На Земле в природной среде встречается 92 элемента (плюс еще около 20 созданы в лабораториях), однако некоторые из них мы можем сразу же отложить в сторону, как в жизни склонны поступать и химики. Немало наших земных элементов удивительно мало изучены. Например, практически ничего не известно про астат. Он имеет название и место в периодической таблице (по соседству с полонием Марии Кюри), но, кроме этого, практически ничего. Проблема не в отсутствии интереса у ученых, а в малой распространенности. Просто его у нас не так уж много. Однако самым неуловимым из всех элементов, похоже, является франций, который настолько редок, что, как считают, на всей планете в любой данный момент насчитывается меньше 20 атомов франция[232].В целом всего около 30 встречающихся в природе элементов широко распространены на Земле, и лишь полдюжины из них имеют особо важное значение для жизни.
Как вы могли ожидать, нашим самым распространенным элементом, составляющим чуть менее 50 % земной коры, является кислород, но далее относительное обилие часто оказывается неожиданным. Кто бы, например, подумал, что вторым, самым распространенным элементом на Земле является кремний или что титан занимает десятое место? Распространенность имеет мало общего с известностью или полезностью для нас. Многие из менее известных элементов на самом деле распространены шире более известных. Церия на Земле больше, чем меди, а неодима и лантана больше кобальта или азота[233].Олово еле входит в пятый десяток, его затмевают такие сравнительно малоизвестные элементы, как празеодим, самарий, гадолиний и диспрозий.
Распространенность имеет мало общего и с легкостью обнаружения. Алюминий — четвертый из самых распространенных на Земле элементов, составляет почти десять процентов того, что у вас под ногами, но о его существовании даже не подозревали, пока он не был открыт в XIX веке Гэмфри Дэви, и долгое время после этого он считался редким драгоценным металлом. Конгресс чуть было не покрыл блестящей алюминиевой фольгой Монумент Вашингтона, дабы показать, какой шикарной преуспевающей страной мы стали,а французская императорская семья в то же самое время отказалась от парадного столового серебра, заменив его алюминиевым сервизом. Держаться на острие моды приходится даже ценой тупых ножей.
Распространенность также не обязательно имеет отношение к важности элемента. Углерод лишь пятнадцатый по распространенности элемент, на него приходятся весьма скромные 0,048 % земной коры[234],но без него мы бы пропали. Атом углерода бесстыдно неразборчив в связях. Подобно доступной каждому девице атомного мира, он цепляется ко множеству других атомов (включая себе подобных) и крепко держит, образуя на молекулярном уровне прочные цепочки, какие водят танцующие в веселом южно-американском конга, — тот самый трюк природы, без которого не обойтись при создании белков и ДНК. Как пишет Пол Дэвис: «Если бы не углерод, жизнь, какую мы знаем, была бы невозможна. Вероятно, была бы невозможна жизнь любого рода». И тем не менее углерода не так уж много даже в нас, крайне от него зависящих. Из каждых двухсот атомов в вашем теле 126 — атомы водорода, 51 — кислорода и только 19 — углерода*.
---
* (Из остальных четырех 3 атома азота, а оставшийся атом делится между всеми остальными элементами.)
Другие элементы важны не для сотворения жизни, а для ее поддержания. Железо требуется для производства гемоглобина, без которого мы бы погибли. Кобальт необходим для образования витамина В12.Калий и совсем немножко натрия без преувеличения полезны для ваших нервов. Молибден, марганец и ванадий благотворны для ферментов. Цинк — хвала ему — окисляет алкоголь.
Мы эволюционировали таким образом, чтобы использовать эти вещества или переносить их присутствие — иначе мы вряд ли могли оказаться здесь, но, несмотря на это, мы можем существовать лишь в очень узких рамках допустимого. Для всех нас жизненно важен селен, но примите его чуточку больше, и это станет последним делом вашей жизни.Потребность организма в определенных элементах или степень их переносимости унаследованы в ходе его эволюции. Овцы и крупный рогатый скот ныне пасутся бок о бок, но, по существу, у них очень разные потребности в минералах. Нынешнему крупному скоту требуется довольно значительное количество меди, потому что они развивались в районах Европы и Африки, для которых было характерно обилие меди. Овцы, с другой стороны, развивались в бедных медью областях Малой Азии. Вполне естественно, что наша переносимость элементов, как правило, прямо пропорциональна их распространению в земной коре. Мы эволюционировали в расчете на небольшие количества редких элементов, которые накапливаются в мясной или растительной пище, которую мы потребляем, а иногда потребность в этих элементах является критической. Но стоит увеличить дозу, в ряде случаевсовсем незначительно, и скоро мы можем перейти безопасный порог. Многое здесь еще не до конца понятно. Никто, например, не знает, нужно ли для нашего здоровья едва заметное количество мышьяка. Некоторые авторитеты утверждают, что нужно; другие — нет. Что известно определенно, так это то, что слишком большое его количество вас убьет.
