Сталактиты возникают в пещерах. Чтобы уз­нать, как они образуются, давайте исследуем одну из таких пещер — пещеру Карлсбад в штате Нью-Мексико. Горной породой в Карлсбаде является известняк. Известняк — довольно мягкая порода, которая может быть растворена слабой кислотой. Кислота, которая растворяет известняк, содержит­ся в дождевой воде. Падающие капли дождя заби­рают двуокись углерода из воздуха и из почвы. Эта двуокись углерода превращает дождевую во­ду в углекислоту.

Около миллиона лет назад одна капля дождя удержалась на потолке пещеры. Когда вода испа­рилась, крошечное кольцо извести закристаллизировалось на потолке. Вторая капля, а за ней третья, четвертая и пятая оставили известь на том же месте. Время шло, кольца извести образовыва­ли маленький бугорок, «сосульку». Она продолжа­ла расти.

Другая капля воды упала на пол пещеры. И снова осталась известь. Время шло, тысячи капель падали на то же самое место. Частички извести образовывали что-то похожее на толстую камен­ную свечку. «Свеча» продолжала расти.

Каменная сосулька на потолке называется ста­лактитом. Толстая «свеча» на полу называется сталагмитом. Сталактиты и сталагмиты бывают разной высоты, что зависит от степени сырости в пещере, температуры и толщины слоя известняка над пещерой. Некоторые сталактиты вырастают в год по 2 см, на что другим требуется сотня лет.

Часто сталагмиты, растущие вверх, соединяют­ся со сталактитами, растущими вниз, и образуют колонны. Самая большая колонна в Карлсбаде более 30 м высотой. Потолки некоторых пещер покрыты короткими сталактитами, которые вы­глядят как бахрома. В других пещерах сверкают каменные иголки на стенах. Некоторые сталакти­ты растут в стороны и вверх так же, как и вниз.

Когда вода перестает попадать в пещеры, ста­лактиты перестают расти, а пещера считается «мертвой».

Многие факторы определяют, сколько дождя или снега выпадет на земную поверхность. Это температура, высота над уровнем моря, местона­хождение горных цепей и т.д.

Вероятно, самое дождливое место в мире — это гора Вайалеале на Гавайях, на острове Кауаи. Среднегодовой уровень количества осадков со­ставляет здесь 1197 см. Черрапунджи в Индии, возможно, занимает второе место по количеству осадков со среднегодовым уровнем от 1079 до 1143 см. Однажды 381 см дождя выпал в Черра­пунджи за 5 дней. А в 1861 году количество осад­ков достигло 2300 см!

Чтобы было более понятно, давайте сравним количество осадков в некоторых городах мира, Лондон получает 61 см осадков в год, Эдин­бург — около 68 см, а Кардифф — около 76 см. В Нью-Йорке выпадает около 101 см осадков. Отта­ва в Канаде получает 86 см, Мадрид — около 43 см и Париж — 55 см. Итак, вы видите, каков контраст Черрапунджи.

Самое засушливое место в мире — это, веро­ятно, Арика в Чили. Здесь уровень осадков со­ставляет 0,05 см в год. Самое засушливое место б США — Ранчо Гринлэнд в Долине Смерти. Там среднегодовой уровень осадков менее 3,75 см.

В некоторых обширных регионах Земли силь­ные ливни бывают круглый год. Например, почти каждая точка вдоль экватора получает 152 см и более осадков каждый год. Экватор является точ­кой соединения двух больших потоков воздуха Повсеместно вдоль экватора воздух, двигающийся вниз с севера, встречается с воздухом, двигаю­щимся вверх с юга.

Существует основное направленное вверх дви­жение горячего воздуха, смешанного с водяным паром. Так как воздух поднимается к холодным высотам, большое количество водяного пара кон­денсируется и выпадает в качестве дождя.

Большая часть дождя выпадает с наветренной стороны гор. Другая сторона, называемая подвет­ренной, получает намного меньше осадков. При­мером являются горы Каскад в Калифорнии. За­падные ветры, несущие водяной пар, движутся с Тихого океана. Достигнув берега, воздух подни­мается по западным склонам гор, охлаждаясь. Ох­лаждение вызывает конденсацию водяного пара, который выпадает в виде дождя или снега.

Когда мы смотрим на небо и видим там боль­шие тяжелые тучи, мы, вероятно, думаем, что скоро пойдет дождь. И мы склонны думать, что тучи — это единственное, что нужно для того, чтобы пошел дождь. Но в действительности дождь — это результат длительного и сложного процесса. Чтобы пошел дождь, необходимо вза­имное влияние Солнца, Земли и атмосферы. Про­цесс начинается тогда, когда Земля согревается Солнцем. Это вызывает превращение воды в оке­анах, озерах и реках в водяной пар. Водяной пар смешивается с воздухом. Этот процесс называется парообразованием.

