Читаем Погода интересует всех онлайн бесплатно
Погода интересует всех
Когда у собеседников темы для разговора оказываются исчерпанными, как правило, они начинают говорить о погоде. Интерес к погоде был свойствен человеку всегда и надо думать, не оставит его и в будущем. Метеорология является одной из древнейших областей знания Книга Пфейфера представляет собой очерк по истории развития метеорологии с момента ее зарождения и до современных исследований земной атмосферы с помощью ракет и спутников. Но, в отличие от многих популярных книг, освещающих эти вопросы, книга Пфейфера обладает большим достоинством — она знакомит читателя с интереснейшими проблемами, которые до сих пор по тем или иным причинам незаслуженно мало затрагиваются в популярной литературе. Большое место отведено в книге вопросам биоклиматологии: заморозкам и борьбе с ними, климату помещений и искусственному климату, влиянию погоды на здоровье.
Наука, Образование / Зарубежная образовательная литература, зарубежная прикладная, научно-популярная литератураПод редакцией канд. геогр. наук Б. П. КАРОЛЬ
DR. FRITZ PFEIFER
WETTERZEICHEN ÜBERALL
Огромная газовая оболочка окружает земной шар. Она содержит примерно 1044 молекул различных газов и давит на нашу планету с силой около 51 квадриллиона тонн. Человек не в состоянии реально представить себе такие гигантские числа. Мы приводим их в самом начале книги для того, чтобы читателю стало ясно, что атмосфера — не ничто, не пустота, а весьма важная составная часть нашей планеты. Господствующие в ней необузданные силы приносят каждый год неисчислимые бедствия и даже смерть тысячам людей. Когда ураганы тропических широт за несколько часов уничтожают результаты труда человека, когда они беспощадно сметают с лица земли деревни и целые города, каждый раз возникает вопрос: как же это могло случиться? А причины наводнений или засух? Мы считаем, что получили удовлетворительные ответы, когда нам объяснили, какие метеорологические условия вызвали избыточное выпадение осадков или, наоборот, большую сухость почвы и воздуха. Но метеорологические условия неотделимы от процессов, происходящих в атмосфере. Общая картина метеорологических явлений может быть понята только в том случае, если мы будем рассматривать атмосферу как неотъемлемую часть нашей планеты. Поэтому мы прежде всего предлагаем рассмотреть, каким образом возникла воздушная оболочка Земли и как она на протяжении миллионов лет приобретала свои свойства. Поскольку атмосфера существует уже много миллиардов лет, а точные измерения производятся лишь около 200 лет, образование воздушной оболочки может рассматриваться лишь на основании теоретических исследований. При этом многие стороны данной проблемы пока остаются невыясненными.
Считается установленным, что первоначально Земля была огромным газовым шаром[1]. По мере охлаждения газы и пары, составлявшие шар, переходили в жидкое состояние, и затем постепенно формировалась твердая тонкая оболочка земной коры. Еще мало известны физические и химические свойства, которыми обладала атмосфера во время постепенного отвердевания поверхности земного шара. Однако представители различных отраслей естественных наук — астрономы, астрофизики, геофизики, геологи — утверждают, что в период выделения газообразных веществ из пород, которые образовались при отвердевании земной коры, т. е. около двух миллиардов лет тому назад, состав атмосферы был совершенно иным, чем сейчас. Возможно, что в период возникновения атмосфера Земли была такой же, как сейчас у гигантской планеты Юпитер, поверхность которой находится в стадии отвердевания. Основными составными частями земной атмосферы тогда были углекислый газ, азот, водяной пар, метан и аммиак.
Несомненно, что на ранних стадиях развития Земли ее газовая оболочка представляла собой густой и ядовитый туман, через который не пробивался ни один луч света. В атмосфере Земли непрерывно конденсировался водяной пар, но еще долгое время дожди не увлажняли поверхность планеты, ибо она была очень горячей и выпадавшие осадки тотчас же испарялись. Еще не вполне выяснено, куда девался углекислый газ, содержание которого в первичной атмосфере было очень высоким, и как в ней появился кислород. До возникновения твердой коры Земли в ее газовой оболочке, по всей вероятности, уже имелся кислород, но позднее, при образовании горных пород, содержащих кремний, он оказался связанным. Новое образование кислорода в земной атмосфере объясняют следующим образом. После первоначального использования кислорода в атмосфере должны были остаться многочисленные углеводороды. По мнению Опарина, в результате частых разрядов молний в атмосфере образовались различные аминокислоты, которые явились предпосылкой для появления жизни на Земле. На протяжении невообразимо длительных отрезков времени некоторые бактерии расщепляли углекислый газ на углерод и кислород. Содержание углекислого газа в атмосфере непрерывно уменьшалось, а кислорода увеличивалось. В эти древние эпохи атмосфера получала тепло главным образом в результате соприкосновения с земной поверхностью. В настоящее время внутренняя теплота земного шара вносит лишь очень незначительный вклад в нагревание атмосферы. Решающую роль в нагревании атмосферы играет солнечная радиация, которая обусловливает смену времен года и изменение температуры воздуха в течение суток. Много миллионов лет тому назад на Земле не было ни смены времен года, ни чередования дня и ночи, так как верхняя граница атмосферы отражала обратно в мировое пространство приходившую к ней солнечную радиацию. Можно считать, что, когда охлаждение земной коры закончилось, химический состав атмосферы уже не претерпевал существенных изменений.
