2 роки 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.

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

Многообразны ветры мира! На языках всех народов можно найти слова — названия различных ветров. Их так много, что нелегко запомнить все сразу. Однако все они в настоящее время нашли свое объяснение.

Более того. Люди изучили влияние ветра на нашу жизнь, климат, природу. Это влияние оказалось огром­ным. Вся жизнь земли, в привычных нам формах, была бы невозможна без ветра.

Было доказано также, что ветер — это огромная, неисчерпаемая дешевая энергия.

Что же такое ветер? Насколько разнообразны ветры мира? Какова их деятельность в природе? Как ветер ра­ботает на пользу человеку?— Обо всем этом и расска­зывается в.нашей книжке.

Одежда Земли

Велика наша Земля. Много тысяч километров нужно проехать по суше и по воде, чтобы совершить круго­светное путешествие. Но везде, куда бы вы ни попали, как теплым одеялом, землю окружает воздушная обо­лочка — атмосфера («атмосфера» — греческое слово, со­ставленное из двух слов: «атмос» — воздух и «сфайpa» — шар, оболочка). Это одежда Земли. Воздух лежит на Земле слоем толщиной в несколько сотен километ­ров и защищает ее от холода межпланетного простран­ства. В этом воздухе каждодневно гуляют многочислен­ные ветры земли.

Что же представляет собой земная одежда — воз­дух? Отличается ли он чем от других окружающих нас предметов?

Каждый знает, что любой предмет занимает какое-то место и имеет свой определенный вес. Но занимает ли место воздух, весит ли он что-нибудь?

Изучая свойства воздуха, ученые давно ответили на этот вопрос. Да, воздух всегда занимает место и имеет вес, как и все предметы. Проверить это просто каждому из вас.

Опустите, например, опрокинутый вверх дном стакан в воду. Вы увидите, что вода не заполняет его. Это воз­дух, находящийся в стакане, не впускает ее. Но стоит вам слегка наклонить стакан, как воздух в виде пузырь­ков выйдет из него, и вода займет место улетевшего воздуха.

Нетрудно также убедиться и в том, что воздух имеет вес. Для этого надо взять две большие пустые стеклянные бутыли, плотно закрыть их специальными пробками (устройство которых видно на рис. 1) и урав­новесить бутыли на весах. Если вы теперь, открыв за­жим на одной из пробок, отсосете из бутыли часть воз­духа в себя и тут же закроете зажим снова, то эта бутыль станет легче. Значит, воздух, отсосанный вами, имел вес.

Обе бутыли имеют один и тот же вес; но если из правой бутыли отсосать воздух, она станет легче

Обе бутыли имеют один и тот же вес; но если из правой бутыли отсосать воздух, она станет легче

При очень сильном охлаждении воздух можно пре­вратить в жидкость, а эту жидкость заморозить; полу­чится твердое тело голубоватого цвета.

Когда ученые стали взвешивать воздух, они увидели, что не везде вес его одинаков. Самый большой вес воз­духа оказался на уровне моря: здесь один кубометр воздуха при температуре нуль градусов весил около 1300 граммов, то-есть примерно в 770 раз меньше воды. Но чем выше от уровня моря брали для взвешивания воздух, тем меньше весил один кубометр его. Так, кубо­метр воздуха, взятый с высокой горы, весил уже в два раза меньше. Выходит, что вверху, над землей, воздух не так плотен, как у самой земли. В каждом кубометре воздуха там содержится мень­шее количество газов, из кото­рых состоит воздух (главные составные части воздуха: азот и кислород). Иными словами, чем выше над землей (или, точнее, над уровнем моря) на­ходится воздух, тем он больше разрежен. Когда люди стали подниматься высоко над зем­лей, было установлено, что, например, на высоте 12 кило­метров кубометр воздуха весит только 319 граммов.

Таким образом, получается, что воздушная оболочка Земли состоит как бы из многих слоев различной плотности, лежащих друг на друге. Чем ближе к Земле находится воздушный слой, тем он плот­нее. Это и понятно, если вспомнить, что земной шар при­тягивает к себе все предметы. Сила этого притяжения и выражается весом предметов. А так как воздух тоже имеет вес, то верхние слои воздуха давят на нижние и уплотняют их.

Давление воздуха передается во все стороны одина­ково. Значит, воздух давит и на все окружающие нас предметы. Понятно, что, чем плотнее воздух, тем больше его давление. С высотой давление воздуха постепенно понижается.

