном вакууме. Между молекулами воздуха нет воздуха, есть только вакуум, и между мо­лекулами железа нет воздуха, только — вакуум.

Движение молекул вызывается теплом. Чем выше температура, тем интенсивнее движение. В горячих газах это движение очень интенсивно. В жидкости или в твердом веществе оно гораздо медленней, но движение есть даже в куске льда!

Если молекулы в веществе постоянно сталки­ваются друг с другом и выталкивают друг друга в разные стороны во всех направлениях, то почему мы не видим результатов этого движения? Поче­му, например, мы не видим, чтобы кусок железа изменялся из-за этого движения? Почему он ка­жется таким твердым? Причина этого в том, что в твердых телах или в жидкостях молекулы удер­живаются на своих местах силами притяжения между молекулами. В противном случае вещество было бы разорвано на части. Силы электричества, взаимоудерживающие молекулы, достаточно ве­лики, чтобы поддерживать даже самые твердые материалы в неизменном состоянии.

Но если очень сильно нагреть вещество, то движение молекул ускорится, и это вещество ста­нет жидкостью. Если увеличить температуру еще больше, то молекулы смогут преодолеть силы электричества, разлетятся в разные стороны, и вещество перейдет в газообразное состояние!

Туман, роса и облака имеют друг к другу пря­мое отношение. То или иное состояние — туман, роса или туман — может быть вызвано за счет какого-нибудь одного изменения условий: напри­мер, наличия или отсутствия воздушных потоков. Давайте рассмотрим, почему так получается и по­чему в некоторых местах появляются туманы.

Частицы тумана очень невелики — меньше 0,001 миллиметра. Когда перед вами густой туман и вы ничего не видите перед собой, это значит, что в одном кубическом сантиметре тумана может быть не меньше 1227 таких частичек.

Чтобы появился туман, влага должна покинуть воздух и сконденсироваться. Это значит, что воз­дух должен каким-то образом охладиться, потому что холодный воздух не может удерживать такое количество влаги, как и теплый. Когда воздух ох­лаждается ниже определенной точки, которая на­зывается точкой насыщения, или точкой росы, тогда начинает образовываться туман.

Образование тумана также требует, чтобы хо­лодный воздух воздушными потоками перемеши­вался с теплым. Если воздух неподвижен, то тог­да холодный воздух скопится у земли, и появится роса. Если же есть быстро восходящие воздушные потоки, охлаждение будет происходить высоко в воздухе, и тогда появляются облака. Поэтому воздушные потоки, перемешивающие холодный воздух с теплым, должны быть не слишком силь­ными, чтобы появился туман.

Это может получиться тогда, когда масса теп­лого воздуха проходит над холодной сушей или холодным водоемом. Может быть и наоборот, когда холодный воздух проходит над теплой во­дой. Последний случай возможен ранним осенним утром возле таких водоемов, как озера или пру­ды. Холодный воздух плавно перемешивается с потоками теплого, и появляются всем знакомые туманы, которые висят в воздухе над водоемами.

Стал бы мир действительно намного лучше, если бы не было пыли? Ответ таков: в некоторых отношениях — да, в других — нет. А что такое пыль, собственно говоря? Она состоит из части­чек почвы или других твердых веществ, и частички эти достаточно легкие, чтобы их мог подни­мать и нести ветер. Откуда появляются эти час­тички? Их источником могут быть останки расти­тельного или животного мира, морская соль, вулка­нический песок и песок пустынь, пепел или сажа.

В большинстве случаев пыль нежелательна и бесполезна. Но, с другой стороны, она помогает сделать мир более красивым! Чудесные краски вос­ходов и закатов в большой степени обязаны своей красотой именно пыли, рассеянной в воздухе.

Частицы пыли в верхних воздушных слоях от­ражают солнечные лучи. Это делает солнечный свет видимым еще час или два после заката. Цве­та, составляющие солнечный свет, преломляются под разными углами, отражаясь от пыли и частиц водяного пара, рассеянных в воздухе. Солнечные закаты имеют красный цвет, потому что эти час­тицы преломляют красные лучи солнца таким об­разом, что те становятся последними лучами, пропадающими из поля зрения.

Другая важная функция пыли связана с до­ждем. Содержащийся в воздухе водяной пар не слишком быстро превратится в жидкость, если бы не было пылинок, которые служат центром для каждой капельки воды. Следовательно, облака, ту­ман, дождь в основном образуются из бесчислен­ного числа пылинок, обволакиваемых жидкостью.

Большинство из нас считают, что воздух — это «ничто», но воздух — это явное «что-то», если он состоит из определенных газов. Газ не имеет оп­ределенных размеров или формы, но он занимает пространство.

Огромный воздушный океан, окружающий Землю и простирающийся на многие мили вверх, притягивается и удерживается за счет земного тя­готения. Следовательно, воздух имеет вес. А по­скольку воздух находится повсюду вокруг нас, он увеличивает вес любого наполняемого им предме­та. Например, в волейбольном мяче содержится небольшое количество воздуха. Если вы взвесите два таких мяча, один — накачанный, а другой — спущенный, то вы обнаружите, что спущенный мяч легче.

Вес воздуха создает давление. Воздух давит на все ваше тело со всех сторон, подобно воде, если вы находитесь на дне моря. Огромная масса воз­духа очень сильно давит на Землю, и давление при этом составляет примерно один килограмм на квадратный сантиметр.

Килограмм — это вес колонны воздуха с пло­щадью основания 1 квадратный сантиметр и вы­сотой, равной высоте атмосферы. Площадь вашей ладони — примерно 77 квадратных сантиметров. Представьте, что на вашу ладонь положен груз весом в 77 килограммов! Причиной того, что вы этого не замечаете, служит то, что воздух, нахо­дящийся под вашей рукой, давит с такой же си­лой, как и сверху. И на вашу голову воздух давит с силой в 270 килограммов, но вас не сплющива­ет, потому что и внутри вашего тела есть воздух, который уравновешивает давление наружного воздуха.

Чем выше вы поднимаетесь (например, на вер­шину горы), тем меньше воздуха над вами, тем меньше давление. На высоте в 6000 метров дав­ление составляет примерно 0,4 килограмма на квадратный сантиметр. На высоте 3000 метров — 0,7 килограмма на квадратный сантиметр. Если бы вам удалось подняться на высоту в 100 кило­метров, то вы обнаружили бы, что там почти нет давления.