В более поздние геологические эпохи развития земного шара в атмосфере имели место большие колебания метеорологических элементов на обширных пространствах. Они являлись причиной колебаний климата, который в свою очередь менял облик земной поверхности.
Особенно резкими были колебания климата в периоды, получившие название ледниковых. Интересно, что эти периоды всякий раз наступали после того, как Земля покрывалась густыми лесами и на ней образовывались каменноугольные бассейны. Оледенение распространялось из полярных областей к югу и достигало умеренных широт Земли. Теоретические исследования показывают, что атмосфера сильно охлаждалась, когда пышно развивающийся растительный покров уменьшал содержание в ней углекислого газа. Расчеты подтверждают, что без углекислого газа температура воздушной оболочки Земли действительно должна была бы понизиться. Несмотря на то что эта теория встречает возражения, все же считается твердо установленным, что даже незначительные изменения химического состава атмосферы могли явиться причиной изменений теплового режима на Земле.
Другое объяснение причин возникновения ледниковых периодов основано на предположении об изменении радиационного режима вследствие некоторых особенностей вращения Земли вокруг своей оси. По астрономическим данным было рассчитано количество солнечной радиации, приходившей к земному шару в разные периоды его существования. Оказалось, что периоды наименьшего прихода радиации к различным районам Земли совпадали с наступлением здесь ледниковых периодов. Мы не будем вдаваться в рассмотрение вопроса, какая из двух теорий заслуживает большего доверия. Отметим лишь, что обе они говорят о возможном влиянии на климат нашей планеты и земных, и космических факторов.
Наряду с крупномасштабными и весьма длительными изменениями климата уже в историческое время возникали незначительные изменения в воздушном океане, которые можно характеризовать как малые колебания климата.
Так, например, период с 1600 по 1850 г., во время которого альпийские ледники спускались далеко в долины, можно считать малым ледниковым периодом. Но постепенно льды отступили в горы, и только груды щебня и камня (конечные морены), перенесенные ими в долины, свидетельствуют об этом холодном периоде.
Колебание климата мы наблюдаем и в Арктике в течение четырех последних десятилетий. Так, на Шпицбергене средняя зимняя температура воздуха за 26 лет (с 1912-13 до 1938-39 г.) повысилась на 10°. В южных районах Гренландии, где еще в 1931-32 г. существовали огромные ледяные пещеры, служившие приютом полярным исследователям, теперь раскинулись зеленые луга, на которых пасутся стада овец. Однако уже появляются признаки окончания потепления Арктики и начала похолодания. Именно поэтому приходится говорить не о коренных изменениях, а лишь о некоторых колебаниях климата.
Как же будет в дальнейшем изменяться запас энергии в земной атмосфере? Некоторые ученые считают, что Землю ожидает холодная смерть. Непрерывная потеря Солнцем части массы должна привести к увеличению расстояния между планетами и светилом.
Отклонение средней зимней температуры воздуха от многолетней средней в южных районах Гренландии.
Согласно этому предположению, Земля, удаляясь от Солнца, попадет на орбиту, по которой в настоящее время движется, окажем, Марс или Юпитер. Тогда поступление солнечной радиации на нее действительно резко уменьшится, а температура воздуха резко понизится и будет составлять —100°. Другие исследователи придерживаются мнения, что земная атмосфера действительно начнет выхолаживаться, но затем снова разогреется. Прежде чем в результате непрерывной утери массы светила сколько-нибудь существенно увеличится расстояние от Солнца до Земли, ядерные реакции на Солнце начнут ускоряться, и в конце концов на нем разгорится «атомный пожар». Атомный реактор, находящийся в центре Солнца, будет постепенно расширяться в направлении к внешней оболочке светила, пока не начнется лавинообразное превращение водорода в гелий. Интенсивность солнечного излучения при этом неимоверно возрастет, и на Земле произойдет опасное усиление круговорота энергии. Земля окажется опустошенной ураганами невиданной интенсивности до того, как все живое на ней будет сожжено.
Однако мы можем не опасаться ни холодной смерти Земли, ни атомного пожара на Солнце, ибо периоды, на протяжении которых развиваются геологические и астрономические процессы, чрезвычайно велики по сравнению с продолжительностью существования человечества.
