100 великих открытий российской науки

В действительности первенство принадлежит М.В. Ломоносову. Он не употреблял термина «криосфера», но с гениальной прозорливостью и чёткостью высказал мысль о единой «морозной» оболочке планеты. Сочетание научной мысли и поэтического воображения позволило ему сделать замечательное открытие.

Кажущаяся простота его рассуждений и естественность вывода создают впечатление очевидности. Но ведь он предвосхитил мысль, до которой заново пришли учёные только в ХХ веке, да и то после вертикального зондирования атмосферы и высотных полётов на аэростатах и аэропланах.

Вертикальные потоки атмосферы

Движение облаков, веяние ветра со всей определённостью отмечают горизонтальное перемещение воздушных масс. Можно уточнить: воздух течёт над земной поверхностью, подобно воде, образуя огромные круговороты циклонов и антициклонов.

Наш личный опыт свидетельствует только о таком перемещении воздушных масс. А что мы знаем о вертикальных воздушных потоках? Как их заметить? Да и есть ли они?

Свои представления о движениях атмосферы Ломоносов высказал на собрании Академии наук в «Слове о явлениях воздушных от электрической силы происходящих» (1753). На рисунке он изобразил это явление:

«Стрелы показывают восхождение воздуха в сиянии и погружение в тени… В жаркие летние дни зыблется, по-видимому, земная поверхность не для другой какой причины, как от смешения восходящего тёплого воздуха с погружающимся холодным… Из сего основания истолкованы мною многие явления с громовою силою бывающие».

Михаил Васильевич предполагал, что его идея из-за своей новизны не привлечёт внимания академиков, среди которых не было исследователей атмосферных явлений. Поэтому начал издалека:

«Великой истинно и праведной славы достигли те, которым толь сокровенные в натуре тайны старанием, или хотя и ненарочно, открыть приключилось и которых стопам последовать не за последнюю похвалу почитать должно. Того ради и я некоторую благодарность заслужить себе уповаю, когда движения воздуха, о которых, сколько мне известно, нет ещё ясного и подробного познания, или, по последней мере, толь обстоятельного истолкования, какого они достойны, когда движения воздуха, к горизонту перпендикулярные, на ясный полдень выведу, которые не токмо гремящей на воздухе электрической силы, но и многих других явлений в атмосфере и вне оной суть источник и начало».

Его идея не встретила ни возражений, ни одобрения: слишком нова, непривычна и непонятна. Среди петербургских академиков были специалисты ботаники, зоологи, картографы, математики, астрономы, физики. Немногие из них стремились постичь земную природу в глобальном масштабе как единое целое, а не «по ведомству» той или иной науки.

М.В. Ломоносов. «Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих». 1753 г.

Делая расчёты плотности воздуха при разных температурах и на разных высотах, Ломоносов доказал: временами возникает неустойчивость атмосферы. Тогда её средние охлаждённые и более тяжёлые массы устремляются вниз, вытесняя вверх нижний тёплый более лёгкий слой. Сходное явление должно происходить и летом. Поэтому перед грозой обычно затихает ветер и становится холоднее.

Небольшое отступление. Круговороты атмосферы в наше время рассматривают на глобальных моделях. Получается, что в экваториальной зоне воздух сильно нагревается, переносится примерно до 30° северной и южной широты, охлаждается, опускается к земле и частично возвращается к экватору. Эта схема слишком условна, не учитывает масштабы реального пространства и особенности земной поверхности.

У Ломоносова всё более реально и продуманно. Он подчеркнул: чем сильней в летний зной нагревается земля, тем выше поднимаются потоки нагретого воздуха. Они попадают в морозный слой атмосферы, «сгущаются», капли воды замерзают и, пока падают, на них намораживается «ледяная скорлупа».

Именно сильными вертикальными движениями воздуха объясняется форма кучевых облаков, их мощность, высота и склонность к шквалам и граду. Становится понятным, почему град бывает только летом в жаркое время, а не в холода.

Ломоносов припомнил случаи наступления зимних потеплений и резких похолоданий, ссылаясь на свои наблюдения и сведения о погоде в Европе. Привёл пример Британии, где морские ветры определяют мягкие тёплые, сравнительно тёплые зимы; и на Камчатке нет тех морозов, которые бывают западнее в Сибири на тех же широтах.