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.

Когда мы читаем об освоении человеком Луны и планет, мы часто сталкиваемся с вопросами, ка­сающимися атмосферы. Есть ли атмосфера и на других планетах?

Насколько известно ученым, ни одна планета или звезда не имеет атмосферы, похожей на на­шу. Что такое атмосфера? Мы можем представить ее в виде океана воздуха, окружающего Землю и имеющего высоту в несколько сотен миль.

Океан воздуха имеет один и тот же состав по всей Земле. В основном он состоит из определен­ных газов, которые всегда остаются в одной и той же пропорции. Около 78 процентов составляет азот, 21 процент — кислород, и оставшийся один процент составляют газы, которые называются редкими — аргон, неон, гелий, криптон и ксенон.

Воздух, окутывающий Землю, имеет одинако­вый химический состав до высоты 18 миль, хотя эта цифра может доходить и до 44 миль. Когда вы достигаете верхнего слоя атмосферы, вы ока­зываетесь в верхней точке того, что называется тропосферой. Это ближайший к поверхности Зем­ли слой.

На высоте от 18 до 31 мили от поверхности Земли находится слой горячего воздуха, темпера­турой около 42 градусов по Цельсию. Причиной нагрева этого слоя является поглощение тепла солнечных лучей имеющимся здесь озоном. Озон — это особая форма кислорода, где молеку­ла состоит из трех атомов кислорода вместо обычных двух. Горячий озоновый слой служит для того, чтобы защитить нас от наиболее актив­ных солнечных лучей — ультрафиолетовых. Без него мы не выдержали бы солнечного света.

Еще выше находится слой, или несколько сло­ев, которые называются ионосферой, находящей­ся на высоте от 44 до 310 миль над землей. Ионосфера состоит из частиц, наэлектризованных Солнцем.

Молекулы воздуха находятся в постоянном движении. Атмосфера может удерживаться лишь в том случае, когда молекулы все время сталкиваются друг с другом и не могут улететь. Но чем выше, тем воздух становится все более разрежен­ным. Очень мала вероятность того, что молекула снизу отскочит обратно после столкновения с мо­лекулой сверху. Поэтому молекулы выходят в от­крытое пространство, и атмосфера разрежается полностью. Существует зона, которая называется экзосфера, где оторвавшиеся молекулы движутся почти свободно, и эта зона начинается с высоты 400 миль и простирается до 1500 миль.

Когда ручей или река переливается через сте­ну из камня в виде утеса или обрыва, то получа­ется водопад. Там, где стена не обрывается верти­кально, а имеет пологую форму, стекающая вода называется каскадом. Иногда в каскаде вода сте­кает по целой серии пологих склонов.

Ниагарский водопад — хороший пример того, как нависающий край скалы создает водопад. Верхний слой скалистых пород на Ниагаре состо­ит из твердого доломита. Под доломитом находят­ся мягкие глинистые сланцы. Река Ниагара пере­ливается через доломитовый утес в огромную водную чашу внизу, где бурлящие воды вымыва­ют сланцы и подмывают, таким образом, верхние слои доломита. Время от времени огромные мас­сы доломита обрушиваются, и обрыв остается по-прежнему крутым. В других водопадах этого типа в качестве твердой породы могут служить песча­ник, известняк или лава.

Другой тип водопада представляет из себя Ниж­ний Йеллоустонский водопад. Когда-то в незапа­мятные времена из-под земли поднялась огромная масса расплавленной породы, которая потом за­твердела и образовала стену на пути течения реки.

В некоторых случаях в горные долины глубо­ко вгрызались ледники, оставляя за собой отвес­ные стены, с которых низвергались водопады. В других случаях высокие плато поднимались из-за перемещений в земной коре, и водные потоки пе­реливались через их края.

В мире наиболее известны три водопада: Ниа­гарский водопад, водопад Виктория на реке За­мбези в Африке и водопад Игуассу на стыке гра­ниц Аргентины, Бразилии и Парагвая. Наиболь­ший объем воды имеет Ниагарский водопад.

Самый высокий водопад в мире находится в Венесуэле. Это водопад Анхель, вода в котором падает с высоты 1005 метров. Впервые его увидел с самолета Джимми Эйнджел в 1935 году, а в 1948 году здесь впервые появились люди.

Некоторые водопады приносят большую поль­зу в обеспечении человека энергией. Водопады используются для выработки электроэнергии, ко­торая приводит в действие заводы. Примерно по­ловина гидроэнергетических ресурсов мира сосре­доточена в Африке, но они еще большей частью не разработаны.

Вода из артезианского колодца может взлетать высоко в воздух, как и из гейзера, из емкости, находящейся глубоко под землей. Название про­исходит от названия местности Артуа в северной Франции, где более 800 лет тому назад был про­бурен первый колодец такого типа.

Артезианские колодцы возможны только при определенных условиях. Между двумя слоями во­донепроницаемой скальной породы должен быть слой из пористого камня или из песка. Где-то этот пористый слой должен выходить на поверх­ность, чтобы дождевые или снеговые осадки мог­ли впитываться в него и опускаться вниз, пока не попадут между водонепроницаемыми слоями, рас­полагающимися сверху и снизу.

Огромное давление со всех сторон держит воду в заточении, пока ее не освобождает человек. Когда отверстие диаметром в несколько сантиметров пробуривается прямо через твердый верхний слой и попадает в водоносный слой, освобожденная во­да с огромной силой вырывается на поверхность.

Еще древние китайцы и египтяне делали арте­зианские колодцы. В старину в Европе некоторые колодцы бурились в течение шести-восьми лет. Современная техника выполняет эту задачу легко и быстро.

