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.

С давних пор человек удивлялся смене времен года. Почему летом тепло, а зимой холодно? По­чему зимой ночи длинные?
Мы знаем, что Земля вращается вокруг Солн­ца, и одновременно она вращается вокруг своей оси. Вращаясь вокруг Солнца, она еще крутится, как волчок. Если бы ось Земли (воображаемая линия от Северного к Южному полюсу) распола­галась под прямым углом к орбите Земли вокруг Солнца, у нас не было бы времен года, а все дни были бы одинаковыми.
Но ось Земли наклонена. Дело в том, что на Землю действуют различные силы. Во-первых, это притяжение Солнца, во-вторых, притяжение Луны, в третьих, вращение самой Земли. В ре­зультате Земля вращается вокруг Солнца в на­клонном положении. Это положение сохраняется круглый год, поэтому ось Земли всегда направле­на в одну точку — на Полярную звезду.
Это означает, что часть года Северный полюс повернут к Солнцу, а вторую часть скрыт от не­го. Из-за этого наклона прямые лучи Солнца иногда освещают участок поверхности Земли к северу от экватора, иногда — на экваторе, иног­да—к югу от экватора. Это различное воздейст­вие прямых солнечных лучей на участки земной
поверхности и вызывает смену сезонов в различ­ных районах земного шара.
Когда Северное полушарие повернуто к Солн­цу, в странах к северу от экватора лето, к югу — зима. Когда прямые лучи Солнца падают на Юж­ное полушарие — здесь наступает лето, а в Се­верном — зима. Самые длинные и самые корот­кие дни в году называются днями зимнего и лет­него солнцестояния.
Во всем мире в каждом году имеются двое су­ток, когда день равен ночи. Это происходит вес­ной и осенью, ровно между днями солнцестояния. Осенью это происходит около 23 сентября — это осеннее равноденствие, весной около 21 марта — весеннее равноденствие.

Понятие «погода» включает в себя все состоя­ния атмосферы. «Погода» включает в себя такие coстояния атмосферы, как холодное, теплое, сухое, влажное, солнечное, облачное, ветреное, тихое. Погода меняется каждый день, а все, что проис­ходит в течение года называется «климатом».
На погоду влияют различные факторы, но самый основной — это Солнце. Солнечное тепло испаряет воду и согревает воздух, отчего восходящие потоки теплого воздуха поднимают водяные пары в небо. Там воздух остывает и пары конденсируются в дождь. Это может происходить постепенно или быстро. При резкой смене погоды бывают бури. В Англии имеется около 200 пунктов, регист­рирующих погоду, приблизительно столько же имеется на территории всей остальной Европы. Кроме этого, «корабли погоды», расположенные в Атлантике, а также специальные самолеты, несу­щие дежурство, следят за изменениями погоды. Прогноз погоды составляют на основании этих сообщений и других метеорологических данных.
Карты, которые изучают специалисты по пого­де, могут сообщить им различную информацию: районы с одинаковым давлением, участки с рав­ной температурой, направление ветра, облачность или чистое небо, дождь или снег, количество вы­павшего дождя, районы с повышенным или пони­женным давлением.
Метеорологи, изучая карту, могут предсказать, что можно ожидать при данных условиях атмос­феры. Они знают, что низкое давление означает сильные ветры из-за перемещения холодного воз­духа на смену теплому, поднимающемуся вверх воздуху, насыщенному влагой. Высокое давление означает хорошую погоду.
В Северном полушарии ветры в районах с вы­соким давлением дуют по часовой стрелке. При низком давлении — против часовой стрелки. То есть даже направление ветра можно предсказать. Метеорологи также знают скорость перемещения участков с различным давлением.
Зная все эти детали, а также имея сообщения о погоде из многих районов страны, метеоролог хорошо представляет, какая погода ожидается в твоем районе!

Если посмотреть на карту земного шара с ука­занием районов с наиболее частыми землетрясе­ниями, мы обнаружим широкую ленту, поднима­ющуюся вверх и опускающуюся вниз по всей по­верхности Земли. В некоторых районах землетря­сений нет совершенно, в других они часты.
Япония — район Земного шара с частыми зем­летрясениями. Они там происходят почти еже­дневно! Конечно, большинство из них слабы и не приносят никакого ущерба. Другим подобным районом является район Средиземного моря. И наоборот, возьмем район Новой Англии в США. Разрушительных землетрясений здесь не происхо­дило со времени ледникового периода, многие ты­сячи лет!
Объясняется это тем, что земная кора неоди­накова повсеместно. В отдельных районах кора недостаточно прочна, и в этом месте имеется разлом. Разлом — это разрыв в скальных породах коры. В месте разлома участки коры давят друг на друга с огромной силой. Эта энергия превра­щается в вибрацию скал.
Такая вибрация может распространяться на тысячи километров, землетрясение в этом случае бывает очень сильным, особенно по линии разло­ма, созданного подъемом участков земной коры. Участки разлома поднимаются и опускаются, они могут также двигаться в горизонтальном направ­лении.
После землетрясения на поверхности Земли вдоль разлома можно видеть определенные изме­нения. Та часть, где вибрация ощущалась сильнее всего, называется «эпицентром» землетрясения. Если рядом располагается город, могут быть зна­чительные разрушения. Падающие здания и по­жары в результате разрывов газопроводов приво­дят к жертвам среди населения.
Районы распространения землетрясений и из­вержений вулканов примерно одинаковы. Это связано с тем, что земная кора в этих районах не находится в состоянии покоя.