8 років тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

Антоний: Не сердце — камень! Клеопатра: Если это правда,

Пусть станет в наказание оно

Отравленною градовою тучей.

Пусть первой градинкой убьет меня,

Второй — Цезариона.

Шекспир «Антоний и Клеопатра». Акт III, сцена 13

Из всех гидрометеоров град является наиболее эффектным и наиболее трудным для истолкования. Поэтому не удивительно, что попытки объяснить его были очень многочисленны, а многие из них были также весьма искусственны, и задача историка— по крайней мере в такой книге, как эта, — прежде всего заключалась в отборе наиболее важных среди них. Одним из критериев, который я буду принимать за основу, будет новизна, и я обойду молчанием всякий возврат к идеям, уже дискредитированным или отброшенным. Но даже и при этих условиях необходимо будет соблюдать краткость, и я надеюсь, что цитаты часто будут при этом предпочтительнее, чем подробный разбор.

Во избежание недоразумений нужно с самого начала дать надлежащее определение термина «град». Существует четыре рода града.

1. Собственно град (hail)—ледяные шарики или «камешки» (hailstones). Они могут состоять из чистого льда или из перемежающихся слоев прозрачного и мутного льда и иметь диаметр от 3 до 30 мм и даже более того. 2. Снежная крупа (soft hail), называемая также Graupel (нем.), gresil (фр.) или snow pellets. Это белые, непрозрачные крупинки, менее 6 мм диаметром, состоящие из ледяного кристалла в центре, покрытого замерзшими облачными каплями. Они относительно легки и мягки. 3. Ледяная крупа (small hail) — обычно ядро снежной крупы, обросшее тонким слоем льда. 4. Ледяной дождь (ice pellets). (В Северной Америке он носит название sleet.) Это прозрачные сферические льдинки размера дождевой капли, внутри которых может содержаться жидкая вода.

Эти разнообразные гидрометеоры имеют различное происхождение и неодинаково распределены во времени и в пространстве. Например, три последние разновидности обычно наблюдаются зимой, в то время как собственно град редко выпадает зимой— загадочный факт, создавший большие затруднения для ранних теорий. Далее, град редко наблюдается на больших высотах в горах, а снежная крупа — обычное для гор явление. В дальнейшем изложении слово «град» (hail) будет употребляться для обозначения явления, связанного с летним сезоном и обычно с грозами.

Здесь нужно обратить внимание на две наиболее трудные проблемы, с которыми имели дело создатели теорий града: во-первых, откуда берется сильный холод, заставляющий капли замерзать, и, во-вторых, каким образом растущие градины могут оставаться в воздухе столь долго, чтобы на них намерзало так много воды. Трудность первой задачи значительно возросла после открытия скрытой теплоты таяния во второй половине 18-го столетия, после чего проблема была сформулирована по-другому: каким образом растущие градины избавляются от теплоты таяния скапливающейся на них воды?

Внимательный читатель, прочитавший главу VIII, вероятно, уже догадался, что ответ на первый вопрос дает падение температуры, создаваемое конвективным процессом совместно с большой высотой, на которую распространяются системы конвективных облаков. Он мог даже предположить, что существуют вертикальные токи, скорость которых достаточна для удержания градин вверху, пока они дорастут до тех больших размеров, которые иногда наблюдаются. Можно облегчить читателю понимание исторической эволюции, если ему сразу сказать, что это так и есть и что теперь совершенно ясно, что градины теряют тепло в основном путем теплопроводности и при испарении с их поверхности и что количественно этих потерь достаточно.

Предположения древних авторов по этому вопросу уже излагались в главе I, так что теперь мы можем начать с Декарта, который знал, что внутри градин часто содержится снег, и считал, что крупные градины образуются в результате соединения под действием ветра многочисленных снежных хлопьев, которые затем частично тают и снова замерзают. Крупные градины возникают только летом, потому что зимние облака слишком низки и снежинкам, падающим из них, не хватает времени на это таяние и замерзание [101].

