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

жидкости; силой пара щепа разбрасывается на десятки метров в стороны. Иногда наблюдается разрушение и полное измочаливание телеграфных столбов, что объяс­ няется перегонкой сухой древесины в газ под влиянием исключительно высокой температуры в канале молнии.

Железные столбы и решетки, являясь хорошими про­ водниками, заряжаются во время грозы, и приближаться к ним небезопасно. Встречая на своем пути толстые ме­ таллические стержни, электропровод, молния плавит их, а антенны обращает в пар. Удары молнии в песчаную почву сплавляют песок, в результате чего образуются так называемые фульгуриты. Эти «автографы» молнии не­ редко встречаются в глинистых и твердых породах. Были найдены фульгуриты длиной до метра.

Действие молнии на живой организм часто приводит к его гибели. Несмотря на кратковременность воздейст­ вия, ток парализует работу мозговых клеток, вызывает паралич сердца, в лучшем случае причиняет сильные ожо­ ги. Если оказать скорую помощь, контуженных молнией иногда можно вернуть к жизни. Однако широко практи­ кующийся населением метод закапывания в землю при­ носит лишь вред, так как человек в этот момент нужда­ ется в искусственном дыхании и усиленном притоке воз­ духа к телу, а не в охлаждающем «компрессе» из земли.

Подсчет пожаров от ударов молнии в царской Рос­ сии показал, что более 3 тыс. крестьянских дворов еже­ годно становились жертвой молнии. В настоящее время благодаря принятым мерам защиты это число уменьши­ лось во много раз и продолжает неуклонно снижаться.

Защитные меры ад молнии. Накопленные знания о природе молнии позволяют решить важнейшую практи­ ческую задачу — принять защитные меры от молнии.

Молния выбирает себе путь наименьшего сопротив­ ления. Она следует по направлению скопления проводя­

70

щих частиц, где требуется меньшее напряжение для про­ боя. Однажды молния ударила в небольшую трубу, из которой шел дым, хотя она находилась в зоне хорошо заземленного громоотвода. Дым из трубы, поднявшись вверх, явился хорошо проводящим слоем и вызвал от­ клонение молнии от громоотвода. Известны случаи пора­ жения молнией самолетов, выпустивших дымовой конус выхлопных газов по соседству с грозовым облаком.

Для предохранения зданий и других сооружений от молнии применяется громоотвод, или, как теперь пра­ вильнее называют, молниеотвод— металлический стер­ жень, соединенный с надежно заземленным проводни­ ком. Основная задача молниеотвода состоит в том, чтобы отвести искровой разряд по кратчайшему пути в землю и воспрепятствовать образованию опасных зарядов от индукции на проводниках. Молниеотвод должен быть со­ оружен с особой тщательностью, потому что ошибки, до­ пущенные при установке молниеотвода, могут иметь са­ мые печальные последствия, гораздо худшие, чем в слу­ чае его отсутствия.

Изучение многочисленных случаев ударов молнии в здания, поражения людей и т. д. показывает, что несчаст­ ных случаев можно избежать, если соблюдать известные меры предосторожности. Эти предосторожности известны многим, но ими обычно пренебрегают, особенно в боль­ ших городах. Однако статистика показывает, что и в больших городах от молнии нередко возникают пожары и бывают случаи поражения ею людей.

Напомним о простых и легко выполнимых правилах предосторожности.

Перед началом грозы надо устранить сквозняки в по­ мещении, закрыв окна или, в крайнем слуйае, оставив их открытыми только с одной стороны. Все дымоходы тоже следует закрыть, так как замечено, что шаровая молния

71

часто избирает именно этот путь, даже при слабом дви­ жении воздуха.

При сильной грозе лучше находиться в помещении подальше от окон и печей. Молния часто ударяет в тру­ бу и разрушает печи, а при падении на дом идет по сте­ нам и по тем углам, где расположены водосточные тру­ бы. Само собой разумеется, что это относится к одно­ этажным домам и верхним этажам больших зданий.

Во время грозы лучше держаться подальше от прово­ дов и больших металлических предметов, например от железных столбов. Разговоры по телефону, особенно во время сильной грозы, не рекомендуются. Сельские теле­ фонные станции в это время обычно прекращают соеди­ нения.

При близких разрядах индуцирующее действие мол­ нии настолько велико, что вспыхивают лампочки элек­ тросети и перегорают предохранители.

Радиоантенны во время грозы полагается заземлять (наружные). Искать защиты при грозе под деревьями, прятаться в одиноко стоящих плетеных или бревенчатых сараях, в стогах сена, скирдах не следует.