В районе Эджмонта в Южной Дакоте два ко­лодца, пробуренные на глубину примерно 915 метров, дают около 4 миллионов литров воды ежедневно. Температура воды, достигшей поверх­ности с такой глубины, составляет 37 градусов по Цельсию. Из другого колодца в этом же районе течет поступает более горячая вода!

В некоторых крупных городах США, а также во многих местах Лондонского региона значи­тельная часть, а то и вся потребляемая вода до­бывается из артезианских скважин. Самый боль­шой в мире артезианский район находится в Авс­тралии.

За всю историю человечества накопилось нема­ло свидетельств, рассказов и преданий о крупных наводнениях. Причина этого проста: наводнения были всегда. Первобытные люди намеренно сели­лись в долинах, расположенных на пути наводнений — потому что земли здесь были плодородными.

Что такое наводнение? Это такое состояние, когда вода выходит из берегов и растекается по­всюду. А что является причиной наводнений? — накопление большого количества воды в реке в результате сильных дождей. Вода может появ­ляться из других источников или резервуаров, от­куда она течет в реку. Река обычно омывает обшир­ный район, или «бассейн», и сильный поток воды из любого места в этом бассейне заставляет подни­маться уровень воды в реке и затоплять берега.

Некоторые наводнения очень полезны. Нил, например, каждый год с незапамятных времен вместе с разлившейся водой приносит плодород­ный ил с высокогорья. С другой стороны, река Хуанхэ в Китае периодически становится причи­ной гибели людей и разрушений. Например, в 1935 году из-за разлива этой реки 4 миллиона людей остались без крыши над головой!

Можно ли предотвращать наводнения? Навер­ное, это невозможно, потому что сильные дожди идут независимо от воли человека. Но предприни­маются большие усилия, чтобы обуздать наводне­ния, и когда-нибудь, наверное, это будет сделано.

Существуют три способа обуздать наводнения. Один из них — строить дамбы и делать насыпи для защиты сельскохозяйственных угодий в тех местах, куда доходит вода. Второй способ — уст­раивать каналы для экстренных случаев, или во­досливы, чтобы отводить избыток воды. Третий способ — содержать большие резервуары для на­капливания воды и постепенного ее слива в боль­шие потоки.

Во многих странах количество дождевых осад­ков измеряется прибором, который называется дождемером. Дождемер, используемый метеоро­логами Соединенных Штатов, имеет вид полой трубки, закрытой снизу и имеющей раструб в верхней части.

Этот прибор помещается на открытом месте, и градуированная шкала на нем показывает, сколь­ко в него попало дождевой воды. Метеорологи говорят, что выпал дюйм дождевых осадков, если в данной местности воды выпало столько, чтобы образовать на поверхности этого места слой воды толщиной в один дюйм.

Место, где выпадает меньше 10 дюймов (25 сантиметров) в год, называется пустыней. От де­сяти до двадцати дюймов достаточно для того, чтобы росла трава, но для сельского хозяйства требуется больше 20 дюймов.

Если в течение теплого времени года выпадает больше 250 сантиметров осадков, дикая расти­тельность становится такой густой, что заглушает культивируемые растения. Так происходит в джунглях Бразилии, в Центральной Африке и в Индии. В Индии есть место, которое называется Черрапунджи, где в год выпадает около 1140 сан­тиметров дождя! И напротив, Египту достается лишь 4 сантиметра дождя в год. В Соединенных Штатах наибольшее количество осадков выпадает на побережье штата Вашингтон и в Орегоне — 200-250 сантиметров. В некоторых местностях Аризоны выпадает меньше 8 сантиметров в год. Самый большой уровень осадков, зарегистриро­ванный в Великобритании, составляет 257 дюймов (653 сантиметра) в Камберленде в 1954 году.

Вы когда-нибудь летели на самолете сквозь облака или, может быть, забирались высоко на гору и наблюдали, как вокруг вас клубятся обла­ка? Тогда вы должны хорошо представлять, что такое облако: просто скопление тумана.

Как вы знаете, в воздухе всегда содержатся водяные пары. В летнее время в воздухе больше пара, потому что температура выше. Когда пара в воздухе очень много, достаточно небольшого по­нижения температуры, чтобы он начал конденси­роваться (то есть образуются капельки воды). В этом случае мы говорим, что воздух насыщается.

Достаточно лишь небольшого понижения темпе­ратуры, чтобы водяные пары в насыщенном воз­духе стали конденсироваться. Поэтому, когда на­сыщенный теплый воздух поднимается на высоту, где температура ниже, происходит конденсация, и получаются облака. Молекулы воды соединяются и образуют бесчисленные маленькие капельки.

Что происходит, когда все эти водяные ка­пельки в облаке встречаются с массой теплого воздуха? Они испаряются — и облако исчезает! Поэтому облака постоянно меняют свою форму. Содержащаяся в них вода постоянно превращает­ся то в воду, то в пар.

Капли воды, содержащиеся в облаке, имеют вес, поэтому тяготение тянет их вниз, и они опу­скаются все ниже и ниже. Когда большая их часть упадет, они достигают более теплых воз­душных слоев, и этот теплый воздух заставляет их испаряться. Поэтому получаются облака, из которых не льется дождь. Они испаряются, и кап­ли не успевают достичь земной поверхности.

Но если предположить, что воздух под тучей не является более теплым? Что это очень сырой воздух? Тогда капли будут все увеличиваться и увеличиваться в размерах, и конденсация будет все сильнее.

Довольно скоро все маленькие капельки пре­вратятся в большие капли, достигающие земли, и пойдет дождь!