Едва ли это могло удовлетворить Декарта. Нечто более определенное было предложено Гассенди, утверждавшим, что верхние слои воздуха холодны не потому, что они далеки от источника тепла, отражающегося от земли, а из-за «азотистых корпускул», или «зерен» холода, которые там очень многочисленны. Зимой их меньше, и они порождают лишь снег, но летом их больше, так что может образовываться град [135]. Идея об «азотистых солях», или «селитре», как об источниках холода стала еще более популярной после появления работ Джона Мэйо [235], и в 1697 г. мы встречаем преподобного Джона Валлиса, направляющего издателю «Philosophical Transactions» «Письмо относительно образования града, грома и молнии и об их эффектах» [354]. В то время весьма широко была распространена идея, что вспышка молнии и взрыв пороха — родственные явления, если не одно и то же. Так, Джон Валлис рассуждает, что если присутствие в воздухе селитры приводит к возникновению молнии, то она же, вероятно, образует охлаждающую смесь со снегом, которая и замораживает градины.

«И это в особенности потому, что (не только в этих удивительно больших, но и в градинах обычных размеров) в середине, по-видимому, находится нечто более похожее на снег, чем на лед» ([354], стр. 657).

Мушенбрук развил эту химию дальше: отметив обычную связь града с молнией, он считал, что последняя состоит из «маслянистой и сернистой материи», а также из «селитряного спирта», который, встречаясь с частицами, образующими лед, возбуждает ужасный холод ([249], стр. 803)… Эти «частицы, образующие лед», существенно важны, иначе мы получим лишь сильный дождь. Общее убеждение, идущее, вероятно, от не записанных нигде наблюдений переохлаждения, состояло в том, что для замерзания воды недостаточно только потери тепла, на она замерзает

«потому, что смешивается с очень тонкими корпускулами,, приходящими из атмосферы, что приводит к своего рода ферментации воды, отнимает у нее содержащееся в ней тепло (le feu) и заставляет ее частицы прилипать друг к другу» ([249]„ стр. 443).

Со временем, в 18-м столетии, это обращение к азотистым частичкам становилось все менее общепринятым.

Поэтому нужно было найти другие источники холода. Наблюдения, сделанные в разных местах, показали, что облака, из которых выпадает град, достигают огромных высот. Во всяком случае Эдвард Барлоу в 1715 г. заключил, что град — это лет* нее явление потому, что в этом сезоне

«в изобилии имеется тепло, заставляющее пары подниматься до достаточных высот. Это редко бывает зимой или в морозную погоду из-за недостатка влаги для их сцементирования или недостатка тепла для их поднятия» [28].

До своего обращения к химическим спекуляциям Делюк писал, что образование града доказывает большое вертикальное распространение пара. По его мнению, снежное ядро в центре градины свидетельствует об образовании снежных хлопьев на такой высоте, что при своем падении они заставляют замерзать встречающиеся на пути их падения пары [88]. Аналогичные взгляды выражали Франклин [132] и Монжэ [245], но у последнего собирались скорее не пары, а капли. В 19-м столетии большинство авторов молчаливо допускало, что хотя бы часть этого процесса протекает на большой высоте.

Предположение, вероятно, опередившее свое время, высказал М. Заалфельд, посвятивший в 1763 г. восемнадцать страниц [304] доводам в пользу того, что «все белые облака — замерзшие». Он предполагал, что они и доставляют ядра для градин.

Знаменитый опыт с воздушным змеем, демонстрирующий электрическую природу молнии, был проделан Франклином в июне 1752 г. Это привело, конечно, к ряду попыток объяснить град, беря на помощь электрические явления. Это было неизбежно, потому что град очень часто, практически всегда сопровождается молнией. Способный химик Гюйтон де Морво попался в эту логическую ловушку [154]. Отвергая все идеи о «солях», образующих охлаждающую смесь, — почему же мы не находим их в градинах? — Гюйтон вынужден был связывать с электричеством большой холод, который иначе, как он полагал, необъясним. Принимая открытие Нолле, что вода испаряется быстрее, когда она наэлектризована [254], он рассуждает, что это должно бы несколько усилить холод, и фантазирует, что пар может стать лучшим проводником тепла, если его наэлектризовать. Свои идеи он подтверждал несколькими весьма плохо проконтролированными экспериментами.

