книги из ГПНТБ / Колобков Н.В. Атмосфера и ее жизнь

Н. В. К О Л О Б К О В

П . 'Ш Ш И Р

АТМОСФЕРА

И ЕЕ

ЖИЗНЬ

Под редакцией доктора географических наук

X. П. ПОГОСЯНА

И З Д А Т Е Л Ь С Т В О « П Р О С В Е Щ Е Н И Е » М О С К В А . 1968

ВВЕДЕНИЕ

Земной шар окутан воздушной оболочкой (атмосфе­ рой), и поверхность Земли, по сути дела, представляет дно громадного воздушного океана. Значение атмосферы в жизни нашей планеты неизмеримо велико.

Атмосфера-—это одежда нашей планеты, именно она сохраняет тепло, получаемое Землей от Солнца. Благода­ ря этому при смене дня и ночи не бывает особенно резких переходов от холода к жаре и, наоборот, от зноя к холо­ ду. Атмосфера — это также невидимая броня Земли. Она предохраняет ее от бомбардировки метеоритами и косми­ ческими частицами, спасает от ультрафиолетовой радиа­ ции все живущее на Земле. В атмосфере возникают об­ лака, осадки, ветер. Она рассеивает солнечные лучи, в результате чего создается постепенный переход от света к тени (сумерки). Кроме того, в воздухе проложены авиа­ линии. Благодаря способности воздуха распространять звук существует радиосвязь.

Еще первобытный человек старался проникнуть в сущность грозных явлений атмосферы.

3

Внезапность и резкие изменения погоды ставили че­ ловека в тупик и на более, высокой стадии развития. Ме­ теорологические явления долгое время трудно поддава­ лись изучению. Однако наблюдения за состоянием неба, иногда за поведением животных и растений перед сменой погоды велись очень давно (например, в древней Вави­ лонии более 6 тыс. лет назад).

Первые метеорологические наблюдения производи­ лись в древней Греции и Египте. Вопросами погоды в те времена занимались жрецы и звездочеты-астрологи.

В последующие века неинструментальные визуаль­ ные метеорологические наблюдения велись почти во всех странах. В средние века появляются записи атмосферных явлений — гроз, ливней, ураганов, длительных засух и пр. Наряду с описанием характера погоды в этих запи­ сях много и суеверий. Тем не менее с точки зрения изу­ чения климата прошлого такие документы представляют большую научную ценность. В России записи метеороло­ гических явлений обнаружены в летописях, начиная при­

барометра. В то время изучением состояния атмосферы занимались астрономы. Несколько позже М. В. Ломоно­ сов, со свойственным ему умением проникать в будущее, писал о пользе предсказания погоды и «об организации самопишущих метеорологических обсерваторий».

Первые подробные дневники погоды в России по лич­ ному указу Петра I велись с 1722 г. Серия наблюдений проводилась в Петербург Российской академией наук

с1726 по 1800 г.

В1849 г. для «исследования России в физическом от­ ношении» была открыта Главная физическая обсервато-

4

рия в Петербурге, опиравшаяся в своей работе на не­ сколько десятков метеорологических станций. С этого времени метеорологическая сеть начала работать по еди­ ным инструкциям, стали соблюдаться и единые сроки наблюдений.

Заметно оживилась деятельность метеорологической сети в 60-х годах XIX в. Расширился круг работ станций Казанского университета, Московского межевого инсти­ тута, Одессы, Екатеринбурга (ныне Свердловска) и др. В Пензе отмечена деятельность отца Владимира Ильича Ленина, Ильи Николаевича Ульянова. В 1864 г., будучи преподавателем физики в Пензенской мужской гимназии, И. Н. Ульянов одновременно руководил местной метео­ рологической станцией.

Большое влияние на развитие метеорологии в России оказало Географическое общество, организованное в 1845 г. При Обществе была создана Метеорологическая комиссия, во главе которой с 1883 по 1916 г. стоял выда­ ющийся географ-климатолог А. И. Воейков. Комиссия организовала в России массовые наблюдения над пого­ дой и привлекла, к этому делу много добровольных на- блюдателей-любителей природы.

Много внимания уделял метеорологии знаменитый русский химик Д. И. Менделеев. Он, в частности, предло­ жил производить запуски шаров-зондов, наполненных водородом, со специальными приборами. Менделеевым

*была высказана идея создания герметической кабины для стратостатов с целью изучения высоких слоев атмо­ сферы.

Некоторое расширение сети метеорологических стан­ ций в России началось с 1872 г., когда в Главной физи­ ческой обсерватории начала действовать Служба[ погоды. Однако развивалась она медленно. Многочисленные про­ екты ее расширения долгое время не осуществлялись.

5

21 июня 1921 г. Совет Народных Комиссаров под председательством Владимира Ильича Ленина принял

Была организована и Служба погоды, возглавляемая Центральным бюро погоды в Москве (ныне Гидромет­ центр СССР). Метеорологическая сеть выросла и окреп­ ла. Было открыто много новых станций в Арктике и мало­ населенных пунктах Сибири, увеличилось число высоко­ горных станций, возникли десятки областных бюро пого­ ды, выросла и стала самостоятельной Служба погоды в авиации. Бурно растущая радиосвязь повысила возмож­ ности метеорологии, обмен метеорологическими сводка­ ми принял международный характер, стал значительно проще, быстрее и дешевле.