Подымающийся вверх теплый воздух приносит водяной пар в атмосферу. Здесь он распространя­ется и остывает. После этого теплый воздух отда­ет часть своего груза невидимого водяного пара, и так образуются облака. Этот процесс называется конденсацией.

Внутри тучи крошечные капельки постепенно становятся все больше и больше по мере того, как они собирают все больше влаги. Наконец капли становятся такими большими, что уже больше не могут удерживаться наверху воздуш­ными течениями, и выпадают на землю в виде дождя.

А теперь давайте посмотрим, почему процесс образования дождя происходит только в опреде­ленное время. Первый этап этого процесса — па­рообразование — происходит практически посто­янно в течение дня. Водяной пар поднимается в атмосферу. Но этот невидимый пар не превраща­ется в видимые облака, состоящие из мельчайших капелек, каждый день. Это происходит потому, что пару необходима поверхность, на которой он мог бы сконденсироваться. Если в воздухе нет или очень мало частичек пыли, конденсация не может произойти. Образованию капелек способст­вуют также маленькие кристаллы льда и снега.

Обычно для того, чтобы пошел дождь, необхо­димо движение теплых воздушных масс навстречу холодным или наоборот. Теплые воздушные мас­сы содержат облака и влагу, и когда эти теплые массы охлаждаются холодными массами, образу­ются капельки воды, которые выпадают в виде дождя. Поэтому предсказания погоды всегда упо­минают о движении воздушных масс. Они подска­зывают нам, будет дождь или нет.

Вода — это соединение двух газов без вкуса, запаха и цвета: она состоит из водорода, очень легкого газа, и кислорода, более тяжелого и ак­тивного газа. Вода существует в трех состояниях: как жидкость, как твердое тело (лед) и как газ (водяной пар).

Но когда мы обсуждаем различные качества воды, мы обнаруживаем, что вода, существующая в природе, никогда не бывает совершенно чистой. Она содержит растворенные в ней минеральные соли, газы и живые организмы. Мы очень редко имеем дело с просто «водой». Например, химиче­ски чистая вода безвкусная. Но все мы знаем, что у воды всегда есть какой-то привкус. Отчасти этот привкус дает присутствие в воде определен­ных примесей. Капли дождя, проходя через ат­мосферу, забирают из нее некоторые газы, через которые они проходят.

Наиболее важный из этих газов — кислород, который позволяет живым организмам существо­вать под водой. Двуокись углерода — другой важ­ный газ в составе воды. Его наличие в растворе воды (угольная кислота) делает воду способной размывать известняковые породы и образовывать пещеры и впадины.

Действие угольной кислоты в воде растворяет известь и карбонаты магния, что делает воду «же­сткой». Жесткая вода не дает хорошую мыльную пену. Если ее вскипятить, то внутри чайника ос­танется известковый налет.

Кроме газов природная вода содержит раство­ренные в ней соли. Речная и озерная вода содержат также неорганические частицы, которые про­сто плавают по воде.

Вода существует на Земле в рамках большого энергетического круга. Солнце перемещает воду, испаряя ее из морей и океанов, в воздух. В воз­духе водяной пар собирается в облака и выпадает в виде дождя, тумана, снега или росы, и возвра­щается обратно в море.

Водопад — это поток воды, который неожи­данно падает с высоты на более низкий уровень. Если объем воды небольшой, водопад называется «каскадом», если большой — «катарактом».

Некоторые водопады падают с высоты в сотни метров единым узким потоком. Другие известны своей шириной или необъятным количеством во­ды, переливающейся через уступ. Вот несколько самых больших водопадов в мире:

Водопады Анхель в горах Гвианы в Венесуэ­ле — самые большие в мире (980 м) с самым длинным непрерывным падением в 807 м. Водо­пады были открыты в 1935 году американским авиатором Джеймсом Эйнджелом.

Самый длинный водопад в Азии — водопад Герсоппа в Индии. Это катаракт, падающий по четырем уступам, с общей длиной в 252 м. Водо­пад, через который проходит самое большое ко­личество воды — Гуайра, на границе Бразилии и Парагвая. Он несет более 13 309 куб. м воды в секунду и состоит из 18 отдельных водопадов с общей высотой падения воды около 60 м.

Один из самых высоких в мире — водопад Риббон в Йосемитском национальном парке в Ка­лифорнии. Это узкий поток воды, падающий со скалы высотой 490 м в реку Мерсед.