Сила давления воздуха огромна; на земле она рав­няется одному килограмму на каждый квадратный сантиметр площади любого предмета.

Есть очень простой и на­глядный опыт, показывающий силу этого давления.

Налейте в стакан доверху воды, закройте его небольшим листом бумаги и, придерживая этот лист рукой, быстро пере­верните стакан вверх дном. Теперь вы можете опустить поддерживающую лист руку — на него будет давить сам воз­дух, и вода не потечет из ста­кана (рис. 2).

На лист бумаги снизу давит окружающий стакан воздух; благодаря этому вода не выливается из стакана

На лист бумаги снизу давит окружающий стакан воздух; благодаря этому вода не выливается из стакана

 

Рождение ветра

Каждый из вас может сделать маленький искусствен­ный ветер. Для этого стоит лишь помахать перед собой каким-либо предметом — книгой, газетой или платком; спокойный воздух придет в движение, в лицо ударит волна воздуха. Из этого примера видно, что ветер полу­чается тогда, когда приходит в движение воздух.

Вспомните жаркий летний день. Ослепительное солнце стоит высоко над головой. На деревьях не ше­лохнется ни один лист. Воздух горяч и недвижим. Проз­рачным столбом поднимается вверх дым из труб и тает в вышине.

Но вот вдруг зашевелились листья деревьев, и вы чувствуете, как жаркий, застоявшийся воздух тронулся и поплыл медленно, как бы нехотя, освобождая место для притекающего воздуха. Дышать становится легче.

Постепенно движение воздушного потока усили­вается. Вот вы уже ощущаете на лице совсем свежий, прохладный воздух. В каждую секунду около вас перемешаются уже большие воздушные массы. Клубы дыма быстро уносятся вместе с движущимся воздухом. Набегающие воздушные массы колеблют ветви и моло­дые стволы деревьев.

Говорят: дует ветер. Значит, действительно, ветер — это движение воздуха, перемещение его над землей.

Ветры различают по их на­правлению и скорости, или, как говорят, силе.

Чтобы определить направ­ление и силу ветра, приме­няют различные приборы. Са­мый несложный из этих прибо­ров — флюгер. Вот как, напри­мер, устроен один из простей­ших флюгеров (рис. 3). На вы­соком столбе вертикально за­креплен стальной стержень. Сверху на него надета желез­ная трубка, к которой прикреплены с одной стороны две пла­стинки, а с другой — стерже­нек с металлическим шаром на конце. Это так называемая флюгарка. Флюгарка свободно вращается вместе с трубкой на вертикальном стержне и таким образом показывает направление ветра. Пластинки флю­гарки всегда направлены в ту сторону, куда дует ветер, а стерженек с шаром — туда, откуда дует ветер.

Флюгер

Флюгер

Ветер может дуть со всех сторон горизонта — с юга, востока, севера и запада. Название ветру дается по той стране света, откуда он дует, то-есть ветер, дующий с юга, называется южным и т. д. Различаются также северо-восточные, северо-западные, юго-восточные и юго-западные ветры. Чтобы точнее определять, какой именно из этих ветров дует, в нижнюю часть вертикаль­ного стального стержня флюгера ввинчивают от четырех до восьми металлических прутьев (рис. 3); каждый из этих прутьев указывает определенную страну гори­зонта — север, юг, юго-запад и т. д.

На верхнем конце подвижной трубки флюгера укреп­лено приспособление, показывающее силу ветра. Оно состоит из железной рамы, к верхней части которой привешена металлическая дощечка. Эта рама закреп­лена на трубке таким образом, что плоскость дощечки всегда перпендикулярна к направлению ветра. Если ветра нет, дощечка висит вертикально. Но как только начинает дуть ветер, она отклоняется в сторону, и тем больше, чем сильнее ветер.

Скорость ветра измеряют метрами в одну секунду. Для того, чтобы узнавать по дощечке, какой силы дует ветер, сбоку у железной рамы имеется дуга, в которую вставлены восемь маленьких штифтов.

