Николай Непомнящий - 100 великих загадок природы
Хрупкие, легчайшие снежинки проходят долгий и прихотливый путь Зарождаются они в облаках, конденсируясь из водяных паров в виде крохотных капелек. Все происходит согласно упомянутому нами «эффекту Мпембы»: капельки остывают до температуры ниже О °С, но не замерзают. Лишь витающие в воздухе пылинки способствуют их превращению в снег. Как только капельки воды сталкиваются с этими «центрами кристаллизации», они тут же «взрываются», застывая шестиконечными кристалликами.
По мере приближения к Земле, они притягивают к себе все новые капли, постепенно увеличиваясь в размерах. Японский физик Укихиро Накая еще в 1930-е годы выяснил, что форма снежинок зависит от температуры окружающего их воздуха. Так, если на пути снежинки встретится поток очень холодного воздуха, кристаллик начинает расти в высоту, вытягиваясь словно небольшой столбик. Более теплые слои воздуха формируют симметричные многогранные пластинки. Если температура воздуха оказывается выше точки замерзания, снежинка тает, вновь превращаясь в дождевую каплю.
Все это выглядит слишком схематично: если тепло — в воздухе носятся миллионы пластинок, если холодно — с неба сыплются одинаково удлиненные кристаллики. А вот этого — единообразия — как раз нет! На самом деле снежные хлопья минуют не один температурный слой, а множество. Постоянное чередование температуры превращает кристаллики снега в уникальное творение. Четыре года назад американские ученые, обследовав около 12 000 снежинок, выявили у них самые разнообразные дефекты, нарушавшие симметрию. Под электронным микроскопом были видны многочисленные точечные и нитевидные «довески», портившие безупречную форму снежинок. Немецкие метеорологи подсчитали, что каждый год на Германию падает несколько септильонов (число с 24 нулями) снежинок. Но среди них не найти двух одинаковых!
Снежный покров, устилающий землю в зимние месяцы, жизненно важен для растений. Он спасает их от вымерзания. Рыхлый снег содержит большое количество воздуха. Порой «снежная перина» на 90 процентов состоит из воздушной начинки, а та, как известно, является превосходным изолятором. Недаром окна в наших домах двойные, с прослойкой воздуха между стеклами, который защищает жилище от холода. Тот же эффект используют эскимосы, строя свои зимние хижины из снега. Внутри иглу тепло (температура доходит до +10 °С), и, как мы выяснили, потолок никогда не осыпается.
Космический град жизниВозможно, что жизнь на Земле тоже зародилась благодаря льду — космическому льду. Оживленная дискуссия на эту тему вспыхнула в 1981 году, когда в руки ученых попали фотоснимки, сделанные в верхних слоях атмосферы спутником «Dynamics Explorer». Это были потрясающие цо качеству фотографии, на которых, впрочем, имелся один изъян: там виднелось множество черных точек. Эксперты предположили, что фотопленка оказалась с дефектом. Совсем по-иному рассудил Луис Френк, профессор физики из Айовского университета. По его мнению, фотокамера запечатлела многочисленные космические «снежки», летящие в сторону Земли. Каждый день, по словам Френка, нашу планету обстреливает около 30 000 ледяных комет. Впрочем, эти глыбы высотой с дом испаряются, попав в атмосферу, поэтому до сих пор их никто никогда не замечал.
Смелое утверждение! Так можно объяснить не только появление водяных паров в атмосфере. За миллионы лет эти космические «снежки» принесли на Землю, наверное, столько воды, что все впадины и низменности рельефа покрылись океанами и морями! Земля — это пустой сосуд, без устали наполняемый Космосом. Довольно! Коллеги посчитали профессора Френка фантазером. На научных конференциях с ним перестали разговаривать. Его исследовательские заявки отклонялись. Научно-популярные журналы возвращали его статьи. Однако физик не сдавался. В 1997 году, вооружившись новой фотокамерой, он заснял на пленку светящиеся следы. Их оставляли распадавшиеся снежные глыбы — те самые мини-кометы. Ученый был реабилитирован и стал знаменитостью. «Его гипотеза подтверждается!» — вынуждены были признать противники профессора Френка.
ВЕЛИКИЙ МЕТЕОРОЛОГ — ОКЕАН
Погода зарождается в Мировом океане. Как это происходит? Чтобы найти ответ, ученые используют весь арсенал современной техники — от крупных научно-исследовательских судов до специальных буев. Собранные данные позволят когда-нибудь прогнозировать погоду на несколько лет вперед.