Второй по величине водопад в мире был най­ден в Южной Африке. Это водопад Тугела. Вода падает с высоты 853 м в пять этапов.

И, конечно, среди самых известных в мире — Ниагарский водопад. Он располагается на реке Ниагара, в 25 километрах от города Буффало, штат Нью-Йорк. На самом деле Ниагарский водо­пад состоит из двух катарактов — Подкова (или Канадский водопад) и Американский водопад. Граница между Канадой и Соединенными Штата­ми проходит через центр водопада Подкова.

Около 94 процентов воды реки Ниагара, при­мерно 37 854 040 литров, переливается через во­допад Подкова каждую минуту.

Озера — это удаленные от моря водоемы, ко­торые заполнили впадины на поверхности Земли. Эти впадины называются бассейнами.

Озера образовались в результате стекания во­ды в низкие места. Озера пополняются в основ­ном за счет дождей и тающего снега. Вода попа­дает в бассейн озера с ручьями, малыми и боль­шими реками, подземными источниками и грунто­выми водами.

Бассейны озер образуются несколькими спосо­бами. Некоторые озера — результат разлома и де­формации земной коры. Озеро Верхнее в Север­ной Америке — пример такого озера.

Иногда озера создаются вулканами. Поток ла­вы может заблокировать сток вод в долины и об­разовать бассейн. Иногда кратер потухшего вул­кана заполняется водой. Кратерное озеро в юж­ной части штата Орегон — пример такого озера.

Многие озера занимают бассейны, образован­ные ледниковой эрозией. Все Великие Озера, кроме озера Верхнего и озера Виннипег в Кана­де — примеры озер ледникового происхождения.

На побережьях волны и прибрежные течения иногда отрезают узкие морские заливы от моря и со временем образуют озера из заливов и устьев рек. Иногда главное течение реки может само по­строить себе долину, откладывая наносы (грязь и почву) во время разлива. В результате долины притоков заполняются и образуют озера.

В местах, где под почвой находится известняк, грунтовые воды растворяют и уносят его, созда­вая большие подземные пространства, из которых образуются бассейны озер. В штате Флорида мно­го озер такого типа.

Озера также могут быть созданы искусственно. Если на реке построить дамбу, она заблокирует поток воды и образуется озеро. Озеро Мид поя­вилось, когда построили Гуверскую дамбу на реке Колорадо.

Когда мы говорим о различных местах на зем­ле, что они «жаркие» или «холодные», мы гово­рим о климате. Вообще климат определяется ко­личеством тепла от Солнца.

Именно солнечное тепло согревает землю, океаны и атмосферу. Оно же и втягивает влагу в атмосферу и таким образом вызывает дождь.

Солнечное тепло вызывает разницу в атмос­ферном давлении, которая создает ветры, а сол­нечное тепло и ветры вызывают океанские тече­ния. Поэтому, если обсуждать климат в опреде­ленном месте, важно иметь в виду влияние сол­нечного тепла на эту территорию.

Из-за того что поверхность Земли круглая, са­мый большой солнечный тепловой эффект наблю­дается на экваторе, самый маленький — на полю­сах. На экваторе лучи солнца падают на землю вертикально. Над и под экватором лучи падают на землю под углом, наклонно. Это значит, что эти зоны над и под экватором, или умеренные зоны, получают меньше солнечных лучей, чем зона экватора, или тропическая зона. Регионы, дальше всего удаленные от экватора, получают наименьшее количество тепла.

Когда лучи падают на Землю под углом, они проходят через более толстый слой атмосферы, и часть тепла поглощается воздухом — в этом дру­гая причина, почему другие зоны получают мень­ше тепла.

Все эти причины делают экватор самым жар­ким районом на Земле. Правда, здесь мы говорим о том, что называется «солнечным климатом», то есть климатом, зависящим только от солнечного тепла. Однако существует много других факторов, которые определяют так называемый «физический климат» — климат, который действительно обна­руживается на Земле.

Наиболее важными из этих факторов являются вода, земля и высота над уровнем моря. Воды океанов и океанские течения, существование больших пространств суши, высота местности над уровнем моря — все это вместе создает различ­ные климаты, невзирая на местоположение на Земле. Поэтому в определенное время в каком-то месте, далеком от экватора, может быть жарче, чем на самом экваторе, хотя экваториальный рай­он является самым жарким на Земле.

«Огни святого Эльма» — одно из многих инте­ресных явлений, связанных с молнией, и, чтобы понять его, мы должны вспомнить, что происхо­дит, когда сверкает молния.