Силу ветра принято также обозначать в условных цифрах — баллах. Полное затишье — штиль — обозна­чается 0 баллов. Тихий ветер, со скоростью один метр в одну секунду, соответствует 1 баллу. Дальше следуют: легкий ветер — (2—3 метра в секунду) — 2 балла; сла­бый — 3 балла; умеренный — 4 балла; свежий — 5; сильный — 6; крепкий — 7; очень крепкий — 8; шторм — 9; сильный шторм—10; жестокий шторм—11; ура­ган— 12 (рис. 4).

Баллы ветра

Баллы ветра

Для наблюдения ветра в верхних слоях атмосферы применяют другие приборы, например шары-пилоты. Это небольшие резиновые шары, наполненные легким га­зом — водородом. Они способны подниматься вверх на тридцать — сорок километров. Наблюдая с земли за их передвижением, можно определять как направление, так и скорость ветра на различных высотах.

Но каким образом и почему приходят в движение над Землей массы воздуха? Где и отчего рождается ветер?

Причина, вызывающая ветры, давно найдена. Это различное давление воздуха, или, как говорят, различ­ное атмосферное давление в разных местах, находя­щихся на одной и той же высоте над уровнем, моря.

Мы уже говорили, что атмосферное давление сильно убывает с высотой. Но, оказывается, и над самой по­верхностью Земли давление воздуха не бывает одина­ковым и постоянным. В одном месте оно выше, в дру­гом — ниже; сегодня, скажем, в Москве давление пони­жается, а завтра, наоборот, начинает повышаться. И так происходит все время. Почему это так, мы расскажем дальше.

Как же различное давление воздуха вызывает дви­жение огромных воздушных масс? А вот как.

Куда течет вода в реке? Для каждого ясно — в сто­рону уклона. И чем больше этот уклон, тем быстрее те­чет вода.

Подобное явление происходит и в воздухе. Чем силь­нее сжат воздух, то-есть чем больше его давление, тем сильнее он стремится расшириться, раздаться во все сто­роны. Но куда воздух может расширяться, когда он окружает всю Землю? А туда, где воздуха меньше, где давление его ниже. Так и «текут» всегда воздушные массы из мест с большим давлением воздуха в те места, где атмосферное давление меньше. И чем больше разность этих давлений в каких-либо двух соседних областях, тем стремительнее происходит между ними передвижение воздушных масс, тем сильнее там дует ветер.

Вот почему рождается на Земле ветер, и вот почему он так различен по своей силе — от легкого ветерка до урагана.

Воздух путешествует

Отчего же, однако, меняется на Земле давление воз­духа? Ответим теперь и на этот вопрос.

Попробуйте сделать такой опыт. Опустите гор­лышко холодной пустой бутылки в воду и согрейте ее после этого руками. Как только стекло бутылки слегка нагреется, из нее через воду выйдет несколько пузырь­ков воздуха.

О чем это говорит? О том, что нагретый воздух всегда стремится расшириться. В нашем опыте воздух нагрелся от теплых стенок бутылки.

Но стоит только воздуху расшириться, как плот­ность его уменьшится, и его начнет вытеснять вверх со старого места более холодный, более тяжелый, плотный воздух. Расширившийся воздух всплывает вверх, как всплывает в воде масло.

Когда вы топите печь, вы используете как раз это свойство воздуха. В топке воздух так нагревается, что с силой устремляется в трубу — кверху. Его место за­нимает другой — холодный воздух, идущий из комнаты. Создается всем известная «тяга».

Так и в природе. Лишь только где-либо воздух на­грелся сильнее, чем в соседнем месте, как он тут же всплывает вверх, так как его начинает вытеснять нахо­дящийся рядом более холодный и тяжелый воздух: на освободившееся место начинают притекать другие воз­душные массы. Таким путем и образуются воздушные течения, возникает ветер.

А нагревается воздух везде по-разному, и вот почему.

Тепло, идущее от солнца, почти не согревает воз­духа; оно всё доходит до земли и нагревает ее поверх­ность. А уже от нагретой земной поверхности согре­вается и воздух, лежащий над ней.

Выйдите в мартовский солнечный день на улицу. В эти дни солнышко начинает пригревать уже по-весен­нему. И вот, хотя градусник на воздухе еще показывает два-три градуса мороза, с крыш домов, освещенных солнцем, уже весело капает вода. Это солнечные лучи нагрели края крыши, и она растопила часть снега. Если вы пощупаете на солнечной стороне стены деревянных домов, то почувствуете, что они также теплые.