Гюйтона сразу же подверг критике в открытом письме Жан Андре Монжэ [246]. Автор письма допускает, что электричество усиливает испарение, но замечает, что наэлектризованные капли должны взаимно отталкиваться, а не сливаться в большие градины. Монжэ имел свою собственную сложную теорию, совершенно, однако, не подтвержденную наблюдениями. Ко времени написания «Мыслей о метеорологии» Делюк уже совершенно отказался от своих прежних теорий града. По-видимому, к 1786 г. у него имелись две теории града, не вполне исключавшие друг друга. Первая заключалась в том, что требуемый холод имеет химическое происхождение ([90], стр. 642), и мы уже видели в главе VI, какое большое значение он придавал химическим аналогиям в метеорологии. Вторая, электрическая, теория была основана на гипотезе, что тепло образуется при разложении «электрической жидкости» ([90], стр. 525), так что предположительно образование электрической жидкости должно сопровождаться поглощением тепла. Делюк, по-видимому, мало пользовался этими теориями, но Венер [348] указывает, что Лампадиус и Гайдман поддержали его. Его химической теории мощную поддержку оказал литературный талант Лихтенберга [220].

«Никто, — писал Лихтенберг, — не сомневается, что грозы и бури с градом и подобные явления — это химические процессы в великом воздушном океане, в которых разложение и рекомбинация непрерывно сменяют друг друга» ([220], стр. 89).

Факт, что холодный град может образовываться в жаркую летнюю погоду, не более удивителен, чем тот, что «пламя может гореть в холодный день, давая тепло в 1000 градусов. Пламя дает тепло в результате … разложения; холод должен возникать при рекомбинации» ([220], стр. 104).

Наиболее известная электрическая теория града была предложена другим великим физиком, который был также элегантным и плодовитым писателем, — Александром Вольта [346]. В его теории электричество использовалось не в качестве первопричины холода, а для объяснения того, почему градинки остаются взвешенными столь долго, что успевают вырасти. Холод, думал Вольта, должен возникать в результате очень быстрого испарения с вершин облаков, которому способствуют мощный солнечный свет, разреженный сухой воздух, легкость испарения пузырьков, из которых, как он думал, сделаны облака, и предполагаемый эффект электричества, помогающего испарению. Но каким образом градины удерживаются в воздухе в течение достаточного времени? «Мы не можем представить себе какую-либо другую силу или мощность, кроме электричества, остается лишь посмотреть — насколько оно может быть адекватно». Вольта предполагает, что градины подпрыгивают вверх и вниз над вершиной облака под воздействием электрического отталкивания, причем их заряд возобновляется, когда они, став несколько тяжелее, снова попадают в облако. В конце концов их вес становится слишком большим для имеющегося заряда электричества и они проваливаются сквозь облако и выпадают вниз. Еще более подходящим было предположение о двух облаках— одно над другим, заряженных противоположными зарядами, поскольку в этом случае заряженные градины будут прыгать между ними, как шарики бузины между двумя пластинками в хорошо известном лабораторном эксперименте.

Вольта подкрепляет эту теорию ссылкой на многообразие форм градин и на тот факт, что в их центре содержится небольшая снежная масса. Он отвечает на различные возражения, например, почему противоположно заряженные слои облака не притягиваются друг к другу? Они сходятся, но только медленно. И почему не бывает бурь с градом зимой? Потому, что облака менее плотные, а потому менее сильно наэлектризованы, солнце излучает меньше и длинные ночи позволяют электрическому равновесию восстанавливаться.

Эта статья была написана столь блестяще и с таким изобилием подробностей, что не удивительно, что она завоевала широкое признание, особенно если учесть известность ее автора. Великий Араго, по-видимому, был убежден в истинности теории Вольта даже в 1828 г. [17], после того как она подверглась значительной критике, особенно в германских странах. Первым критиком, вероятно, был И. И. Прехтль из Вены, который не желал верить, что испарение воды может создавать такой холод, особенно на солнечном свету. Прехтль также отказывался рассматривать облака как металлические пластинки, от которых могут отскакивать предметы, и указал, что к предполагаемому отталкиванию верхнего облака должно было бы добавляться действие силы тяжести и все вместе должно было бы приводить к огромной нисходящей скорости.

