Возможно, вы считаете, что кристалл — это редкий и красивый минерал или драгоценный ка­мень. Отчасти вы правы. Изумруды и бриллианты являются кристаллами. Но не все кристаллы ре­дки к красивы. Каждая отдельная частица соли или сахара — тоже кристалл! Многие из самых обычных веществ вокруг нас представляют из се­бя кристаллы.

Кристалл — это твердое состояние вещества. Он имеет определенную форму и определенное количество граней вследствие расположения своих атомов. Все кристаллы одного вещества имеют одинаковую форму, хоть и могут отличаться раз­мерами.

В природе существуют сотни веществ, образу­ющих кристаллы. Вода — одно из самых распро­страненных из них. Замерзающая вода превраща­ется в кристаллы льда или снежинки.

Минеральные кристаллы тоже образуются в ходе определенных породообразующих процессов. Огромные количества горячих и расплавленных горных пород глубоко под землей в действитель­ности представляют из себя растворы минералов. Когда массы этих жидких или расплавленных гор­ных пород выталкиваются к поверхности земли, они начинают остывать.

Они охлаждаются очень медленно. Минералы превращаются в кристаллы, когда переходят из состояния горячей жидкости в холодную твердую форму. Например, горный гранит содержит кри­сталлы таких минералов, как кварц, полевой шпат и слюда. Миллионы лет тому назад гранит был расплавленной массой минералов в жидком состоянии. В настоящее время в земной коре имеются массы расплавленных горных пород, ко­торые медленно охлаждаются и образуют кри­сталлы различных видов.

Кристаллы могут иметь всевозможные формы. Все известные в мире кристаллы могут быть раз­делены на 32 вида, которые в свою очередь могут быть сгруппированы в шесть видов. Кристаллы могут иметь и разные размеры. Некоторые мине­ралы образуют кристаллы, которые разглядеть можно только с помощью микроскопа. Другие же образуют кристаллы, вес которых составляет не­сколько сотен фунтов.

Лавина — это нисходящая масса снега, льда или грязи с камнями. Лавина из грязи с камня­ми — это оползень, который может произойти да­же в бесснежных районах. Крутой горный склон или обрыв пропитывается водой или ослабляется каким-то другим способом. Земля больше не мо­жет удерживаться на таком крутом склоне, и на­чинается обвал.

Такие обвалы или лавины чаще всего происхо­дят весной, когда тающие снега и льды пропиты­вают под собой грунт. Они могут происходить и тогда, когда река выходит из берегов, или там, где люди строят дорогу или устраивают горную выработку у подножия крутого горного склона.

Такие оползни часто перекрывают горные доли­ны, и таким образом получаются большие озера.

Снежные лавины случаются, когда снег боль­ше не может удерживаться на горном склоне. Старый, слежавшийся, покрытый настом снег час­то держится даже на очень крутых склонах, но свежий, незакрепившийся, рыхлый снег часто лег­ко соскальзывает даже с довольно покатых скло­нов.

Когда начинается небольшая снежная лавина, она часто срывает со своего места большие массы снега, находящиеся у нее на пути, и продолжает свой путь, увеличиваясь в размерах и набирая разрушительную силу. В тех местах, где снег ле­жит так, что еле удерживается от сползания, даже звука голоса может оказаться достаточно, чтобы стронуть с места огромные массы снега и начать лавину. Это происходит потому, что звук колеб­лет воздух, и эти колебания вызывают движение снега.

В Альпах, когда группы альпинистов проходят опасные склоны, проводники часто настаивают на том, чтобы все хранили полное молчание, по­скольку колебания от звуков голосов могут вы­звать лавину.

Хоть каменные и деревянные дома и получили распространение среди эскимосов, тем не менее этот северный народ все еще строит иглу по ка­ким-то особым случаям или во время переходов. Строится иглу быстро и может противостоять лю­бой погоде.

В свежем снежном сугробе вырывается яма 1,5 метра в длину и 50 сантиметров в глубину. Потом, начиная с передней стенки ямы, ножом вы­резаются снежные блоки. Они имеют такую фор­му, что наклоняются вовнутрь, если их поставить на ребро.

Выкладывается круг из этих блоков, а затем его верхняя часть срезается таким образом, чтобы во время строительства последующие блоки шли по сужающейся спирали. Материал по ходу рабо­ты вырезается внутри дома. Последний блок, у которого верхние края шире нижних, накрывает отверстие вверху. После этого все трещины за­лепляются мягким снегом. Небольшое иглу может быть построено за пару часов.

Когда домик построен, за дело принимается женщина. Она зажигает лампу на котиковом жи­ре, стараясь, чтобы та разгорелась как можно сильнее. Потом она закрывает вход снежным бло­ком и плотно закупоривает иглу. Теперь снег на­чинает таять. Но, поскольку крыша домика имеет закругленную форму, вода не капает, а постепен­но впитывается в блоки, и они пропитываются почти полностью.

Когда блоки достаточно пропитаются водой, она гасит лампу и открывает дверь. Внутрь вры­вается ледяной воздух, и через короткое время хрупкий снежный домик становится ледяным ку­полом! Теперь он настолько прочен, что крыша может выдержать даже белого медведя и не про­валится. И таять он теперь не будет, и в нем можно уютно расположиться.

Но, конечно, когда зима заканчивается и по­вышается температура, иглу начинает таять, и обычно сначала проваливается крыша.

Многие студенты жалуются: «Зачем мне учить физику и естественные науки, ведь я их никогда не использую». Такие люди, конечно, не правы в том, что касается «бесполезности» физики и есте­ственных наук. Несомненно то, что (знаем мы об этом или не знаем) все мы неоднократно исполь­зуем законы физики в повседневной жизни.

Любой человек, живущий в климате с холод­ными зимами, знает, что он должен наливать ан­тифриз в радиатор своей машины и сливать воду из всех труб, где она может оставаться. Он знает, что если не сделает этого, то в радиаторе появят­ся трещины, а трубы могут разорваться. Законы физики объясняют, почему это может случиться.

Например, большинство веществ при переходе из жидкого состояния в твердое уменьшаются в объеме. Но с водой происходит совершенно про­тивоположная вещь! Вместо уменьшения в объеме она расширяется, и увеличивается в объеме не на сколько угодно, а примерно на одну девятую.

Это значит, что если у вас есть девять литров воды и эта вода замерзает, то у вас получится 10 литров твердого льда! Теперь представьте, что во­да замерзает в радиаторе или в трубе. Для десятилитров льда требуется большее пространство, чем для девяти литров воды. Но трубки радиатора или водопроводные трубы не могут растягиваться. Ме­ста в них просто больше нет. Поэтому, когда вода замерзает, она сама отвоевывает себе большее пространство, разрывая трубы.

Одна из самых примечательных сторон этого явления природы — это его огромная сила. На­сколько вы знаете, трубы делают из довольно прочных металлов. В Финляндии, например, эту силу заставляют работать.

Это делается таким образом. В каменоломнях заливают водой щели в скальных породах и ос­тавляют замерзать. Замерзающая вода выступает в роли клина, и за счет силы замерзающей воды огромные скальные массивы распадаются на от­дельные каменные блоки.

Хоть лед и занимает больше места, чем вода, он легче воды и плавает на ее поверхности. Поэ­тому большие объемы воды никогда не замерзают полностью. Ледяной покров сверху защищает от замерзания находящуюся под ним воду.

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.