Владимир Егоркин - Безопасность группового мореплавания. Международно-правовые аспекты
Важным метеорологическим фактором, влияющим на безопасность мореплавания, являются атмосферные процессы, в которых участвует вода. Всем известно о круговороте воды в природе, об испарении как источнике воды в атмосфере. В результате испарения воды с поверхности океанов и материков в атмосферу поступает пар. Подсчитано, что в среднем за год со всей поверхности Земли испаряется 52 трлн т воды, из которых 45 трлн т приходится на долю испарения с поверхности океанов и 7 трлн т – с поверхности суши. Ветром пар переносится на большие расстояния в горизонтальном направлении, а благодаря конвекции и турбулентности он распространяется по всей толще тропосферы. Водяной пар в атмосфере конденсируется и выпадает в виде осадков на земную поверхность. Общее количество воды, выпадающей из атмосферы в виде осадков за год, примерно в 40 раз больше, чем общее содержание воды в атмосфере. Количество воды, которое имеется в атмосфере, составляет примерно 0,001 % мировых запасов воды, причем основная часть ее в атмосфере (95 %) находится в виде пара и лишь 5 % массы воды приходится на долю облачных частиц (капель воды и кристаллов льда).
Испарение обычно характеризуется массой испарившейся жидкости. Эта величина, рассчитанная на единицу поверхности за единицу времени, дает скорость испарения, которая увеличивается с повышением температуры благодаря упругости насыщения и, следовательно, дефицита влажности. Поскольку испарение идет при большой затрате тепла, то оно больше в теплых районах, чем в холодных, в теплое время суток, чем в холодное. Ветер способствует удалению молекул водяного пара из слоя воздуха, прилегающего к поверхности воды. Очевидно, что чем больше скорость ветра, тем больше и испарение.
Максимально возможное (не лимитируемое запасами воды) испарение в данной местности при существующих в ней атмосферных условиях называется испаряемостью. Фактическое испарение может быть либо равным, либо меньшим испаряемости. Например, в пустынях испаряемость велика, а испарение может быть близко к нулю. В Сахаре испаряемость в год равна 4000 мм, в районе Ташкента – 2000 мм в год; фактическое испарение в этих районах ничтожно мало. В океане испарение равно испаряемости. С океанической поверхности испаряется в среднем за сутки в экваториальной зоне 3–4 мм, а в умеренных широтах 1–2 мм. В среднем для всего земного шара испарение примерно равно 100 см в год.
Суточный ход абсолютной влажности над морями и океанами, на побережье и над материками зимой параллелен суточному ходу температуры. Наибольшие значения приходятся на 14–15 часов, наименьшие – на время, близкое к восходу Солнца. Наибольшая влажность в июле, наименьшая – в январе.
Когда водяной пар в атмосфере достигает насыщения, начинается процесс конденсации (образование капель воды) или процесс сублимации (непосредственное образование кристаллов льда из водяного пара).
Конденсация и сублимация водяного пара происходят как в атмосфере, так и на земной поверхности и расположенных на ней предметах. Конденсация начинается, когда температура понизится до точки росы. Если точка росы ниже 0 градусов, то может произойти не только конденсация, но и сублимация. Однако в атмосфере сублимация происходит только лишь при температурах ниже –40 градусов. При более высокой температуре пар в атмосфере конденсируется, образуя переохлажденные капли. При наличии охлажденных ниже точки росы поверхностей водяной пар конденсируется на них (на палубе, шлюпках, надстройках и пр.). Так образуются роса и жидкий налет. Если температура этих поверхностей ниже точки замерзания, то осаждающийся водяной пар сублимируется, образуя иней и твердый налет.
Обычно в атмосфере в том или ином количестве во взвешенном состоянии находятся аэрозоли – мельчайшие твердые и жидкие частички, на которых и происходит конденсация водяного пара. Эти частички называются ядрами конденсации. В чистом воздухе, лишенном всяких примесей, конденсация не происходит.
Ядрами конденсации над океанами обычно являются частички солей, которые попадают в воздух в больших количествах при испарении брызг морской воды в воздухе, а также частички распыления почвы и продукты горения.
