Часто говорят, что мы живем на дне воздушного океана, но никогда не говорят, что мы живем под водой. А между тем это так. Потому что атмосферный воздух, простирающийся на сотни километров над Землей, никогда не бывает сухим. Над нами всегда находится вода. Влага, содержащаяся во воздухе, в любой момент может напомнить о себе дождем, снегом, градом. Иногда это бывает очень кстати: когда: стоит засуха и поля гибнут от недостатка влаги или когда морозы убивают плохо покрытые снегом озимые посевы. Но иногда обильные дожди приносят много вреда, размывая дороги, плотины и т. п.
Следовательно, атмосферная влага играет важную роль в нашей жизни. Но что мы знаем об этой влаге? Знаем ли мы, например, почему выпадает дождь, снег?
«Что за вопрос! — скажут многие. — Об этом давно уже все известно».
И они расскажут нам о том, что под действием солнечного тепла, нагревающего поверхность воды и суши, испаряется влага не только с поверхности Земли, но и с поверхности населяющих ее растений. Мы услышим, что береза может испарить в воздух через листья 40 литров воды в сутки, а с одного гектара березового леса, насчитывающего в среднем 200 деревьев, за летний сезон испарится 1500 тонн воды, которую восходящие токи воздуха, нагретого солнечными лучами, унесут в высоту, в атмосферу.
Рассказчик нарисует перед нами величественную картину вечного влагооборота на нашей планете. В этой картине все кажется ясным: вода испаряется, пары воды уносятся в высоту и, сгущаясь в более высоких слоях атмосферы, возвращаются на земную поверхность дождем, снегом, градом.
Рассказчика не затруднит и ответ на вопрос: как сгущается водяной пар, как он превращается в воду?
Этот процесс, называемый конденсацией, тоже хорошо известен в физике. Собеседник напомнит нам о том, что мельчайшие частички воды — ее молекулы, которые так малы, что в одном кубическом сантиметре воды их насчитывается ни мало, ни много 34.000.000.000.000.000.000.000 штук, — подобно молекулам любой другой жидкости, находятся в непрерывном движении. Это движение неодинаково для всех молекул. Различные молекулы имеют различные скорости, и быстрее всех движутся те, которые перемещаются по поверхности. Скорость этих «рекордсменов» такова, что они могут оторваться от воды. Именно эти оторвавшиеся молекулы, летая над водой, и образуют пар.
По мере испарения жидкости число оторвавшихся молекул все возрастает, пар насыщается ими все больше и больше. Но одновременно с вылетом молекул из воды идет и оседание некоторых из них обратно в жидкость.
Пока число вылетающих молекул больше числа оседающих, испарение продолжается. Но наступает момент, когда число вылетающих из воды молекул становится равным числу влетающих обратно. Это значит, что пар насытился молекулами. Его так и называют — насыщенный пар.
Продолжая рассказ о давным-давно известных вещах, наш собеседник упомянет о том, что чем выше температура, тем больше молекул входит в состав насыщенного пара, потому что при подогреве молекулы воды движутся быстрее и большее число их получает возможность оторваться
от жидкости.
Поэтому при любой температуре в каждом кубическом сантиметре пространства, занимаемого насыщенным паром над жидкостью, содержится определенное число молекул — тем больше, чем выше температура. И стоит только понизить температуру, как пар сделается пересыщенным, потому что часть молекул пара станет при этой температуре лишней. «Избыточная» часть пара начнет переходить в жидкость — сгущаться (конденсироваться).
Точно такой процесс происходит и в атмосфере. Чтобы водяной пар в атмосфере мог конденсироваться, он сначала должен стать пересыщенным. Чаще всего это происходит при попадании теплого воздуха в более холодное пространство — например, когда воздух, нагретый солнечными лучами, поднимается от Земли в более холодные высокие слои.
НО КОЕ-ЧТО НЕЯСНО...
В ЭТОЙ схеме конденсации влаги в атмосфере все как будто бы ясно — все вытекает из давно установленных законов физики. Но радоваться тому, что все уже ясно, рано.
Если внимательнее рассмотреть вопрос, то обнаружатся очень большие трудности.
Предположим, что летом воздух у Земли насыщен водяным паром. Поднимаясь на высоту, он охладится, пар станет пересыщенным, и «избыток» водяного. пара. должен сгуститься. Но велик ли этот, «избыток»? Оказывается, очень мал. Точные измерения показали, что количество пара, которое должно сгуститься в каждом, кубическом- метре воздуха, составляет всего несколько миллиграммов.
А так как известно, что поперечник дождевой капли достигает одного миллиметра, то, следовательно, пар, содержащийся в одном кубическом метре. воздуха, может образовать всего лишь шесть-семь капель. Другими словами, каждая капля я должна «впитать» в себя избыток пара из объема 140—160 литров воздуха окружающего ее.
В таких условиях для образования капли требуется много времени, потому что молекулы пара лишь с трудом могут добраться до рождающейся капельки. Ведь им приходится «пробиваться» на своем пути сквозь миллиарды — молекул воздуха. Необходимы 54 часа, чтобы все те частицы пара, из которых образуется одна единственная капля, успели со браться вместе. Но как же тогда объяснить возникновение внезапного ливня, при котором за минуту сверху обрушиваются многие тысячи дождевых капель?
Возможность быстрого выпадения большого числа дождевых капель определяется тем, что в атмосфере заранее создаются в особых резервуарах большие запасы водяных капель. Эти резервуары – облака.