Читаем Живые барометры рядом с нами онлайн бесплатно

Едва ли найдется человек, который не интересуется прогнозом погоды, хотя синоптики порой и ошибаются.

Метеорологи много работают над совершенствованием приборов и аппаратов, действующих по принципам физики и механики. Они широко используют возможности электроники, применяют на спутниках сложную оптическую аппаратуру. И хотя по радио и телевидению мы часто слышим прогноз погоды, на самом деле это скорее ее расчет или вычисление. Нередко бывает так: метеорологи считают, что начавшийся циклон распространится на такую-то область, а антициклон сместится в это время севернее. Но вдруг все получается наоборот, появилась какая-то аномалия и изменила всю картину.

Едва ли не каждый день на нашей планете то в одном, то в другом районе возникают явления природы, влекущие за собой разрушения и человеческие жертвы. Большинство стихийных бедствий связано с процессами, происходящими в атмосфере, и таким образом так или иначе определяется состоянием погоды. Человечеству на протяжении всей своей истории неоднократно приходится сталкиваться не только с «капризами» погоды, ее непостоянством и периодическими отклонениями от привычного хода метеорологических явлений, но и со случаями, когда эти явления приобретают грозный характер, оборачиваются разгулом стихии с катастрофическими последствиями в масштабах целых государств или даже нескольких стран какого-либо географического района.

В низких широтах земного шара и, в несколько меньшей степени, в умеренных широтах, кроме ураганов, колоссальный ущерб человечеству ежегодно наносят смерчи. В горах на всех континентах сущим бедствием для населения являются сели и снежные лавины. Градобития, ливни, вызывающие наводнения, морозы, случающиеся в неурочные сроки, засухи, песчаные и пыльные бури, суховеи и затяжные ненастья — все эти явления, губительные для сельского хозяйства, наблюдаются каждый год, поражая то одну, то другую страну или целые регионы.

Штормовая погода в океане, бури и шквалы на море и на суше, метели и туманы наносят различным отраслям народного хозяйства громадные убытки и невосполнимые потери. Можно ли с этим бороться? Можно ли предотвратить человеческие жертвы во время таких стихийных бедствий, уменьшить материальные потери? Можно ли, наконец, заранее предвидеть возникновение их?

Оказывается, можно. И помогают в этом синоптикам не только современная техника, но и живые существа, которые действительно предсказывают, в какую сторону переместится циклон с учетом всех аномалий, и прогнозируют это без всяких расчетов. Ученые называют сейчас около 600 видов животных и 400 видов растений, которые могут выступать как барометры, индикаторы влажности и температуры, предсказатели штормов, бурь или хорошей безоблачной погоды. Давайте же пройдемся по лестнице живых существ и посмотрим, кто на что способен в прогнозировании погоды.

Итак, барометр не оправдал надежд, которые на него возлагались.

Что же это такое — барометр и как с его помощью можно предусмотреть погоду? Прежде чем ответить на этот вопрос, надо рассказать кое-что о природе, биосфере и атмосферном давлении.

Природа — это окружающий материальный мир. Вселенная. Сама Земля — часть природы. В более узком смысле под природой понимают неорганический и органический мир на Земле. Природа — это горы и долины, реки и моря, пруды и озера, леса и поля, сады и огороды, все растительное и животное царство на Земле.

Жизнь и живое вещество на нашей планете занимают большую область земного шара и называются биосферой. В состав биосферы входят нижняя часть атмосферы (толщиной в среднем 10–15 километров), вся водная оболочка — гидросфера (до 10 км, а местами и более) и верхняя, твердая, часть поверхности Земли — литосфера (до 2–3 км глубиной). Биосфера как сложная, саморегулирующаяся система живого и безжизненного вещества является источником жизни на Земле. Первопричиной всех жизненных процессов в биосфере есть солнечная энергия. Благодаря ей происходит сложное взаимодействие между компонентами биосферы и, в частности, круговорот веществ в природе.

Человек, пользуясь всеми благами природы, определенным образом влияет и на нее. Поэтому разумное использование естественных ресурсов имеет исключительно важное значение для всего человечества. Напомним, что к основным естественным ресурсам, которые использует человек, относятся: почва, вода, растительный мир, полезные ископаемые и атмосферный воздух.