Ядра конденсации очень малы: их размеры составляют десятые и сотые доли микрона; изредка встречаются и более крупные – свыше одного микрона. Вследствие своей малости они переносятся ветром на большие расстояния. Адсорбируя на своей поверхности молекулы водяного пара, капли чаще всего плавают в атмосфере в виде мельчайших капель раствора солей и кислот. При повышении относительной влажности они начинают расти, а при значениях относительной влажности около 100 % превращаются в капли облаков и туманов.
Число ядер конденсации в 1 куб. см воздуха у земной поверхности над океаном составляет несколько тысяч, над сушей – от десятков тысяч в сельской местности до сотен тысяч и миллионов в больших городах. С высотой число ядер быстро убывает. Однако облачные капли возникают не на всех, а только на наиболее крупных ядрах. В нижней части тропосферы число капель в облаках – несколько сотен на 1 куб. см. В верхней тропосфере содержание ядер конденсации мало́ – по одному на 1 куб. см. Столь же мало́ и число капель в облаках.
Систематические наблюдения за влажностью позволяют судоводителю выявить некоторые признаки изменения погоды. Так, быстрое возрастание упругости водяного пара вместе с понижением температуры и давления свидетельствует о приближении циклона или грозы. Постепенный рост упругости водяного пара с одновременным ростом относительной влажности и понижением температуры предупреждает о возможности возникновения тумана. При плавании в тумане всегда необходимо знать степень его устойчивости, как долго он продержится. Высокая относительная влажность с незначительным суточным ходом и умеренная температура воздуха без тенденции к повышению свидетельствуют об усилении тумана и его устойчивости. Наоборот, уменьшение относительной влажности и повышение температуры – признаки ослабления тумана и наступления ясной погоды.
Влажность воздуха влияет на работу судовых дизельных установок. Повышение влажности воздуха ведет к уменьшению содержания сухого воздуха и кислорода в цилиндрах двигателя, что вызывает ухудшение сгорания топлива, а следовательно, к уменьшению коэффициента полезного действия двигателя, индикаторного давления и мощности, т. е. ухудшает мореходные качества судна, его безопасность.
Влажность воздуха очень существенно влияет на сохранность груза на судне. Каждый груз имеет свои гигроскопические свойства. Например, металлы негигроскопичны и влажность для них опасна лишь в качестве стимулятора ржавления. Однако такие грузы, как бумага, джут, мука, зерно, табак, какао, сахар и другие товары и продукты обладают высокой гигроскопичностью. Например, сахар, впитывая влагу, не только портится, но и заметно увеличивает свой вес. Кроме того, появление из-за влажности сырости в трюме благоприятствует развитию плесневых грибков и других микроорганизмов, наносящих вред перевозимым грузам.
При рейсах из холодных районов в теплые (из высоких широт в низкие), особенно зимой, судно попадает в районы с теплым влажным воздухом. Температура перевозимых грузов вследствие их тепловой инерции меняется постепенно. В течение некоторого времени грузы сохраняют температуру, которую они имели в пункте отправления. Если теплый и влажный воздух проникает в трюм и температура поверхности грузов ниже точки росы притекающего воздуха, то на этой поверхности образуется пленка воды. Она растет тем интенсивнее, чем сильнее проветривается трюм и чем быстрее следует судно, ибо при этом уменьшается время, в течение которого температура груза могла бы прийти в соответствие с новыми окружающими условиями. Сухой холодный груз может быстро увлажниться при разгрузке его в теплой зоне.
В рейсах из теплых районов в холодные, например, из низких широт в высокие, пленка воды может появиться на бортах, переборках и палубных перекрытиях трюмов. Температура трюмного воздуха и, следовательно, его точка росы высоки, и при охлаждении внешних поверхностей трюма их температура быстро достигает точки росы воздуха в трюме. Поэтому при переходе из теплой зоны в холодную вентиляция обычно приводит к осушке трюмов. Однако интенсивное проветривание может вызвать охлаждение поверхности гигроскопичных грузов и тогда в прилегающих к этой поверхности внутренних слоях груза может образоваться новая поверхность конденсации.
В каждом конкретном случае задача вентилирования трюмов решается с учетом свойств груза, его температуры, а также параметров наружного воздуха и воздуха в трюме.
Фактором, влияющим на условия одиночного и группового плавания морских судов, являются наземные осадки. Осадками называются продукты конденсации или сублимации водяного пара, выпадающие из облаков или осаждающиеся из воздуха на земной поверхности или предметах. К ним относятся роса, иней, жидкий и твердый налеты, изморозь.