Свойства элементов становятся еще более удивительными, если их соединить. Например, кислород и водород — два из находящихся под рукой самых легко воспламеняющихся элемента, но объедините их — и вы получите невоспламеняемую воду*.
---
* (Сам кислород не является воспламеняющимся; он лишь способствует воспламенению других предметов. Это даже хорошо, потому что, если бы кислород был воспламеняющимся, каждый раз, когда вы зажигали бы спичку, вас бы охватывало пламенем окружающего воздуха. С другой стороны, газообразный водород чрезвычайно огнеопасен, как наглядно показал несчастный случай с дирижаблем «Гинденбург», когда 6 мая 1937 года в Лейкхерсте, штат Нью-Джерси, водород, которым он был наполнен, полыхнул пламенем, унесяжизни 36 человек.)
Еще более необычным является соединение натрия, одного из самых химически активных элементов, и хлора, одного из наиболее токсичных. Бросьте кусочек чистого натрия в обычную воду и получится взрыв, достаточно сильный, чтобы убить вас. Хлор еще более опасен. Хотя в слабых концентрациях его используют для уничтожения микроорганизмов (это как раз хлором пахнет отбеливатель), в больших количествах он смертелен. В Первую мировую войну именно хлор был избран составной частью многих отравляющих газов. И как могут засвидетельствовать многие пловцы с покрасневшими глазами, даже очень слабый его раствор неблагоприятен для человеческого организма. Но соедините эти два опасных элемента, и что вы получите? Хлористый натрий — обыкновенную поваренную соль.
Как правило, если элемент не проникает в наш организм естественным путем — скажем, если он нерастворим в воде, — мы будем плохо его переносить. Свинец для нас ядовит, потому что мы никогда не подвергались его воздействию, пока не стали делать из него посуду и водопроводные трубы. (Не случайно химический символ свинца — РЬ, от латинского слова plumbum, означающего водопроводное дело). Римляне, кроме того, придавали свинцом пикантный вкус вину, что, возможно, отчасти послужило причиной того, что римляне теперь не те. Как мы видели, наши отношения со свинцом (не говоря уж о ртути, кадмии и всех других промышленных загрязнителях, дозы которых мы регулярно получаем) не оставляют много места для самодовольства. Ну а к тем элементам, которые не встречаются на Земле в естественном виде, у нас не выработано никакой переносимости, так что им свойственно быть для нас чрезвычайно токсичными, как, скажем, плутоний. Наша переносимость плутония равна 0: ни при каком уровне вам не захочется быть рядом.
Я так долго распространялся об этом, чтобы донести до вас одну небольшую истину: Земля выглядит такой чудесно приспособленной для нас в значительной мере потому, что мы на ней развивались и приспосабливались к ее условиям. Мы восхищаемся и удивляемся не тому, что она пригодна для жизни, а тому, как хорошо она подходит кнашейжизни, — а этому вряд ли стоит удивляться. Возможно, многое из того, что создает нам замечательные условия — Солнце нужных размеров, преданная нам Луна, дружелюбный углерод, невпроворот расплавленной магмы и все прочее, — представляется великолепным, потому что мы возникли именно в таких условиях. Никто не сможет ответить наэтот вопрос.