А в летнее время, вероятно, каждый из вас наблю­дал, как в жаркий безветренный день вдали на гори­зонте, все предметы как бы дрожат. Это объясняется тем, что большие массы теплого воздуха, нагревшись от согретой солнцем Земли, беспрерывно поднимаются вверх.

Сама же поверхность Земли нагревается солнцем различно. Это понятно. Поверхность земного шара со­стоит из самых различных участков: лесов, степей, вод­ных пространств, камня. Все эти участки нагреваются неодинаково. Вот, например, рядом лежащие луг и пашня. Что из них нагреется сильнее? Конечно, пашня. Черная земля всегда поглощает больше тепла, чем зе­леная трава.

От различно нагретых участков Земли по-различ­ному нагреваются и массы воздуха, лежащие над ними. А вследствие этого воздух в одном месте, где он сильно нагрелся, скажем, над степью, расширится, плотность его уменьшится, он станет легче и устремится вверх, так как его будет вытеснять рядом лежащий более холодный воздух. Наоборот, в другом месте, напри­мер в лесу, воздух почти не согреется и останется на месте.

Но ведь если воздух, находящийся над степью, будет уходить вверх, то на его место у Земли будет притекать воздух с соседних участков. И вскоре со сто­роны, леса сюда хлынут воздушные потоки, то-есть подует ветер. Такие местные ветерки многие, наверное, наблюдали летом: в жаркий-жаркий день вдруг из ближнего леса потянет прохладой.

Посмотрим теперь, что происходит дальше с теми воздушными потоками, которые пустились в путе­шествие.

Воздух над степью, нагревшись, поднимается кверху. Здесь слои воздуха не так плотны, и нагреты они значительно меньше. Поэтому поднявшийся теплый воздух расходится среди разреженного верхнего воздуха и сам становится менее плотным. Исследования, проведенные физиками, показали, что при разрежении воздуха он охлаждается. На этом свойстве воздуха основано дей­ствие холодильных машин. По этой причине, сколько бы теплого воздуха ни подымалось кверху, на большой высоте, где воздух всегда очень сильно разрежен, царит холод. Однако поднявшийся над степью воздух несколько увеличивает давление там, где он распределяется среди высотных холодных воздушных масс.

С другой стороны, в лесу, как только из него воз­душный поток устремится в степь, будет освобож­даться больше и больше места; давление остающегося воздуха будет падать сильнее и сильнее. Но ведь на нижние слои воздуха всегда давят верхние. Поэтому место уходящего в степь воздуха будут сразу же за­нимать воздушные массы, опускающиеся из более высо­ких слоев воздуха. Значит, высокое давление лесного воздуха будет постоянно поддерживаться притекающим с вышины холодным воздухом. Но зато там, вверху над лесом, давление будет падать. И вот тогда-то сюда по­течет воздушный поток из верхних слоев воздуха, ле­жащих над степью. Таким образом вверху образуется ветер с направлением, противоположным наземному ветру, дующему из леса (рис. 5).

Схема образования местного ветра

Схема образования местного ветра

В этом нетрудно убедиться очень простым способом. Если внимательно понаблюдать за направлением плыву­щих в небе облаков, то можно увидеть, что они часто идут в другую сторону, чем дует ветер на земле. Значит, там, в вышине, дует ветер другого направления.

Куда дует ветер

Мы рассказали о путешествии воздуха на одном маленьком участке земной поверхности. Но воздух не страшится и очень больших путешествий. Более того. Вся земная атмосфера находится в постоянном движе­нии — от экватора до полюсов (экватор — воображае­мая линия на Земле, делящая земной шар на две равные половины — северную и южную). Именно благодаря этим огромным перемещениям воздушных масс и воз­никает на Земле большинство различных ветров, как постоянных, так и переменных.

Вечное путешествие воздушных масс над Землей объясняется, как мы уже сказали, различным атмосфер­ным давлением воздуха на поверхности Земли. А это давление в значительной мере зависит от температуры воздуха: чем сильнее нагрет воздух, тем ниже его давление.

Если бы вся поверхность Земли была совершенно однородной и Земля не вращалась бы, передвижение воздушных масс было бы очень простым. В этом случае в каждом полушарии воздух путешествовал бы по одному большому кругу — от полюса к экватору.