Что касается защиты от шаровой молнии, то до сих пор не только не существует надежных методов, но и не установлены даже принципы такой защиты. Молниеот­ воды от шаровой молнии не предохраняют, наоборот, неоднократно были зарегистрированы случаи поражения ею объектов, полностью защищенных от обычной молнии. Известно только, что шаровая молния крайне редко про­ бивала оконные стекла. Закрывайте окна при грозе!

Гром. Как и всяиея электрическая искра, молния со­ провождается грохотом.

Большой интенсивности молнии соответствует столь же интенсивное звуковое сопровождение. Гром возни­ кает от внезапного и чрезвычайного нагревания и после­

72

дующего быстрого охлаждения воздуха в канале мол­ нии. Оказывается, что в первые доли секунды звуковая волна грома ведет себя как взрывная волна. Скорость ее распространения в 15—20 раз превышает нормальную скорость звука в воздухе (340 м/сек). В этом случае мы слышим резкий треск. Затем взрывная волна грома пере­ ходит в обыкновенную звуковую. При трансформации взрывной волны возникает несколько звуковых волн, ко­ торые распространяются, налагаясь одна на другую. Та­ ким образом, к наблюдателю последовательно подходят различные части этой «комбинированной» звуковой вол­ ны и воспринимаются им как раскат грома. Молния состоит из многих искр, проскакивающих по одному и тому же пути. Каждый из этих разрядов посылает взрыв­ ную волну, так что до наблюдателя доходят разные фронты этих волн.

Близкие сильные удары грома, слышимые сразу после вспышки молнии как треск, обязаны своим происхожде­ нием взрывной волне. Раскаты грома указывают на неко­ торую удаленность источника звука и объясняются не только характером взрывной волны, но и постепенным подходом звука к наблюдателю от различных участков молнии, имеющей в длину несколько километров. Огра­ ниченный район слышимости грома объясняется тем, что главная его энергия состоит из длинных, не воспри­ нимаемых ухом волн, тогда как короткие волны сравнительно мало интенсивны и быстро поглощаются воздухом.

Падающие на землю молнии создают обычно гул, по­ добный пушечному выстрелу. По одному этому можно судить о характере разряда и легко отличить от гула молний, проскочивших между облаками.

Средняя продолжительность грома одной молнии рав­ на 30—40 сек, в отдельных случаях — минуте. Дальность

слышимости грома определяется 18—20 км, иногда до 30 км. Дальность слышимости грома по ветру, как и вся­ кого звука, больше, чем против ветра.

Формирование грозовых облаков

Летом мы почти ежедневно можем наблюдать обра­ зование белых, похожих на хлопья ваты облаков. Их на­ зывают кучевыми. Возникают они обычно утром, когда солнечные лучи уже значительно прогреют земную по­ верхность и теплые, более легкие струи воздуха начнут подниматься вверх, создавая легкое «дрожание», замет­ ное на расстоянии. При этом почва отдает нагретому воздуху часть своей влаги, и он несет невидимый для глаза водяной пар в высокие слои тропосферы.

Все сильнее нагревает жаркое летнее солнце землю, все больше нагретых воздушных струй уходит ввысь. По­ степенно из отдельных струй образуется более мощный поток. Как корни дерева с многочисленным^ ответвле­ ниями переходят в ствол, так и здесь из мелких разроз­ ненных струек возникает обширный поток воздуха, устремляющийся вверх. Поднимаясь и попадая в более разреженные слои, нагретый воздух начинает расширять­ ся, а следовательно, и охлаждаться до такой степени, пока водяной пар не начинает сгущаться. В результате образуются мириады мельчайших капелек, в совокупно­ сти составляющих облако.

Происходит это потому, что количество водяного пара в воздухе не может возрастать беспредельно. При любой температуре наступает момент, когда воздух полностью насыщается водяным паром. Чем меньше нагрет воздух, тем меньше в нем йодяного пара. Например, при темпера­ туре 20° в каждом кубическом метре воздуха может со­ держаться до 17 г воды в виде пара.

74

Рис. 13.- Кучево-дождевое облако с наковальней.

Если воздух охладится до 10°, то количество водяно­ го пара в нем снизится до 9,5 г. Вся «лишняя» влага в этом случае превращается в мельчайшие капельки воды, или, как говорят, конденсируется. Так при подъеме воз­ духа в более высокие слои образуются облака. Как только нагрев земли ослабевает, кучевые облака умень­ шаются в размерах, постепенно тают и к вечеру совсем пропадают. Такие облака называются облаками хорошей погоды, потому что они не развиваются дальше опреде­ ленного предела.