Другие миры, возможно, служат убежищем существам, которые радуются серебристым озерам ртути и плывущим в небе аммиачным облакам. Обитатели, возможно, гордятся, чтоих планета не трясет их из-за бессмысленно трущихся друг о друга плит и не изрыгает на окрестности грязные потоки лавы, а постоянно находится в безмятежном, никакой тебе тектоники, покое. Далекие гости Земли почти наверняка были бы поражены, обнаружив, что мы обитаем в атмосфере, состоящей из азота, газа, упрямо не желающего вступать в какие-либо реакции, и кислорода, настолько пристрастного к горению, что нам приходится повсюду держать пожарные команды, дабы предохранить себя от его веселеньких последствий. Но даже если наши гости дышат кислородом, ходят на двух ногах, любят гулять по магазинам и смотреть кино, вряд ли они сочтут Землю идеальным местом. Мы даже не сможем угостить их обедом, потому что наша пища содержит следы марганца, селена, цинка и частицы других элементов, часть из которых окажутся для них ядовитыми. Земля может вовсе не показаться им сказочным местом.
Физик Ричард Фейнман любил шутить по поводу апостериорных выводов — логического хода мысли от уже известных фактов к возможным причинам. «Знаешь, со мною ночью случилась поразительная вещь, — рассказывал он. — Я видел во сне машину с номером ARW 357. Можешь себе представить? Какова вероятность увидеть именно этой ночью из множества миллионов номеров машин именно этот номер? Поразительно!» Он, конечно, имел в виду, как легко изобразить любую тривиальную ситуацию как нечто необыкновенное, если придавать ей судьбоносное значение.
Так что, возможно, что явления и обстоятельства, которые привели к возникновению жизни на Земле, не так уж необычайны, как нам нравится думать. И все же они были достаточно необычными. Бесспорно одно: им придется оставаться такими, как есть, пока мы не подыщем чего-нибудь получше.
В тропосферу
Спасибо Всевышнему за атмосферу. Она держит нас в тепле. Без нее Земля была бы безжизненным ледяным шаром со средней температурой -50 °C. Кроме того, атмосфера поглощает подлетающие рои космических лучей, заряженные частицы, ультрафиолетовое излучение и тому подобное. В целом газовая толща атмосферы равноценна 4,5 метрам защитной стены из бетона, и, не будь ее, эти невидимые гости из космоса пронзали бы нас, подобно крошечным кинжалам. Даже дождевые капли колотили бы нас до бесчувствия, незамедляй их падения атмосфера.
Самое поразительное в отношении атмосферы состоит в том, что ее не так уж много. Она простирается до высоты примерно 190 км, что может казаться довольно порядочным, если смотреть с земной поверхности, но если сжать Землю до размеров обычного настольного глобуса, то высота атмосферы не превысит толщины пары слоев лакового покрытия[235].
В научных целях атмосфера подразделяется на четыре неравных слоя: тропосферу, стратосферу, мезосферу и ионосферу (теперь часто называемую термосферой). Тропосфера — это тот слой, который так дорог нам. Только он содержит достаточно тепла и кислорода для нашей жизнедеятельности, хотя даже он быстро становится неблагоприятным для жизни по мере подъема вверх. От уровня земли до высшей точки тропосферы (или «вращающейся сферы») около 16 км на экваторе и не более 10–11 км в умеренных широтах, там, где живет большинство из нас. 80 % массы атмосферы, практически вся вода и тем самым практически все погодные явления ограничены этим тонким, как дымка, слоем. Поистине, между вами и пустотой не так уж много места.
За тропосферой находитсястратосфера.Когда на ваших глазах верхушка грозового облака сплющивается в классическую форму наковальни, вы смотрите на границу между тропосферой и стратосферой. Этот невидимый потолок известен как тропопауза. Ее открыл в 1902 году поднимавшийся на воздушном шаре француз Леон Филипп Тейсеран де Бор. «Пауза» здесь означает не кратковременный перерыв, а полное окончание; она от того же греческого корня, что и в слове «менопауза». Даже там, где высота тропосферы максимальная, тропопауза не так уж далека. Скоростной лифт, вроде тех, что работают в современных небоскребах, легко доставил бы вас к ней минут за двадцать, хотя я настоятельно не рекомендовал бы туда ездить. Такой быстрый подъем без поддержания давления в кабине по меньшей мере привел бы к тяжелым отекам головного мозга и легких, опасному избытку жидкости в тканях тела. Когда открылись бы двери смотровой площадки, все находившиеся в лифте почти наверняка были бы мертвы или при смерти. Даже более размеренный подъем сопровождался бы серьезными неудобствами. Температура на высоте 10 км может достигать минус 57 °C, к тому же вы были бы весьма признательны за лишний глоток кислорода.