Атмосферный воздух, насыщенный кислородом, — важнейший фактор существования живых организмов. Без воздуха не может быть жизни на Земле. И поясняется это тем, что воздух поставляет необходимый всем животным и растениям кислород. Напомним, что сухой воздух на поверхности земли содержит 78,08 % азота, 20,95 % кислорода, 0,93 аргона, 0,03 % углекислого газа, меньше 0,1 % составляют гелий, неон, криптон, водород, ксенон, озон и радон, вместе взятые. Кроме этих газов, в воздухе всегда есть водяной пар, количество которого в зависимости от температуры воздуха колеблется от 0,01 до 4 объемных процентов.

Воздух и создает то атмосферное давление, о котором так много говорят при определении погоды с помощью барометров. Воздух имеет вес и давит на поверхность Земли, на все предметы и живые существа, которые находятся на ней.

Современные расчеты показывают, что на поверхность тела взрослого человека воздух давит с силой приблизительно 16 т. Казалось бы, этот вес может раздавить любого из нас, даже мощнейшего силача. Но ничего такого не происходит. Природа обеспечила все живые организмы встречным (или внутренним) давлением, которое нейтрализует огромное внешнее давление.

Итак, давление воздуха на уровне моря при температуре 0° отвечает давлению ртутного столба высотой 760 мм. Эту величину — 760 мм — и принято считать нормальным барометрическим атмосферным давлением. Для измерения атмосферного давления пользуются специальными приборами — барометрами (от греческих слов баро — вес и метрео — измеряю). Наиболее точными являются ртутные барометры. Широко распространены и металлические барометры — анероиды (от греческого а — отрицательная частица, нерос — вода). Главной частью их является тонкостенная металлическая коробка с гофрированной основой, из пустоты которой откачан воздух. Нижняя основа коробки прикреплена к металлической плите, а верхняя связана с осью стрелки, которая перемещается по шкале. При повышении атмосферного давления коробка сжимается и тянет за собой пружину, при уменьшении давления пружина разгибается. Движение пружины, усиленное с помощью системы рычагов, передается на ось стрелки анероида. Стрелка перемещается по шкале, градуированной в миллиметрах ртутного столба, и показывает величину атмосферного давления в данный момент. Хотя анероиды и менее точны, чем ртутные барометры, однако они более удобны при транспортировке и их можно использовать в любых условиях.

Для продолжительных наблюдений за изменениями атмосферного давления и их записи пользуются специальным прибором — барографом. Он устроен приблизительно так же, как анероид, только металлическая коробка с разреженным воздухом соединена со стрелкой и самописцем. На разграфленной ленте подвижного барабана вычерчивается кривая колебаний атмосферного давления на протяжении суток или недели.

Сейчас довольно точно определены колебания атмосферного давления на разной высоте над уровнем моря. Чем выше местность над уровнем моря, тем меньше там давление. Например, на уровне 3000 м давление равняется 520–530 мм. Атмосферное давление изменяется как на протяжении суток, так и на протяжении года. Суточные колебания атмосферного давления связаны с температурой воздуха и зависят от его суточных изменений.

Колебание атмосферного давления предопределяет значительные изменения погоды. При высоком атмосферном давлении обычно бывает хорошая погода — безоблачное небо, сухой воздух, нет сильного ветра. Низкое давление, наоборот, часто сопровождается облачностью, образованием тумана, осадками, ветрами. Все эти (и, как увидим, многие другие) компоненты погоды существенно влияют на организм человека, животных и растений, вызывая в нем определенные физиологические, а временами и патологические реакции.

Каждый из нас наверняка не раз наблюдал за движением облаков. И при этом задавался вопросом: не соберутся ли эти облака в сплошную тучу, не испортят ли нам загородную прогулку, не заставят ли сидеть дома?

Нет, одиночные и сравнительно небольшие кучевые тучи обычно дождя не обещают. Все, наверное, не раз видели, как за самолетом, который летит в вышине, тянется длинный белый хвост-шлейф, очень похожий на облако. Это, в сущности, и есть облако, образовавшееся за счет конденсации водяного пара. Продолжительность существования таких следов-хвостов зависит от влажности атмосферы.

Образование туч связано с влажностью воздуха. О ней каждое утро сообщают в прогнозах погоды по телевидению и радио. Что же это такое — влажность воздуха?