Что действительно было необходимо, так это некоторые расчеты. Этот недостаток был частично восполнен около 1830 г. Г. В. Мунке, который нашел, что при любых разумных размерах возможные силы отталкивания должны были быть совершенно недостаточны.

Не вся критика приходила из мест, лежащих к северу от Альп. В 1817 г. Анджело Беллани [32] задал вопрос: если градинки или ядро градинки отталкивается от вершины облака, то что препятствует удалению самих облачных капелек? С помощью изящного простого эксперимента он также опроверг представление о том, что яркий солнечный свет в верхних слоях воздуха может порождать необходимый холод. Два термометра были обернуты тканью и увлажнены; один был помещен на солнце, второй затенен. Тот, который был на солнце, высох быстрее, но не опустился ниже, чем затененный термометр во время его высыхания.

Теория града Вольта — это еще один пример неудач даже наиболее выдающихся физиков того времени, пускавшихся в плавание по «воздушному океану». Я предоставляю метеорологам решать, доказывает ли это, что метеорология — более трудная наука, чем физика. Во всяком случае к 20-м годам XIX в. сложилось общее убеждение, что сочетание града и молнии означает лишь, что оба эти явления возникают при одинаковых условиях погоды. Таково было ясно выраженное в 1814 г. мнение фон Буха [53], а в 1830 г. это же решительно утверждал Денисон Ольмстед из Иеля [259]. Начиная с этого времени теории града были механическими и основывались более или менее твердо на представлениях о восходящих потоках воздуха.

Для анализа их мы можем вернуться к 1780 г. и к Марселину Дюкарла-Бонифасу, известному под именем Дю Карла, который изложил теорию града в своей «Histoire naturelle du monde» [109]. Столб воздуха, нагревшийся более сильно, чем окружающая его атмосфера, поднимается вверх достаточно быстро, чтобы унести с собой содержащиеся в нем продукты конденсации и поднять их до высоты, где они замерзают при большом холоде и превращаются в

«небольшие снежные шарики, которые будут расти, а отношение их поверхности к объему будет уменьшаться до тех пор, пока…они не начнут падать обратно вниз, поначалу очень медленно…» ([109], стр. 94).

Действительно, «они могут оставаться взвешенными несколько часов», несмотря на их тяжесть, под действием восходящих потоков. Когда они начинают падать,

«на своем пути они встречают водные молекулы, коагулированные благодаря выделениям (secretion) и холоду и поднимающиеся им навстречу. Они объединяются, растекаются и замерзают; результатом являются шарики льда, округляющиеся как при их образовании, так и вследствие трения друг о друга».

Если вертикальная скорость достаточно велика, то дождевые капли могут смерзаться непосредственно, и Дю Карла думал, что этим объясняется конфигурация некоторых градин, которые он описывал как параболоид, склеенный с небольшой сферой.

По этой теории, образование града обусловлено разностью температур различных участков поверхности земли, и поэтому Дю Карла было легко объяснить, почему град возникает пред­почтительно летом, после полудня, и над пересеченной местностью. Это была, конечно, неполная теория, в которой не рассматривался вопрос, каким образом можно обойти скрытую теплоту таяния. Важность этого, видимо, не была понята Дю Карла, если только он вообще знал, что существует такая вещь, как скрытая теплота.

Во всяком случае его книга была, по-видимому, мало известна за пределами Женевы, и фундаментальное представление о восходящих потоках воздуха было создано затем заново.

Важным ключом к проблеме были особенности географического распределения града. В 1795 г. М. А. Д’Онофрио из Неаполя в работе, не представляющей в остальном большой ценности [104], писал о склоне холма в Неаполитанском королевстве, где никогда не выпадал град, пока он был покрыт лесом, и где стали часто наблюдаться бури с градом после того, как он был распахан.

Д’Онофрио думал, что это связано с действием деревьев как громоотводов, но в 1814 г. у Леопольда Буха возникла более правильная идея [53], а именно, что обнаженный склон холма, обращенный на юго-восток, нагревался сильнее прежде, когда он был покрыт лесом, и это усиливало восходящие потоки.