После того как вы покидаете тропосферу, температура скоро снова повышается примерно до 4 °C, на этот раз благодаря поглощению излучения озоном (тоже открытому де Бором во время своего отважного подъема в 1902 году). Затем, в мезосфере, она резко падает до -90 °C, а потом, в уместно названной, но очень непостоянной термосфере, где температура между днем и ночью может колебаться в пределах 500 °C, взлетает до 1500 °C, хотя надо отметить, что «температура» на такой высоте становится до некоторой степени символическим понятием. В действительности температура — это всего лишь мера быстроты движения молекул. На уровне моря воздух наполнен молекулами так плотно, что отдельная молекула может переместиться на совсем крошечное расстояние — если быть точным, на одну десятую микрона, — а потом сталкивается с другой. Из-за непрерывных столкновений триллионов молекул происходит очень интенсивный теплообмен. Но на высоте термосферы, 80 км и выше, воздух настолько разрежен, что между любыми двумя молекулами будут в сотни тысяч раз большие расстояния, и они сталкиваются очень редко. Так что хотя каждая из молекул очень быстрая, между ними мало взаимодействия и тем самым незначительная теплопередача. Это хорошо для спутников и космических кораблей, потому что при более эффективном теплообмене любой рукотворный предмет, вращающийся на этом уровне, был бы сразу объят пламенем[236].
Но даже при этом космические корабли в верхней атмосфере должны управляться с осторожностью, особенно при возвращении на Землю, как это показала в феврале 2003 года трагедия с космическим челноком «Колумбия». Хотя атмосфера и представляется очень тонкой, если корабль спускается под слишком большим углом — более 6 градусов — или слишком быстро, он столкнется с таким количеством молекул, что их сопротивление приведет к воспламенению[237].И наоборот, если спускающийся корабль войдет в стратосферу под слишком малым углом, он вполне может отскочить в космос, подобно прыгающему по воде камешку.
Но вам нет нужды рисковать, отправляясь на край атмосферы, чтобы лишний раз вспомнить о том, какими отчаянно цепляющимися за землю существами мы являемся. Как известно каждому пожившему в горном городке, ваш организм начинает протестовать при подъеме не так уж на много сотен метров над уровнем моря. Даже опытные альпинисты, обладающие преимуществами, которые дает общефизическая и специальная подготовка, а также баллоны с кислородом, на высоте быстро становятся подвержены тошноте, усталости, обморожениям, потере ориентации, страдают от переохлаждения, мигреней, утраты аппетита и многих других функциональных расстройств. Сотней убедительных способов человеческий организм напоминает своему хозяину, что он не приспособлен действовать так высоко над уровнем моря.
«Даже при самой благоприятной обстановке, — писал об условиях на вершине Эвереста альпинист Питер Хабелер[238],— каждый шаг на этой высоте требует колоссального усилия воли. Ты должен заставлять себя делать любое движение, например что-нибудь взять. Постоянно одолевает свинцовая, смертельная усталость». В своей книге «Другая сторона Эвереста» английский альпинист и кинорежиссер Мэтт Дикинсон рассказывает, как Говард Сомервелл[239]во время экспедиции на Эверест в 1924 году «почувствовал, что задыхается насмерть из-за оторвавшегося и застрявшего в дыхательном горле кусочка собственной плоти». Огромным усилием Сомервеллу удалось откашлять закупоривший горло кусок. Оказалось, что это «просто фрагмент слизистой его собственной гортани».
Физические страдания особенно тяжелы начиная с высоты 7500 м — уровня, известного среди альпинистов как Зона Смерти, но многие тяжело переносят уже высоту более 4500 м и даже могут опасно заболеть. Такая чувствительность имеет мало отношения к тренированности. Порой бабули резво скачут по высоченным горкам, тогда как их крепкие отпрыски беспомощно стонут, лежа пластом, пока их не спустят пониже.