«Мы думаем, что скоро это удастся», — говорит Эрнст Майер-Раймер. Таких специалистов, как он, во всем мире наберется лишь два с половиной десятка. Эти люди занимаются созданием глобальных моделей климата. Речь идет ни много ни мало о предсказании погоды на целых полгода вперед! Как подобает ученому, Майер-Раймер немедленно уточняет сказанное: «Конечно, мы и впредь, встречая новогодний праздник, не в силах будем сказать: пятого августа после обеда будет солнечный, теплый день. Зато мы сможем уверенно заявить лето будет жарким и сухим. Вероятность такого события — 70 процентов».
Но даже это уверение звучит как сенсация! Любой фермер, думающий об урожае, любой «белый воротничок», загодя планирующий отпуск, хотел бы знать, каким будет лето — жарким и сухим, сырым и прохладным или же так себе, «середина на половину». Миллионы людей, располагай они точными прогнозами, постарались бы изменить свои планы. Целые отрасли промышленности (например, текстильная) развивались бы иначе, если бы можно было знать, что будет летом, а какие сюрпризы преподнесет зима.
Сотрудники Германского центра моделирования климата разрабатывают все новые схемы, в которые пытаются втиснуть поведение океанов и атмосферы. Самый большой успех ожидал их четыре года назад, когда удалось предсказать приближение «Эль-Ниньо». Катастрофа разразилась в конце 1997 — начале 1998 года. Тогда почти все части света охватило ненастье. В Северной Австралии и Юго-Восточной Азии разразилась засуха. На Южную Америку обрушились мощные ливневые дожди. Все это не застало людей врасплох. О климатической смуте ученые узнали заранее — за год с лишним до грянувших перемен.
Итак, долгосрочные прогнозы — вещь вполне реальная, и залогом тому — не только мощь современных компьютеров. Метеорологи приступили к самому фандиозному исследованию Мирового океана, которое когда-либо затевалось Их проект называется WOCE (World Ocean Circulation Experiment. Опыт по циркуляции Мирового океана). Ученые из тридцати стран мира уже лет десять исследуют Океан в рамках этого общего проекта. Никогда прежде наука не уделяла столько внимания водной среде, объемлющей шар земной. По некоторым параметрам всего за какое-то десятилетие количество собранной информации об Океане увеличилось в десятки раз.
«Собственно говоря, приступая к проекту WOCE, мы думали создать нечто вроде моментальной фотофафии Океана», — вспоминает профессор Эрнст Аугштайн, заместитель директора Института морских и полярных исследований им. Альфреда Вегенера.
Где таится судьба атмосферы?Океан, как полагали ученые прежде, это нечто неизменное, неторопливое, спокойное Медленно, равномерно катятся волны. Одна и та же картина повторяется изо дня в день, из года в год. Разве изменится что-нибудь за какой-то десяток лет? Океан «тяжел на подъем».
Как они заблуждались! Никакого однообразия и постоянства никогда не существовало Океан менялся на глазах, но этого не замечали. И вот ученые открыли «неожиданно высокую изменчивость океанических процессов», как подчеркнуто в отчете WOCE. Выяснилось, что «Свободная стихия» наделена непостоянным и буйным норовом Величавая торжественность, с которой она «катит волны голубые», обманчива.
Океан, — теперь это очевидно, — сродни атмосфере. Его просторы бороздят гигантские водовороты, которые можно сравнить с областями циклона и антициклона. Волны, скрывшись под поверхностью Океана, обегают весь земной шар. Громадные морские течения образуют петли и меандры. Они то распадаются на отдельные рукава, то снова сплетаются в единый поток. «Теперь мы знаем, что всего за несколько лет Гольфстрим может изменить свое положение», — поясняет Аугштайн. В морских глубинах царит тот же хаос, что и в воздухе. Волны как вихри, валы как ветры. Смятение небес отражается в пучине вод.
Изучая этот хаос, невозможно опираться на привычные представления и прежний опыт. «Процессы, происходящие в океане, столь грандиозны, что зачастую наша интуиция нас лишь обманывает», — сетует океанолог Эндрю Бакун. Вот простой пример. Если мы, уютно расположившись в ванне, проведем рукой по воде, создавая волну, то она помчится прямо вперед. В море, повинуясь действию силы Кориолиса (инерционной силы, вызванной суточным вращением Земли), любые волны, любые течения отклоняются от прямой линии. В Северном полушарии они поворачивают вправо, в Южном полушарии — влево.
Продолжаем наши опыты в ванной: когда волна докатится до стенки, она тут же отступит назад. Совсем иначе ведут себя волны, достигшие берегов континента. Они обычно огибают сушу, а близ экватора — и вовсе поворачивают в открытое море.