Связь между градобитиями и топографией, конечно, была известна. Бух приводит такие альпийские поговорки, как «там, где есть кретины, никогда не бывает града» и «где часто встречается зоб — редко выпадает град». Конечно, абсурдно было бы устанавливать прямую причинную связь, но корреляция может существовать и через особенности топографии и местной воды.

Бух имел свою, весьма интересную теорию града. Изучая формы и структуру градин, он заключил (как и Дю Карла), что снежные хлопья собирают водяные капли, замерзающие на них. Таким образом, необходимо, чтобы температура верхних слоев воздуха была ниже нуля, а температура нижних слоев — выше этой точки. В этом причина отсутствия града зимой. Снежная крупа — первая стадия града; но зимой он не может образовываться путем собирания дождевых капель. Бух считает, что испарения с падающих капель достаточно для их замораживания, и приходит к выводу, что самые крупные градины возникают при наибольших разностях температур между нижними и верхними слоями воздуха. Воспользовавшись некоторыми наблюдениями в различных горных странах, говорившими о том, что дождь выпадал на склонах, а град — в долинах, он заключает, что градины вырастают до больших размеров на протяжении последних 1200 футов на пути к земле.

Бух признает, что обязан Дю Карла многими из этих идей. Действительно — наиболее заметное различие между их теориями заключается в том, что Бух, который знал о скрытой теплоте, нашел способ отвода тепла от растущей градины, в то время как Дю Карла, который об этом не знал, не ощущал в том необходимости. На Буха, по-видимому, большое впечатление произвела возможность роста градин, длительное время удерживающихся наверху, и в этом смысле он либо неправильно истолковал Дю Карла, либо полагал, что усовершенствует его теорию. Несомненно, что этот последний имел в виду лишь возможность взвешивания в течение нескольких часов ледяных ядер.

Интересно указание Буха о том, что часто бури с градом и грозы охлаждают всю атмосферу на несколько дней, «как если бы они приносили вниз на землю температуры с очень больших высот, независимо от холода, возникающего в нижних слоях в результате испарения» ([53], стр. 86). Как мы теперь знаем, объяснение этому факту нужно искать в образовании подобных бурь на холодном фронте, особенно когда вторжение вытесняет долго находившуюся тут теплую воздушную массу. Фактически Бух просто принял следствие за причину.

Он сослужил еще одну службу метеорологии, использовав измерение градиента температуры вблизи поверхности земли как доказательство подъема нагретого воздуха. В Женеве термометр, защищенный от солнца, показывал 40° на высоте трех дюймов над травой и лишь 24° — на высоте трех футов.

Теория Мунке* в известной степени сходна с тем, что мы только что рассматривали, но он больше подчеркивал роль, которую играет в образовании вертикальных токов испарение с почвы в сочетании с легкостью водяного пара. Вместе с вертикальными токами этот пар достигает больших высот, где температура окружающей атмосферы намного ниже точки замерзания. Хотя поднявшийся воздух может постепенно охлаждаться, он остается теплее окружающей его среды, но временами образуются видимая дымка и тонкие облака. Мунке не думал, что воздух должен охлаждаться при подъеме, потому что, введенный в заблуждение тем, что мы теперь называем холодным фронтом, он был уверен, что обратное явление — нагревание опускающегося воздуха — не происходит.

Следующая стадия процесса — начало мощной конденсации на больших высотах, в результате чего, по Мунке, объем воздуха наверху уменьшается в соответствии с количеством скон­денсировавшегося пара, так что более холодный воздух с еще больших высот устремляется в образовавшееся таким образом пустое пространство. В нем некоторые переохлажденные капельки, возникшие в результате конденсации, быстро замерзают, и ледяные кристаллики собирают на себе капельки и образуют снежную крупу, которая начинает действовать в качестве ядер для образования градинок.