С 1930 г. прогнозы погоды стали составляться на осно­ ве глубокого изучения воздушных масс, их физических свойств и движения. Большую помощь метеорологам ока­ зывают аэрологические наблюдения с помощью радио­ зондов и радиопилотов. Существенное значение для долгосрочных прогнозов приобретают работы, ведущие­ ся в Гидрометцентре СССР и в Арктическом научноисследовательском институте, наблюдения большой се­ рии станций «Северный полюс», осуществленные в са­ мых отдаленных районах Арктики. Высокогорные мете­ орологические станции позволяют изучать физическое состояние высоких слоев атмосферы. Сотни аэрологиче­ ских станций ежедневно выпускают радиозонды, дости­ гающие высоты 25—30 км и более, а с некоторых аэро­ дромов ежедневнЪ поднимаются специальные самолеты.

В начале 40-х годов в советской Службе погоды впер­ вые начались вычислительные работы по данным мете­ орологических элементов. В настоящее время во многих

6

Странах к решению столь трудной задачи привлечены быстродействующие электронные вычислительные ма­ шины.

Искусственные спутники Земли, метеорологические ракеты и выход человека в космос позволяют ожидать новых открытий, касающихся строения высоких слоев атмосферы в самом недалеком будущем.

ВОЗДУШНЫЙ ОКЕАН И МЕТОДЫ ЕГО ИЗУЧЕНИЯ

На сотни километров простирается вверх непрерывно бурлящий воздушный океан. Земная атмосфера весит более 5,3 квадрильонов тонн. Эта огромная величина равна по весу только одной миллионной всей массы на­ шей планеты.

На уровне моря воздух оказывает давление, равное 1033 г на кв. см. Оно способно поднять столбик ртути в барометре на 760 мм, или немногим более 1000 м б 1*.

Наибольшей плотности воздух достигает у земной поверхности, где его кубический метр весит около 1290 г. С высотой его вес быстро уменьшается и в 20 км от по­ верхности Земли 1 куб. м воздуха весит только 90 г, а в 40 км — всего 4 г.

Основная масса воздуха сосредоточена в нижнем, сравнительно тонком слое воздушного океана. Измере­ ния показали, что в первом пятикилометровом слое на­ ходится почти половина всей массы атмосферы. Слой же атмосферы в 16 км заключает 9/ю ее веса.

Первый раз термометры были подняты на аэростате

вXVIII в. во Франции. В России первый полет на аэро­

1М и л л и б а р (мб) — единица измерения атмосферного давле­ ния; 1000 мб — 750 мм рт. ст., 1013,2 лб = 760 мм. рт. ст.

7

стате с научной целью был организован Академией наук в 1804 г. в Петербурге. Высота подъема составила

2480 м.

Целую серию научных полетов на аэростате совершил академик М. М. Рыкачев в 1868—1873 гг. и несколько позже М. М. Поморцев.

Теперь при исследовании атмосферы ученые пользу­ ются многочисленными методами. Так как высотные подъемы на аэростатах связаны с рядом трудностей и часто с опасностью для жизни воздухоплавателей, то уче­ ные стали искать другие способы исследования — более безопасные. В первую очередь были использованы аэро­ статы, поднимаемые на тросе без людей. Но высота подъ­ ема аэростатов не превышала 4—5 км. В конце XIX в. для исследования атмосферы использовались шары-зон­ ды. К шару объемом в несколько кубических метров, наполненному водородом, прикрепляется самопишущий прибор-метеорограф (графой — греческое слово, в пере­ воде на русский значит писать). Шар готовился из очень эластичной резины, обладающей способностью растяги­ ваться до толщины папиросной бумаги. Такие шары под­ нимались в высоту до 20—30 км. По мере подъема дав­ ление воздуха снаружи уменьшается, резиновый шар расширяется и летит вверх, почти не теряя подъемной силы до тех пор, пока не лопнет оболочка. Лопнувшая оболочка служит своего рода парашютом, замедляющим падение метеорографа.

Однако этот метод обладает одним большим недо­ статком: метеорограф во время подъема обычно уносится

ботка записей прибора. Опустившись в малонаселенных

8

прибора уже были испорчены. Теперь для получения мгно­ венных данных о состоянии атмосферы пользуются радио­ зондами, в которых вместо ба­ рабана с лентой используется коротковолновый радиопере­ датчик. Передатчик автомати­ чески сообщает на Землю сиг­ налы о давлении, температуре и влажности на высотах. Кро­ ме того, за полетом радиозон­ да можно следить при помо­ щи радиолокатора и, таким образом, определять скорость

ем самопишущих приборов на самолетах. Развитие авиа­ ции, потребовав тщательного изучения воздушного океа­ на, в свою очередь предоставило широкие возможности и для его исследования.

На крыле самолета укрепляются метеорограф, термо­ метр и шаблон обледенения, представляющий небольшую модель самолета. Кроме того, в полете ведутся разносто­ ронние наблюдения за облаками, их строением, за тур­ булентностью (беспорядочным движением) воздуха при помощи акселерометра и пр.

На значительные высоты поднимаются стратостаты. Например, стратостат «Осоавиахим» в 1934 г. поднялся на высоту 22 км. В 1935 г. на 22 км 60 м поднялся амери­ канский стратостат «Эксплорер». Стратостат — это огромный аэростат с подвязанной к нему герметически закрытой кабиной. В кабине помещается экипаж из не-

9