Занимательное облаковедение. Учебник любителя облаков

Согласно индуистскому мифу, жемчужина образуется, когда и море падает капля росы. Если это происходит в полнолуние, получается жемчужина совершенной формы. У древних греков бытовало иное объяснение: они полагали, что жемчужина образуется, когда в море ударяет молния. А римляне считали, что это всего лишь слеза русалки. Современное объяснение куда более прозаично: жемчужина формируется и результате того, что в раковину устрицы попадает песчинка. Эта песчинка становится ядром, вокруг которого начинает накапливаться перламутр. Для того чтобы жемчужина полностью сформировалась, нужно около года. К этому времени устрица начинает чувствовать себя весьма стесненно и выбрасывает мешающее ей сокровище в глубины моря.

Чтобы из водяных паров образовалось облако, тоже нужна своя воздушная песчинка. Отдельные молекулы воды, висящие в воздухе, объединяются в капли только тогда, когда им есть с чего начать. Необходимо ядро, вокруг которого они будут собираться. На самом деле в атмосфере присутствует множество «песчинок», которые могут послужить этой цели. Метеорологи называют их «ядрами конденсации облаков». Они могут быть самой разной формы, а в диаметре не превышают 0,001 мм.

Над морем это могут быть кристаллики соли, образующиеся в результате высыхания морских брызг. Над землей, где ядер значительно больше, — глиняная пыль, частицы минералов или веществ растительного происхождения. Сгодится и сажа, поднимающаяся в воздух во время лесных пожаров и извержения вулканов, и продукты сгорания, вроде окружающих человеческое жилье частиц дыма и кислот. Такие ядра конденсации необходимы прежде всего для образования дождевых капель в облаках, состоящих только из капелек, а не изо льда: их температура не позволяет формирующимся на них каплям замерзнуть.

Обнаружилось, что ядра конденсации по-разному справляются с задачей притягивания молекул, из которых состоит водяной пар. На одних молекулы удерживаются лучше, чем на других. Всякий, кому доводилось пользоваться солонкой в сырую погоду, подтвердит, что крупинками соли молекулы воды абсорбируются особенно хорошо. Именно поэтому из них получаются отличные ядра конденсации облаков.

Неплохие ядра конденсации получаются из частиц, порождаемых лесными пожарами: оттого над горящими лесами порой образуются плотные огне-кучевые облака (pyrocumulus).

Когда начинает формироваться облако, капли, образующиеся на более действенных ядрах, растут быстрее прочих. Со временем они становятся больше, и потому начинают падать быстрее. Достигнув определенного размера, они начинают соударяться с более мелкими каплями и в результате растут. Метеорологи называют этот процесс коалесценцией. Так в облаке за 15–30 минут его существования могут образоваться капли, размер которых будет достаточен для того, чтобы они упали на землю в виде дождя. Однако (как сказал бы я Лаймону) этот способ — не единственный и, во всяком случае, не самый распространенный, особенно в средних широтах.

***

И тут люди за кулисами стали бы кричать Фрэнки, что ему вот-вот выходить на сцену. Однако мне потребовалось бы еще несколько минут, чтобы рассказать об основном способе формирования дождевых капель. И здесь пришлось бы завести разговор о кристаллах льда. Дождь, достигающий земли, поначалу значительно чаще пребывает в твердой, а не в жидкой форме. Дождевые капли образуются в результате того, что лед тает, проходя через слой теплого воздуха под облаком. Чтобы разъяснить Лаймону второй процесс, в результате которого образуется дождь, мне понадобилось бы сообщить ему несколько фактов о том, сколь странным образом капли, составляющие облако, превращаются в кристаллы льда.

Обычно в осенний день в Великобритании температура воздуха на высоте около 6 500 футов[87] над землей падает до 0°C. Можно было бы предположить, что капли воды в любом облаке выше этой отметки должны замерзать. Однако один из удивительных фактов из жизни облаков состоит в том, что капли не замерзают при 0°C. Скажу больше, они обычно не замерзают даже тогда, когда температура становится значительно ниже!

Если лужица, расположенная на уровне моря, начинает замерзать при 0°C, взвешенные в атмосфере капли воды ведут себя иначе. А дело вот в чем: так же, как для образования капель из водяного пара необходимы «песчинки», для превращения этих капель в твердые кристаллы (кроме как при очень низких температурах) тоже нужны ядра. Более того, вода — как в жидкой, так и в газообразной форме — куда более прихотлива при выборе ядер для замерзания, чем для конденсации.

Атмосферные частицы, выступающие в качестве «ядер замерзания», по размеру значительно больше частиц, пригодных для конденсации. Их объем, при диаметре от 0,005 до 0,05 мм, больше в 100–130 000 раз. Помимо этого, «ядра замерзания», представляя собой частицы скальных пород и иных минералов, встречаются намного реже.