С момента появления человек вынужден был бороться за свое существование и защищать себя от таких сил природы, как наводнения, раскаленные потоки вулканической лавы или разрушительные бури. Несколько столетий тому назад представления человека о воздушном океане были весьма несовершенны. Было лишь установлено, что воздух не имеет вкуса и запаха и его невозможно ни видеть, ни осязать. Лишь с того времени, когда для изучения атмосферы начали применять точные приборы, воздух, этот загадочный невидимка, стал предметом серьезных геофизических исследований. Определение понятия «атмосфера» вырабатывалось тысячелетиями, но и теперь сведения о размерах воздушного океана и о движениях в нем не являются достаточно полными. Вспомним хотя бы о запусках искусственных спутников Земли, которые дали нам некоторое представление о недавно еще совершенно неизвестных явлениях в атмосфере.
Сейчас можно понять исследователей прошедших столетий. Они не знали, что воздух — это вещество, поддающееся точным физическим измерениям. Около 2000 лет тому назад Аристотель в трехтомном труде по метеорологии дал правильное объяснение многих явлений, протекающих в атмосфере. Однако он еще не мог себе представить, что ветер является результатом движения воздуха, и страстно опровергал подобные утверждения некоторых своих сограждан.
500 лет тому назад никто не подозревал, что такие «небесные» явления, как дневной свет и облака, связаны с существованием воздушной оболочки, окружающей земной шар.[2]
В средние века воздух считался чем-то неосязаемым и его отождествляли с пустотой. Явления погоды считались результатом взаимодействия Земли с другими планетами. Поэтому понятно значение исследований Коперника, Галилея, Бруно и Кеплера, которые доказывали ошибочность господствовавшего в то время космогонического представления, согласно которому Земля якобы находится в центре Вселенной. Несмотря на то, что эта картина была заимствована у древних греков, с изобретением телескопа она не могла сохраниться. Теперь каждый мог убедиться в том, что планеты вращаются не вокруг Земли, а вокруг Солнца.
Рационалистическое мировоззрение и пытливый ум исследователей рассеивали мистический туман средневековых представлений. Новые открытия, связанные с природой космических явлений, помогали физике, химии, медицине и метеорологии одерживать победы над вздорными и суеверными представлениями средневековья. Во всех областях знания прежние догматические утверждения подвергались суровой проверке опытом, практикой. Правда, каждый исследователь в это время был предоставлен самому себе, а некоторые ученые подвергались насмешкам или вообще изгонялись из общества. Однако торговых людей и мореплавателей уже привлекают результаты физических опытов, вероятно, не столько из интереса к развитию чистой науки — математики, астрономии и т. п., сколько в расчете на то, что эти опыты со временем помогут созданию новых машин и приборов, очень полезных в практической деятельности. Ко времени Тридцатилетней войны в метеорологии уже были заложены необходимые основы для объективного научного исследования. Бургомистр города Магдебурга Отто фон Герике и итальянец Эванджелиста Торричелли независимо друг от друга убедительно доказали, что воздух имеет вес. Воздух был впервые взвешен, когда удалось создать вакуум. Это открытие было существенным, так как до сих пор философы утверждали, что пустого пространства быть не может — «природа боится пустоты». С помощью барометра Герике нашел вес воздуха, и тем самым бывший невидимка превратился в реальное физическое тело, которое можно было измерить.
Началось выяснение природы атмосферного давления. По инициативе Паскаля француз Перье проделал в 1648 г. свой знаменитый опыт с барометром. Он измерил давление у подножия и на вершине горы Пюи-де-Дом, имеющей высоту 1465 м, и подтвердил предположение Паскаля о том, что с увеличением высоты атмосферное давление уменьшается. Сразу же возник вопрос о высоте верхней границы воздушного океана. Ответить на этот вопрос в то время было еще невозможно, ибо не существовало ни воздушных шаров, ни искусственных спутников Земли, с помощью которых теперь изучаются верхние слои земной атмосферы. Поэтому представления разных ученых о высоте атмосферы мало согласовались между собой. Например, Кеплер, открывший законы движения планет, считал, что «атмосфера не может иметь столь большую высоту, чтобы покрывать все известные горные вершины. Горы Атлас, Олимп и горы Азорских островов возвышаются над верхней границей атмосферы». По мнению Кеплера, эта граница лежала на высоте не более 3000 м.
Лишь сравнительно немногие ученые были убеждены в правильности новых, т. е. физических, путей исследования атмосферы. Книги в то время писали на латинском языке, которого народ не знал. Этим отчасти можно объяснить, что широкие массы по-прежнему суеверно придерживались различных примет о погоде или доверяли вздорным книгам погоды, столетним календарям погоды и т. п.