Эта дальнейшая конденсация приводит к образованию дальнейшего частичного вакуума, и верхние слои воздуха опускаются, а нижние поднимаются. Это может привести к тому, что падающая снежная крупа будет снова подниматься вверх. Воздух, конечно, устремляется внутрь одинаково со всех сторон, что принимается как объяснение быстро меняющихся ветров вблизи бури с градом. В конце концов градины становятся достаточно большими для того, чтобы упасть, чему помогает холодный нисходящий ветер. При этом считается, что испарение позволяет избавиться от скрытой теплоты таяния.

Теория Мунке, бывшая дальше от истины, чем теории Дю Карла и Буха, по-видимому, привлекла значительное внимание в Германии, но не приобрела особо широкую известность за ее пределами, возможно, потому, что большой физический словарь Гелера вне Германии читали очень мало.

Приблизительно в то же время Ольмстед опубликовал то, что мы могли бы теперь назвать фронтальной теорией града [259]. По его теории, бури с градом вызываются «замерзанием водных паров, содержащихся в теплой и влажной воздушной массе, при ее внезапном перемешивании с чрезвычайно холодным ветром в более высоких областях атмосферы». Градины, конечно, должны расти путем захвата при своем падении сквозь теплый влажный воздух. Беспристрастная критика этой теории принадлежит Венеру [348], который говорит, что таким путем могут возникать некоторые градовые бури, но не очень часто. Однако интересно, что опровергающим теорию Ольмстеда тогда считали то обстоятельство, что градовые бури часто обрушиваются на длинную полосу земли, вытянутую приближенно с юго-запада на северо-восток.

Читатели, помнящие обсуждение работы Эспи в главе VIII, не будут удивлены, узнав, что переоценка мощности поднимающегося воздуха привела его к простой теории града. Он дей­ствительно предполагал, что восходящие токи могут быть настолько сильными, что они

«уносят вверх крупные дождевые капли … намного выше области постоянного замерзания, и там они замораживаются, а затем уносятся к краю столба восходящего тока и выпадают в виде града» [117].

Это кажется удивительным, но, насколько я смог выяснить, никто не возражал непосредственно на утверждение Мунке о том, что конденсация пара создает частичный вакуум. Вполне возможно, что именно об идее Мунке думал Эспи, когда отрицал эту возможность. Но когда в 1862 г. Карл Фридрих Мор опубликовал теорию, основанную на той же идее, А. Крёниг немедленно набросился на нее и показал на количественных примерах, что в атмосферных условиях конденсация водяного пара вместо образования частичного вакуума будет увеличивать объем (или давление) в силу высвобождения скрытой теплоты конденсации [198]. Годом позднее Теодор Рейе показал это аналитически [294].

Тем не менее на протяжении десятилетий оставалась группа настойчивых метеорологов, которые, несмотря на все математические доказательства противоположного, упорствовали в пред­ставлении, что холодный воздух может приходить вниз с больших высот и оставаться при этом холодным. Наиболее знаменитым из них был Фай, впоследствии генеральный инспектор высшего образования во Франции, писавший по этому вопросу до самой своей смерти. Среди других были К. Шмид [312] и Даниель Колладон [61], которые считали, что холодный воздух механически увлекается вниз сильным дождем.

После середины 19-го столетия в теориях града появилась новая важная черта — эффект переохлаждения облачных частиц. Как мы видели в главе III, Соссюр [308] наблюдал несколько ранее 1783 г., что эти частицы могут сохраняться жидкими при температурах значительно ниже нормальной точки замерзания воды. Это было забыто и возродилось вновь в XIX в., вместе с открытием, что дождевые капли могут также переохлаждаться, образуя в этих случаях при встрече с предметами на земле гололед [348]. Оставалось сделать всего шаг, чтобы понять, что снежная крупа, падающая через переохлажденное облако, может собрать на себе порядочное количество льда. В то же время это несколько ослабило остроту проблемы — как избавиться в сравнительно короткое имеющееся время от скрытой теплоты таяния. Первым, кто сделал этот шаг, был, по-видимому, Фогель, не разработавший, однако, полной теории града. Это попытался сделать Карл Нёллнер из Гамбурга [255], учитывавший переохлаждение, но введший свою собственную странную идею о роли низкого атмосферного давления в образовании переохлажденных дождевых капель на больших высотах, представлявшейся ему более существенной, чем роль ледяных кристаллов как ядер.