Все дело в наличии двух типов частиц — поло­жительных и отрицательных. Эти два типа частиц сильно притягиваются друг к другу, и если их разъединить, то они будут стремиться соединиться вновь.

Когда в туче создается сильный отрицательный или положительный заряд, он вызывает противо­положный заряд внизу, на земле. Электроны на­чинают перемещаться из области отрицательного заряда в область положительного. Они постепенно образуют канал или каналы заряженных частиц между землей и тучей, и когда образуется большая волна электронов, происходит вспышка молнии.

Теперь предположите, что вместо того, чтобы позволить зарядам накапливаться до тех пор, по­ка напряжение не станет слишком большим и не должно будет быть разряжено, был бы другой способ помочь зарядам снизу, с земли просочить­ся к верхним. Вместо разряда молнии заряд про­сочился бы в виде «щеточного разряда». Именно так, кстати, и действует громоотвод. Вершина громоотвода помогает электронам просочиться.

«Огонь святого Эльма» — это свечение, кото­рое сопровождает подобный «щеточный разряд» атмосферного электричества. Оно появляется в виде огонька на концах остроконечных объектов, таких, как церковные колокольни или мачты ко­раблей, причем здесь оно появляется чаще всего во время шторма. Мы обычно слышим при этом потрескивание или шипение.

Другое место, где часто наблюдается «огонь святого Эльма»,— это лопасти пропеллеров, а так­же на концах крыльев, ветровых стеклах и на но­су самолетов, когда они летят в сухую снежную погоду или недалеко от того места, где идет гро­за. Этот электрический заряд может быть иногда настолько сильным, что вызывает электростатиче­ские явления в радио этого самолета.

Если бы земная кора не была достаточно твер­дой, она бы сотрясалась и постоянно поднималась и опускалась. Но в некоторых местах земной ко­ры породы не сильно прижаты друг к другу — здесь и происходит разлом. По линии разлома од­на горная масса трется о другую с очень большой силой. Энергия этого трения переходит в колебания в самих горных породах — и происходит зем­летрясение.

Есть два способа описать землетрясение с точ­ки зрения его размеров. Во-первых, учитывается, какова сила землетрясения, во-вторых, определя­ется какой ущерб оно принесло. Поскольку поте­ря человеческих жизней и разрушения беспокоят людей больше, чем технические измерения, то среди самых больших землетрясений люди помнят именно те, в которых погибло больше людей.

Наиболее известным из происшедших в Север­ной Америке было землетрясение в Сан-Франци­ско в 1906 году. Вслед за землетрясением начался большой пожар. Погибло 700 человек, ущерб со­ставил около 425 миллионов долларов. Не так давно, в феврале 1971, года произошло сильное землетрясение в районе Лос-Анджелеса, ущерб от разрушения домов, служб и дорог составил мно­гие миллионы долларов.

Одно из самых известных землетрясений в Ев­ропе было в Лиссабоне, в Португалии, в 1755 го­ду. Город был разрушен, погибло 30 000 человек. В 1908 году в Калабрии и на Сицилии в результате землетрясения погибло около 75 000 чело­век. В 1915 году в Центральной Италии пострада­ли сотни городов и деревень, 30 000 человек по­гибли.

Два больших землетрясения, принесших гро­мадный ущерб, произошли в Токио (Япония) и в провинции Кансю в Китае. Токийское землетря­сение 1923 года унесло жизни более чем ста ты­сяч человек, кроме Токио, пострадал и город Иокогама. Китайское землетрясение охватило территорию площадью более 480 кв. км и унесло жизни более двадцати тысяч человек.

Однако землетрясение может быть сильным, но небольшим по разрушениям. Например, значи­тельное землетрясение было зарегистрировано в США, но едва ли многие люди о нем знают. Оно произошло рядом с городом Нью-Мадрид (в штат Миссури) в 1811 и 1812 годах. Ощущались 1874 отдельных подземных толчка, а некоторые из них были зарегистрированы на расстоянии 640 км от эпицентра. Но эта территория была слабо населе­на, и поэтому ущерб был незначителен.

Поскольку ученые (даже с помощью прибо­ров) не могут проникнуть очень глубоко в недра Земли, они вынуждены использовать другие мето­ды исследования ее внутреннего содержания.

Один из этих методов — изучение вулканиче­ских извержений. Они выбрасывают на поверх­ность раскаленные газы и расплавленные горные породы, что указывает на то, что внутри Земли очень жарко. Другой метод — изучение землетря­сений. Волны, возникающие во время землетрясе­ний, создают подобие рентгеновского снимка внутренней части Земли.