При любой температуре в воздухе содержится водяной пар. Уровень его содержания, в зависимости от температуры воздуха, колеблется от 0,01 до 4 объемных процентов. Количество водяного пара в воздухе и определяет его влажность. Если количество его достигает максимума, то говорят, что воздух становится насыщенным, а влажность — максимальной. Дальнейшее поступление водяного пара в воздух приводит к его перенасыщению, конденсации чрезмерного пара и образованию тумана. Однако полного насыщения воздуха водяным паром, как правило, не бывает. Поэтому принято говорить о фактическом содержании водяного пара в воздухе при данной температуре. Эту величину называют абсолютной влажностью. При повышении температуры воздуха способность его воспринимать водяной пар возрастает, поэтому увеличивается испарение и повышается абсолютная влажность.

Определяя степень насыщенности воздуха водяным паром, говорят о его относительной влажности. Относительная влажность — это отношение абсолютной влажности к максимальной при данной температуре. Выражается в процентах. Чем выше относительная влажность, тем выше насыщенность воздуха водяным паром, тем ближе она к максимальной.

Влажность воздуха тесно связана и с барометрическим давлением. Это обусловлено тем, что плотность водяного пара относительно плотности воздуха, которую принимают за единицу, равняется 0,623. Вследствие этого влажный воздух легче сухого, а атмосферное давление в нем уменьшается. Так, при температуре 20° и давлении 760 мм один кубический метр ненасыщенного воздуха весит 1205 г, а насыщенного водяным паром — 1196. Итак, если люди смотрят на барометр и говорят, что давление уменьшается, это означает, что воздух становится более влажным, более насыщенным водяным паром, и при определенных условиях можно ждать осадков.

Образование облаков связано с возникновением в атмосфере зон высокой относительной влажности. Облака — это сосредоточения в атмосфере водяного пара в виде большого количества мельчайших капель воды или кристалликов льда (или тех и других вместе). Капли получаются и увеличиваются за счет конденсации водяного пара. В тучах они мизерные, диаметр их колеблется от тысячных до сотых частиц миллиметра. В одном кубическом сантиметре помещаются сотни таких капель. Кристаллы обычно имеют в десятки раз большие размеры, но количество их меньше — до сотни в одном литре воздуха. В облаках есть и очень крупные капли, величиной с десятую часть миллиметра. Количество их в одном литре воздуха меньше единицы. Подобные капли и бывают зародышами осадков. Часто сосредоточение капель и кристалликов воды происходит близко к земной поверхности, и тогда их называют туманом.

Водяной пар в основном помещается в нижней части атмосферы — тропосфере. Именно в ней на разной высоте и сосредоточено подавляющее большинство облаков.

Облака имеют огромное значение в формировании погоды, их называют погодосоздающим фактором, поскольку они определяют формирование и режим осадков, что влияет на тепловой режим атмосферы и Земли. Ученые-метеорологи разделяют облака на десять основных форм. В зависимости от высоты нижней границы туч их относят к одному из трех ярусов, или классов: верхнему, среднему и нижнему.

К облакам верхнего яруса, или первого класса, высота которых превышает 6 километров, относятся: перистые, перисто-слоистые и перисто-кучевые. Облака среднего яруса, или второго класса, с высотой 2–6 км от поверхности Земли, — высоко-слоистые и высоко-кучевые. К облакам нижнего яруса — третьего класса, с высотой ниже двух километров, принадлежат слоистые, слоисто-кучевые и слоисто-дождевые.

К отдельному классу относятся облака вертикального развития, основа которых может находиться в нижнем ярусе, а вершина — в верхнем. Обычно нижняя основа их расположена на высоте от 0,5 до 1,5 км, а вверх они могут протягиваться до 6 км и даже выше, к верхней границе тропосферы. Это кучевые и слоисто-дождевые облака.

Большей частью облака верхнего и среднего ярусов не угрожают изменением погоды и осадками. Другое дело облака нижнего яруса и вертикального развития. Из них наиболее «безопасные» — отдельные кучевые облака, которые медленно проплывают в голубой вышине. Часто их называют облаками хорошей погоды. Кучевые облака — взбитые, пушистые на вид. Освещенные солнечным лучом, они становятся белоснежными. Выступающие части такого облака дают резкую тень.