Но совсем другая картина получится во время жары, когда, как говорят, «сильно парит». В этом случае поток

влажного восходящего воздуха, поднявшись на высоту 1500—2000 м, образует мощное кучевое облако. Конден­ сация водяного пара в облаке вызывает выделение скры­ той теплоты конденсации, вследствие чего восходящий

Грозовое облако имеет несколько километров в тол­ щину (иногда до 10) и напоминает издали горные вер­ шины, покрытые снегом. Вершина облака, освещенная солнцем, кажется ослепительно белой. Однако ни один луч солнца не проходит через такую облачную толщу. Поэтому грозовое облако кажется синим, если солнце освещает его со стороны, и мрачно-черным, если оно закрывает солнце.

Образование мощных грозовых облаков, захватыва­ ющих нередко всю толщу тропосферы, требует особых ус­ ловий ее состояния, так сказать необходимой «подготов­ ленности», к таким мощным и бурным процессам. Одно­ го прогревания нижних слоев воздуха недостаточно для развития сильной конвекции (в этом случае дело ограни­ чивается образованием только' кучевых облаков). Для этого необходимо, чтобы состояние атмосферы было не­ устойчивым до высоты 4—5 км, а выше температура понижалась бы также очень быстро и, наконец, чтобы внизу содержание водяного пара было высоким. В этих условиях поднимающийся воздух все время будет теплее окружающей среды и как бы всплывать.

Грозовое облако не может расти беспредельно. Мель­ чайшие капельки воды, составляющие нижнюю его часть, и ледяные кристаллы в верхней части, где господствует сильный холод, соединяются и укрупняются. Наконец, наступает такой момент, когда восходящий поток, пи­ тающий облако, уже не в состоянии поддерживать кап­

76

ли, тогда они начинают падать, все более укрупняясь от слияния.

Сначала на землю падает капля, другая, потом нач­ нется редкий крупный дождь, переходящий в ливень. Вот облако прорезала первая молния, за ней вторая, третья... Гроза в полном разгаре!

Как хорошо описана гроза у наших художников сло­ ва: Толстого, Чехова, Тургенева, Горького!

При достаточной «подготовленности» атмосферы раз­ витие грозового облака проходит очень быстро. Иногда на процесс его формирования затрачивается не более 30—40 минут, и на фоне ясного неба вырастают горы грозовых облаков. В начальной стадии формирования грозы видим кучевое облако, отличающееся от «кучево­ го облака хорошей погоды» сильным ростом вверх. Вско­ ре оно превращается в типичное мощное кучевое облако с хорошо развитым белоснежным куполом и с темным основанием. Над куполом появляется парообразная дымка. Она быстро прорывается вверх. Это так называе­ мая «шапка», указывающая на бурный рост облачной вершины. Таких шапок может быть несколько на раз­ личных уровнях растущего облака. Но вот вершина начинает вследствие завихрений восходящего потока клубиться, как бы «закипает», и гроза уже неминуема.

В таком состоянии облако находится недолго. Вскоре начинается обледенение вершины. Отдельные его высту­ пы сглаживаются, тускнеют, купол теряет свою резкую структуру и покрывается «щитом» ледяных облаков. Внизу появляется завеса дождя, прорезываемая молния­ ми. Гроза «у ворот».

Но вот дождь ослабевает, а облака становятся вол­ нистыми. Через минуту робкий луч солнца уже блестит в лужах. Черное облако ушло на противоположную сто­ рону горизонта.

77

Рис. 14. Вертикальный разрез холодного фронта с грозами.

идут сплошной цепью, проходят быстро, но благодаря большой длине фронта могут охватить очень большие площади.

На рисунке показан вертикальный разрез холодного фронта. Вторжение в нижние слои атмосферы холодного воздуха происходит в форме «вала», который заставляет быстро подниматься лежащий перед ним более теплый воздух. Самый нижний слой воздуха испытывает трение о земную поверхность и немного задерживается, а более высокие слои выдвигаются вперед. В передней части «вала» создаются мощные нагромождения облаков, по­ хожих на горы или башни. Длинной цепью тянутся они над Землей и несут с собой грозы, ливни и сильный шквалистый ветер.

Облака холодного фронта могут достигать очень большой высоты, но в ширину простираются на неболь­ шое расстояние. Так как обычно холодный фронт дви­ жется быстро, то дождливая погода продолжается не­

79