Считается, что абсолютный предел высоты, на которой еще возможно постоянное пребывание человека, — примерно 5500 м, но даже люди, прошедшие специальную высотную подготовку, могут не переносить подолгу такие высоты. В книге «Жизнь в экстремальных условиях» Фрэнсис Эшкрофт отмечает, что серные рудники в Андах находятся на высоте 5800 м, но горняки предпочитают каждый вечер спускаться на 460 м и на следующий день снова подниматься наверх, вместо того чтобы постоянно жить на той высоте. У коренных обитателей высокогорья за тысячелетия зачастую развиваются непропорционально большие грудная клетка и легкие и почти на треть возрастает концентрация переносящих кислород красных кровяных клеток, хотя существует предел их концентрации, ибо кровь может стать слишком густой, чтобы свободно течь по сосудам. Кроме того, на высоте больше 5500 м даже самые адаптированные женщины из-за нехватки кислорода не могут до конца выносить плод.
Когда в 1780-х годах в Европе начались экспериментальные подъемы на воздушных шарах, воздухоплавателей удивило, что с высотой становилось заметно холоднее. Казалось бы, логика подсказывает, что чем ближе к источнику тепла, тем должно быть теплее. Ответ частично состоит в том, что вы, по существу, не приближаетесь к Солнцу. Солнценаходится в 150 млн км. Приблизиться к нему на несколько сотен метров — это все равно что, находясь в Огайо, сделать шаг в сторону лесного пожара в Австралии и ожидать, что почувствуешь запах дыма. Ответ снова возвращает нас к проблеме плотности молекул в атмосфере. Солнечные лучи возбуждают атомы. Те при столкновениях выделяют полученную энергию, что и приводит к повышению температуры. Когда в летний день вы чувствуете, как солнышко пригревает спину, на самом деле это дают о себе знать возбужденные атомы. Чем выше вы поднимаетесь, тем меньше остается молекул и тем реже между ними происходят столкновения. Воздух — обманчивая штука. Мы склонны думать, что даже на уровне моря он абсолютно бесплотный и почти невесомый. На самом деле он обладает внушительной массой, и эта масса часто себя проявляет. Океанограф Уайвилль Томсон[240]более века назад писал: «Просыпаясь утром, мы иногда узнаем, что показатель барометра поднялся на дюйм, что за ночь на нас потихоньку взвалили почти полтонны, однако не испытываем неудобства, а скорее встаем бодрыми и веселыми, потому что в более плотной среде организму требуется сравнительно меньше усилий для движения»[241].Ваше тело не оказывается раздавленным лишней половиной тонны по той же причине, что и глубоко под водой: оно в основном состоит из несжимаемых жидкостей, которые давят обратно, уравнивая давление снаружи и изнутри.
Но приведите воздух в движение, будь то ураган или даже свежий ветер, и он скоро напомнит вам, что обладает значительной массой. Всего вокруг нас около 5200 млн тонн воздуха — по 10 млн тонн на каждый квадратный километр планеты — не такая уж незначительная величина. Когда миллионы тонн атмосферы устремляются со скоростью 50–60 км/ч, вряд ли кого удивит, что ломаются сучья и слетает с крыш черепица. Как отмечает Антони Смит[242],типичный атмосферный фронт может состоять из 750 млн тонн холодного воздуха, прижатых миллиардом тонн более теплого. Стоит ли удивляться, что метеорологические последствия порой захватывают воображение.
В мире у нас над головами, безусловно, не наблюдается недостатка энергии. Подсчитано, что одна гроза может заключать в себе количество энергии, эквивалентное количеству электроэнергии, потребляемому всеми Соединенными Штатами в течение четырех дней[243].В подходящих условиях грозовые облака могут возвышаться на 10–15 км, скорость восходящих и нисходящих токов внутри них превышает 150 км/ч. Часто они расположены рядом, потому пилоты и не хотят летать сквозь них. В ходе этого внутреннего брожения находящиеся в облаке частицы заряжаются электричеством. По не совсем еще понятным причинам более легким частицам свойственно нести положительные заряды и подниматься воздушными потоками в верхние слои. Более тяжелые частицы удерживаются у основания, накапливая отрицательные заряды. Эти отрицательно заряженные частицы неудержимо тянет к положительно заряженной Земле, и остается лишь пожелать удачи всему тому, что окажется у них на пути. Молния летит со скоростью 4 млн км/ч[244]и может нагреть окружающий воздух до весьма бодрящей температуры в 25 тысяч градусов Цельсия, в несколько раз жарче, чем на поверхности Солнца. В любой момент на земном шаре происходит в среднем 1800 гроз — около 40 тыс в день. По всей планете днем и ночью каждую секунду в землю ударяет сотня молний. Небо — довольно оживленное место.