Приблизительно в то же время П. А. Майл опубликовал более удачную теорию, которая, к сожалению, не привлекла внимания. Идея его заключалась в том, что образовавшаяся в атмосфере на большой высоте снежная крупа, падая вниз, проходит через область переохлажденных капель. Но в 1853 г. он пошел значительно дальше:

«…и если, помимо ядер, которые в больших градинах часто подобны крупе (gresilleux), имеется несколько снежных слоев, разделенных уплотненными слоями, это, по-видимому, указывает на некоторые колебания и борьбу с переменным успехом между силой тяжести и встречным импульсом восходящего течения».

Представляется, что Майл намного опередил свое время, как в 1834, так и в 1853 гг.

Важность роли снежной крупы как ядер отмечалась де ла Ривом [87], Дюфуром [112, 113], Рену [292], Колладоном [61]. Тем временем эффектное доказательство существования переохлажденных облаков дал смелый полет на воздушном шаре, проделанный в 1850 г. Барралем, пролетевшим сквозь слой облаков толщиной в 12000 футов [348]. В области между И 250 и 18 990 футов при температурах от —0,5 до —10,5° С он обнаружил, что облако состоит из капель, в то время как выше имелись ледяные кристаллы.

Скрытая теплота таяния льда составляет около 80 калорий на грамм, и, следовательно, если облачные капли переохлаждаются меньше чем на 80° С, то не вся вода будет немедленно замерзать. Поскольку в атмосфере происходит переохлаждение всего лишь на несколько градусов, то действительно большая часть воды не будет намерзать на растущей градине. Таким образом, переохлаждение не избавляет от необходимости иметь процесс, отводящий избыточное тепло.

Знаменитый инженер Осборн Рейнольде, не видя иного пути, который мог бы привести к этому, считал, что все большие градины образуются слиянием, когда меньшие по размерам градины прилипают к несколько более крупным в результате таяния под давлением и смерзания. Он видел доказательство этого в том, что многие из них имеют форму конуса с закругленным основанием [296]. В подтверждение этому он пытался с некоторым успехом создавать модели градин распылением алебастра на деревянную палочку в атмосфере пара. Формы, полученные им, были не очень далеки от формы некоторых крупных градин. Он не подозревал, что еще в 1834 г. Майл предлагал способ, которым могли быть созданы такие формы.

«Когда снежные хлопья пропитываются жидкостью, что превращает их в градины, то жидкость увлажняет и уплотняет лишь их переднюю или нижнюю часть. В результате эта их часть приобретает больший удельный вес, чем верхняя часть, которая остается пористой и, как можно было бы сказать, оказывается нагруженной (lestee). Однако такое положение не может быть очень устойчивым, так как оно может измениться при встрече с другими снежными хлопьями или градинами».

К концу столетия, как на это указывал В. Траберт [340], проблема града распалась на два вопроса: найти объяснение форме и структуре градин и найти механизм отвода скрытой теплоты таяния. Было уже совершенно ясно, что град формировался в сильных восходящих потоках, намного выше уровня, на котором достигается температура замерзания. В то время, однако, было мало реальных свидетельств тому, что вертикальные скорости могут быть настолько большими, чтобы поддерживать во взвешенном состоянии весьма крупные градины. Необходимые для этого скорости на различных высотах были рассчитаны в 1901 г. Паулем Шрайбером из Хемница [321], очевидно, в результате чтения статьи Траберта.

Некоторое удивление может вызвать то обстоятельство, что даже до довольно недавнего времени игнорировались наиболее очевидные способы отвода скрытой теплоты таяния — простая теплопроводность, т. е., иначе говоря, передача тепла от растущей градины молекулам воздуха, встречаемым ею выше уровня замерзания. Искусные и детальные исследования [239] показали, что теплопроводность и испарение, действующие совместно в активных восходящих потоках в большом конвективном облаке, достаточны как по их природе, так и по качеству для образования самых крупных градин. Большая часть этих сведений была получена за последние два десятка лет.