Когда происходит землетрясение, различные типы колебаний распространяются во всех на­правлениях через горные породы. Эти волны на­зываются сейсмическими волнами. Они проходят через разные материалы с разной скоростью, а их направление изменяется, когда они идут от одно­го вида горной породы к другому. Изучая эти волны с помощью очень чувствительных прибо­ров, ученые могут узнать, что находится внутри Земли. Они заметили, что на глубине 2880 км происходит резкое изменение направления движе­ния сейсмических волн. Одни типы волн изменя­ют направление, другие полностью гасятся. По­этому на этой глубине должно быть изменение материала. Ударные волны от землетрясения до­стигают разных сейсмических станций в разное время. Отчасти это происходит из-за материала, через который проходят волны. В этом другой ключ к разгадке того, что находится внутри Земли.

Вот лишь краткий ответ на вопрос, что нахо­дится внутри Земли: верхний слой, кора, состоит из твердых горных пород. Ее толщина составляет около 48 км под континентами и 5 км под океа­нами.

Под корой находится мантия, которая также состоит из твердых пород. Она уходит вглубь на 2880 км. Внутренняя часть Земли — ядро. Суще­ствует внешнее жидкое ядро, в основном состоя­щее из расплавленного железа и никеля, внутри которого находится внутреннее твердое металли­ческое ядро, диаметр его около 2560 км

Так как Земля подвешена в космосе, «взве­сить» ее — совсем не то же самое, что положить предмет на чашу весов. Когда мы говорим о весе Земли, мы имеем в виду количество вещества, из которого она состоит. Это называется массой.

Масса Земли — около 5,976 секстиллионов тонн. Чтобы вы могли наглядно себе представить, как выглядит что число, то вот оно: 5 976 000 000 000 000 000 000. Как же ученые подсчитали, что масса Земли именно такая.

Чтобы сделать это, они использовали принцип, основанный на том, что два тела притягиваются друг к другу. От этого зависит сила гравитации. Проще говоря, закон гравитации гласит, что два тела притягиваются друг к другу с силой, которая зависит от их массы и расстояния между ними. Чем больше предметы, тем значительнее сила, которая притягивает их друг к другу. Чем дальше друг от друга они находятся, тем эта сила меньше.

Чтобы измерить вес Земли, нужно сделать следующее: маленький груз подвесить на нити, затем измерить точное положение этого груза. Потом тонну свинца надо расположить рядом с подвешенным грузом. Между ним и свинцом воз­никнет притяжение, в результате которого груз чуть-чуть отклоняется в сторону. (В действитель­ности это отклонение составляет меньше чем 0,000 02 мм, то есть вы видите, насколько точ­ным должно быть измерение.)

После этих измерений ученые могут с по­мощью математики вычислить вес Земли. Они из­мерили силу земного притяжения по отношению к весу, и измерили силу, с которой тонна свинца притягивает подвешенный груз. Относительная разница может быть вычислена, она и скажет о массе Земли.

Чем же создается эта масса? Сюда входит кора из твердых горных пород, затем слой, называе­мый мантией, который также представляет собой твердые породы и уходит вглубь на 2880 км, за­тем идет внутренняя часть — ядро (около 3360 км в радиусе). Ядро жидкое из-за высокой темпе­ратуры в центре Земли.

Давайте рассмотрим их одна за другой и по­смотрим, что получится в каждом случае.

Меркурий вращается вокруг Солнца за 88 дней. Ученые полагают, что Меркурий обращает­ся вокруг своей оси за 58 или 59 дней. Это зна­чит, что он имеет солнечный день (период, вклю­чающий день и ночь) длиной около 180 земных дней.

Венера, как это было открыто не так давно, обращается вокруг своей оси за 243 дня. Марс вращается почти с такой же скоростью, что и Земля. А так как его ось тоже наклонена, то он имеет такие же времена года, что и Земля. Юпи­тер, самая большая из всех планет, вращается очень быстро. Ему требуется меньше 10 часов, чтобы сделать один оборот вокруг своей оси. Сатурн также вращается очень быстро. Ему требует­ся только 10 часов 14 минут, чтобы обернуться вокруг своей оси. Уран вращается очень странно, так как практически лежит на боку.

Нептун и Плутон — самые дальние и наименее изученные планеты по сравнению с другими. Не­птун поворачивается вокруг своей оси за 18,5 ча­сов, а его путь вокруг Солнца занимает почти 165 лет. Плутону же требуется почти 249 земных лет, чтобы обойти вокруг Солнца один раз.

Сейчас, когда мы живем в век космических исследований, ученые узнают больше о другой части Солнечной системы, чем человек когда-ли­бо знал, и человечество постоянно приобретает больше знаний о движении других планет.