Значительная часть наших знаний о том, что происходит там, наверху, получена на удивление недавно. Струйные течения, обычно отмечаемые на высоте 9-11 тысяч метров, способны достигать скорости 300 км/ч и в огромной степени влиять на состояние погоды целых материков, а ведь об их существовании не подозревали, пока летчики не стали залетать в них во время Второй мировой войны. Даже теперь о многих атмосферных явлениях существует весьма приблизительное представление. Время от времени в полеты самолетов вносит оживление вид волнового движения, известного в обиходе как турбулентность при ясном небе. Два десятка таких происшествий в год — достаточно серьезное дело, чтобы о нем сообщить. Эти случаи не связаны ни со строением облаков и ни с чем-либо другим, что можно обнаружить визуально или с помощью радаров. Это просто зоны внезапной турбулентности среди безмятежно спокойного неба. В одном таком случае самолет, летевший в тихую погоду из Сингапура в Сидней над центральной Австралией, вдруг упал на 90 м — достаточно, чтобы не пристегнутых к креслам пассажиров подбросило к потолку. Пострадало двенадцать человек, один серьезно. Никто не знает, что служит причиной таких опасных для целостности корабля воздушных ям.
Процесс, в результате которого воздух перемещается в атмосфере, аналогичен тому, что движет внутренним механизмом планеты, это — конвекция. В экваториальных широтах влажный теплый воздух поднимается вверх, пока не встречает препятствие в виде тропопаузы и затем распространяется вширь. Удаляясь от экватора, он остывает и опускается вниз. Достигнув нижней точки, часть воздуха стремится к областям низкого давления и, завершая кругооборот, поворачивает к экватору.
На экваторе конвекционный процесс обычно стабилен и погода, как и следует ожидать, солнечная и ясная, но вот в умеренных поясах характер погоды в большей мере определяется сезоном, местонахождением и просто случайными факторами, что приводит к бесконечному противоборству воздушных систем высокого и низкого давления. Системы низкого давления создаются поднимающимся воздухом, который уносит в небо молекулы воды, образуя облака и в конечном счете вызывая дождь. Теплый воздух может содержать больше влаги, чем холодный, потому тропические и летние ливни бывают самыми обильными. Таким образом, областям низкого давления свойственна облачная, дождливая погода, а области высокого давления несут ясные солнечные дни. Когда же обе эти системы встречаются, это часто бывает заметно по облакам. Например, слоистые облака — те самые неприятные скучные, облегающие все небо, — возникают, когда насыщенным влагой восходящим воздушным потокам не хватает сил, чтобы пробиться сквозь находящийся выше слой более плотного воздуха, и они расползаются вширь, как дым по потолку. В самом деле, если вы как-нибудь понаблюдаете за курильщиком, проследите за поднимающейся кверху в неподвижном воздухе струйкой дыма, то хорошо представите, как это происходит. Сначала дым поднимается прямо вверх (это называется ламинарным течением, запомните это слово, если хотите произвести на кого-нибудь впечатление), а затем расстилается широким волнистым слоем. Самый мощный компьютер в мире, самым тщательным образом контролирующий окружающую среду, не сможет точно предсказать, какую форму примут эти завитки дыма, так что можете представить себе трудности, стоящие перед метеорологами, когда они пытаются предсказать такие движения в кружащемся, продуваемом ветром полномасштабном мире.
Что мы знаем наверняка, так это то, что, поскольку солнечное тепло распределяется неравномерно, на планете возникает разница в атмосферном давлении. Воздух не может этого терпеть и поэтому мечется из стороны в сторону, пытаясь всюду уравнять положение вещей. Ветер — это попросту способ, которым воздух пытается поддерживать равновесие. Воздух всегда перетекает из областей высокого давления в области низкого давления (как и следует ожидать; представьте что-либо наполненное воздухом — воздушный шар, или пневматический баллон, или самолет с выбитым иллюминатором — и вспомните, как настойчиво сжатый воздух стремится вырваться наружу), и чем больше разница в давлении, тем сильнее ветер.