В самом деле, у экватора воздух нагревался бы сильнее всего, а у полюсов — слабее всего. Вследствие этого у экватора существовали бы постоянные потоки воздуха, восходящие кверху, и сюда благодаря пони­жению давления приходили бы массы арктического холодного воздуха от полюсов. В свою очередь к полю­сам шел бы постоянный приток воздуха из верхних слоев атмосферы, и таким образом вверху существовал бы ветер от экватора к полюсам.

Однако на самом деле мы знаем, что поверхность земного шара далеко не одинакова. Благодаря этому кругом нас ежечасно рождаются и умирают различные местные ветерки. Кроме того, так как Земля вращается вокруг своей оси, движение воздуха над Землей о? полюсов к экватору и обратно происходит не так просто, как это было только что описано. Правда, зарожде­ние ветров у экватора именно таково, как мы расска­зали.

Вдоль экватора с той и другой стороны находятся самые жаркие места земного шара. Благодаря этому здесь повсеместно у Земли наблюдается постоянное по­ниженное давление воздуха. В то же время на север и на юг от экватора находятся области повышенного воздушного давления. Поэтому в сторону экватора круглый год дуют постоянные ветры со скоростью шести-семи метров в секунду.

Но на направление этих ветров действует вращение Земли. Как известно, Земля вращается вокруг своей оси с запада на восток. Вследствие этого в Северном полу­шарии воздушные потоки, идущие к экватору прямо с севера, отклоняются к западу и превращаются в северо-восточные ветры; в Южном полушарии южное направ­ление ветров смещается к юго-востоку.

По той же причине верхние воздушные течения, на­правляясь от экватора к полюсам, на своем пути все более и более отклоняются на восток, пока не превра­щаются в западные ветры. Таким образом, воздушные массы, идущие от экватора, не попадают к полюсам, а задерживаются в странах умеренного климата. Посто­янно притекающий сюда экваториальный воздух уплот­няется и постепенно опускается к земле; в результате здесь создаются «области повышенного атмосферного давления и рождаются ветры, дующие к экватору и к полюсам.

Так осуществляется обмен воздуха между экватори­альными областями и странами умеренного климата. У самого экватора находится узкая полоса, где посто­янно дуют лишь слабые переменные ветры. Зато здесь нередко возникают непродолжительные, но очень сильные тропические бури.

В более северных областях земного шара наблю­дается иная картина. Здесь области повышенного давле­ния находятся как у полюсов, так и в тех местах, куда притекает экваториальный воздух. А между ними на­ходятся районы с пониженным атмосферным давлением. Сюда и устремляются воздушные потоки как от полю­сов, так и из стран умеренного климата. Опять-таки благодаря вращению Земли эти потоки превращаются в ветры: дующие от полюсов — в северо-восточные и юго-восточные (для двух полушарий) и дующие из стран умеренного климата — в северо-западные и юго-западные.

Такова, в общих чертах, картина передвижения воздушных масс над Землей.

Место встречи различно нагретых воздушных масс называется фронтом. Фронт никогда не находится в по­кое. Когда воздушные массы движутся с различной скоростью или когда одна воздушная масса перемещается в одном направлении, а другая — в обратном, то в этом случае линия фронта прогибается, здесь образу­ются воздушные волны. При этом холодный воздух сильнее и сильнее поворачивает на юг, «подтекает» под теплый воздух и вытесняет его вверх. Массы же теплого воздуха отклоняются к северу и в свою очередь отте­сняют перед собой холодный, воздух. В результате там, куда движутся массы теплого воздуха, давление падает, а в тех местах, куда наступают холодные массы, давление растет. Возникает область, в центре которой обра­зуется пониженное дав­ление воздуха. Такую область называют обычно циклоном («ци­клон» значит «круго­вой») (рис. 6). Ветер в циклоне дует от краев к центру таким обра­зом, что образуется круг ветров, дующих против часовой стрелки.

Образование циклона

Образование циклона

Образовавшись, циклон не стоит на одном месте; он смещается в сторону движения теплых воздушных масс. За сутки циклон нередко перемещается на тысячу кило­метров — на пути его движения возникают сильные ветры.

Очень часто вслед за образованием одного циклона за ним возникают новые, которые и следуют один за другим. Между областями пониженного давления, то-есть циклонами, образуются другие области — области повышенного давления. Их называют антициклонами. Направление ветра в антициклонах — от центра к краям.

С образованием и перемещением циклонов и анти­циклонов и связаны главным образом возникновение и смена самых различных ветров в странах умеренного климата.