Между прочим, ветер набирает силу заметно быстрее, чем растет его скорость, например, при скорости 300 км/ч он не просто в десять, а в сто раз сильнее ветра скоростью 30 км/ч — и потому значительно разрушительнее. Добавьте к этому эффекту несколько миллионов тонн воздуха, и результат может получиться весьма внушительный. Тропический циклон за двадцать четыре часа способен высвободить столько энергии, сколько потребляет за год богатая страна средних размеров, такая как Англия или Франция.
О стремлении атмосферы к равновесию первым высказался Эдмонд Галлей — он поспевал всюду, — а в восемнадцатом веке эту идею последовательно развил его соотечественник Бритон Джордж Хэдли, обнаруживший, что восходящие и нисходящие токи воздуха имеют свойство создавать «ячейки» (с тех пор известные как«ячейки Хэдли»).Будучи юристом по профессии, Хэдли в то же время живо интересовался погодой (в конце концов, он же был англичанином), кроме того, он предположил наличие связи между своими ячейками, вращением Земли и наблюдаемыми отклонениями воздушных потоков, которые порождают пассаты. Однако детали этих процессов объяснил в 1835 году профессор механики Высшей политехнической школы в Париже Гюстав-Гаспар Кориолис, и теперь мы ныне называем это явлениеэффектом Кориолиса[245]. (Другим достижением Кориолиса в Школе было внедрение водяных охладителей, которые, по-видимому, до сих пор известны там как кориосы). На экваторе Земля вращается с порядочной скоростью 1675 км/ч, хотя по мере приближения к полюсам скорость значительно падает; например в Лондоне и Париже около тысячи км/ч. Если вдуматься, объяснение самоочевидно. Когда вы находитесь на экваторе, вращающейся Земле приходится за сутки переносить вас на весьма значительное расстояние — около 40 тыс. км, прежде чем вы вернетесь на исходное место, тогда как, стоя у полюса, вам может потребоваться всего лишь несколько метров, чтобы совершить полный оборот; хотя в обоих случаях на возврат в точку отправления потребуется 24 часа. Отсюда следует, что чем ближе к экватору, тем быстрее приходится вращаться.
Эффект Кориолиса объясняет, почему все, что движется в воздухе по прямой линии вбок от направления вращения Земли, отклоняется вправо в Северном полушарии и влево в Южном. Все дело в том, что под нами поворачивается Земля. Классический пример: представьте, что вы стоите в центре большой карусели и кидаете мяч кому-нибудь, находящемуся на краю. Когда мяч долетит до края, тот, кому вы его кидали, продвинется вперед, и мяч пролетит позади него. В его глазах это будет выглядеть так, будто мяч отклонился в сторону. Это и есть эффект Кориолиса, и именно он заставляет тропические циклоны крутиться волчком. Сила Кориолиса объясняет, почему при стрельбе из корабельных орудий делается поправка влево или вправо; иначе снаряд, летящий на 25 км, отклонится примерно на 100 м и безобидно плюхнется в море.
Принимая во внимание практическую и психологическую важность погоды почти для каждого из нас, удивительно, что метеорология не существовала как наука до самого начала XIX века (правда, сам термин «метеорология» существует с 1626 года, когда его употребил Т. Грейнджер[246]в книге о логике).
Проблема отчасти заключалась в том, что для получения удовлетворительных результатов в метеорологии нужны точные измерения температуры, а термометры долгое время было изготовлять труднее, чем можно подумать. Для получения точных показаний требовалось проделать в стеклянной трубке очень ровное отверстие, а это было нелегко. Первым, кто решил эту задачу, был голландский инструментальный мастер Габриель Даниель Фаренгейт. В 1717 году он изготовил точный термометр. Правда, по непонятным причинам он градуировал прибор таким образом, что тот обозначал точку замерзания 32 градусами, а точку кипения 212 градусами[247].Эта числовая эксцентричность с самого начала создавала известные неудобства, и в 1742 году шведский астроном Андере Цельсий придумал конкурирующую шкалу. Как бы в доказательство того, что изобретатели редко делают все абсолютно правильно, Цельсий принял точку кипения за нуль, а точку замерзания за 100 градусов. Правда, вскоре ихпоменяли местами.
Дата добавления: 2015-09-29; просмотров: 18 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |