Всеволод Арабаджи - Загадки простой воды

• Название: Загадки простой воды
• Автор: Всеволод Арабаджи
• Жанр: Прочая научная литература

Вода играет большую роль в нашей жизни. Что бы делало человечество без воды, даже трудно представить. По-видимому, оно просто бы не существовало.

С водой на нашей планете связаны не только жизнь и климат, но и работа большинства отраслей народного хозяйства, особенно водного транспорта. Вода является богатейшим источником энергии – это гидроэнергия рек, энергия приливов, геотермальная и термоядерная энергия. 

Именно благодаря воде в природе возникают интереснейшие и самые разнообразные явления, такие, как радуга, гало, сулой, венцы, «шепот звезд» и другие. 

Некоторые люди связывают с ними различные суеверия и приметы. Но ученые разгадали и нашли объяснение этим загадочным явлениям природы. Причиной некоторых из них является вода, ее пары и лед. 

Настоящая книга представляет собой серию очерков о физических свойствах воды и льда, а также о явлениях природы, которые с ними связаны.

---

«Мертвая вода» может наблюдаться при тихой погоде на небольшом участке акватории в районе таяния ледников, айсбергов или ископаемых льдов, в местах интенсивного выпадения осад-коз и в устьях впадающих в море рек, когда морская вода покрывается слоем воды пресной. Сопротивление движению корабля в «мертвой воде» возникает благодаря внутренним волнам на поверхности раздела между соленой и пресной водой, на образование которых затрачивается значительная часть энергии силовой установки. Сопротивление это зависит от скорости движения корабля и может в 9 раз превышать сопротивление движению в нормальной воде. Кроме того, оно возрастает с приближением толщины пресного слоя к осадке корабля и с увеличением разности плотностей соленой и пресной воды.

Водовороты, сулой и «мертвая вода» – трудные условия для плавания небольших судов.

Самые обильные дожди

Тропические циклоны Аравийского моря и Бенгальского залива, а также летние муссоны приносят на территорию Индии огромные массы теплого воздуха. При подъеме по горным склонам за счет трения о земную поверхность и развития конвекции движение воздушных потоков замедляется. Это приводит к увеличению количества выпадающих осадков. Наиболее интенсивные осадки в Индии отмечаются в наветренной части предгорий, особенно при продвижении на север теплых воздушных масс Бенгальского залива.

Расположенная в горах Кхаси на высоте 1 314 м над уровнем моря обсерватория. Черрапунджи вот уже много лет (сведения об осадках в Черрапунджи публикуются с 1851 года) фиксирует рекордное для земного шара количество выпадающих летом осадков. Теплые и влажные муссонные потоки вблизи Черрапунджи совершают резкий подъем между горами Кхаси и Аракан, поэтому количество выпадающих здесь осадков резко возрастает. С 1851 по 1900 год среднегодовое количество осадков в Черрапунджи составляло 11 905 мм, а за 11 месяцев 1861 года (без марта.) достигло феноменальной цифры 22 990 мм. В первой половине нашего века годовое количество осадков в Черрапунджи в среднем находилось в пределах 9000...12 000 мм, в течение суток за этот период иногда выпадало до 1 016 мм. За период с 1903 по 1962 год наибольшее количество осадков приходилось на 1951 год – 15 846 мм. В мае максимальное количество осадков было отмечено в 1948 году (3 278 мм), в июне в 1956 году – 5 689 мм, в июле в 1951 году – 4 620 мм, в августе в 1935 году – 3 450 мм. Таким образом наибольшее количество осадков в Черрапунджи приходится на июнь – июль. Минимальное количество осадков в районе обсерватории выпадает в январе.

С 1903 по 1962 год количество осадков в Черрапунджи колебалось около довольно высокой средней нормы. Предельно высокое количество осадков удерживается здесь год, в некоторых случаях два года подряд, после чего наступает резкий спад. По достижении минимума обычно следует быстрый переход к максимуму. Любопытно отметить, что в годы максимумов солнечной деятельности (1913, 1923, 1933, 1944) и в годы ее минимумов (1907, 1917, 1928, 1937, 1947, 1957) в Черрапунджи наблюдалось понижение количества осадков.

С осадками в Черрапунджи в первую очередь может соперничать Квибдо (Колумбия): за 7 лет, с 1931 по 1937 год, в среднем за год здесь выпадало 9 564 мм осадков, а в 1936 году было отмечено 19 639 мм осадков. Высокая норма осадков характерна и для Дебундже (Камерун), где за 34 года, с 1896 по 1930 год, в среднем выпадало 9 498 мм, а максимальное количество осадков (14 545 мм) наблюдалось в 1919 году. В Буэнавентуре и Анготе (Колумбия) годовая норма осадков близка к 7 000 мм, в ряде пунктов на Гавайских островах она находится в пределах 6 000...9 000 мм.

В Европе довольно дождливым местом считается Берген (Норвегия). Однако в норвежском местечке Самнангер выпадает еще больше осадков: за последние 50 лет годовое количество осадков здесь нередко превышало 5 000 мм.

В нашей стране наибольшее количество осадков выпадает в Грузин, в районе Чаквы (Аджария) и в Сванетии. В Чакве среднее годовое количество осадков составляет 2 420 мм (крайние значения 1 800...3 600 мм). В 1959 году в Аджарии, на высоте 1 200 м над уровнем моря, на склонах Аджаро-Имеретинского хребта была открыта метеостанция Цискара. Эту станцию называют также «Мта-Мтирала» (в переводе «плачущая гора»), поскольку здесь часты осадки и туманы, причем в холодное время года даже чаще, чем в теплое (годовой ход осадков здесь иной, чем в Черрапунджи). В 1961 году на станции Цискара выпало 3 836 мм осадков, в 1962 году – 3 750 мм и в 1966 году – 3 407 мм.

Обилие осадков в районе Чаквы объясняется выносом на сушу на этом участке Черноморского побережья теплых и неустойчивых атлантических воздушных масс, дополнительно обогащенных влагой при прохождении над Средиземным и Черным морями. При встрече с отрогами Аджаро-Имеретинского хребта циклоны нередко задерживаются, давление воздуха в них понижается. Ориентация отрогов хребта относительно воздушных течений способствует развитию в воздушных массах конвекции, что и приводит к увеличению количества выпадающих осадков.

Тропические и полярные циклоны имеют неодинаковое содержание влаги. Именно этим в первую очередь объясняется различие в количестве осадков в Черрапунджи (тропические циклоны) и в Грузии (полярные атлантические циклоны). Кроме того, в Черрапунджи мощное воздействие на выпадение осадков оказывает и муссонная циркуляция. Все это и обеспечивает значительный перевес в количестве выпадающих осадков в Черрапунджи по сравнению с Аджарией и Сванетией.

Капиллярная конденсация

Известно, что упругость пара над вогнутой поверхностью жидкости меньше упругости его над плоской или выпуклой поверхностью той же жидкости. Поэтому когда ветер приносит водяной пар с плоской поверхности морей и рек к кучам камней в пустыне, в капиллярах которых свободная поверхность воды является вогнутой, принесенный водяной пар из насыщенного становится перенасыщенным, и над вогнутым мениском в капилляре начинается конденсация. Это происходит не только в капиллярах, пронизывающих камни, но и в капиллярах растений. Так образуется роса.

В Швейцарии за счет росы почва получает в среднем на 10% больше влаги, чем за счет дождя, поскольку роса выпадает здесь чаще и на более значительной территории, чем дождь. В Калифорнии с июня по сентябрь, когда нет дождей, почва получает влагу только за счет росы. В районе Гибралтара конденсационная влага собирается и стекает в особые резервуары – «пруды росы». Подобного типа пруды существуют и в некоторых районах Англии. Роса выпадает не только на поверхности, пронизанной выходами капилляров, но и на поверхности, лишенной их. Однако на поверхности с капиллярами росы выпадает больше, чем на гладкой поверхности той же площади.

Человеческий волос тоже имеет на своей поверхности многочисленные микроскопические поры. Если волос обезжирить, в порах может конденсироваться водяной пар с образованием вогнутых менисков. При увеличении влажности воздуха поры все больше заполняются влагой, кривизна менисков при этом уменьшается, свободная поверхность жидкости приближается к плоской поверхности. Это приводит к расширению объема пор, и волос растягивается. Когда влажность воздуха уменьшается, происходит испарение влаги с поверхности менисков, кривизна их увеличивается, и волос сжимается. На этом свойстве волоса основано устройство волосного гигрометра.

Вблизи Феодосии в Крыму до 1912 года действовала несложная установка для получения влаги из воздуха. Она состояла из нескольких куч камней (объем каждой из них составлял около 290 м3), расположенных на водоупорном скальном основании. Возникавшая в каменных кучах за счет капиллярной конденсации вода отводилась по гончарным трубам в Феодосию, где питала небольшие фонтаны. Установка давала до 350 литров питьевой воды в сутки. Остатки устройств и приспособлений для получения влаги из воздуха найдены также в Сахаре, в горных районах Италии, в Тувинской республике, в Каракумах и на восточном побережье Каспия.

В 1934 году К.Э. Циолковским был предложен наиболее рациональный проект получения влаги в пустыне путем пропускания теплого и влажного воздуха через подземную галерею, заполненную крупными и мелкими камнями. Этим методом можно получить значительно больше влаги, чем с помощью конденсационных установок других типов.

На восточном побережье Каспия пресную воду прежде нередко получали из вырытых в почве или песке небольших ямок, в которых происходила капиллярная конденсация. Теперь этот способ усовершенствован. Для получения влаги на дно вырытой в земле конусообразной ямы глубиной 50...70 см и диаметром около метра устанавливают котелок для сбора воды, после чего яма покрывается прозрачной синтетической пленкой. По краям ямы пленка закрепляется подсыпкой земли и сверху на нее кладется камень с расчетом, чтобы после прогиба пленка не достигала дна. Поскольку пленка прозрачна, она почти не будет поглощать солнечного тепла и должна нагреваться на солнце значительно меньше, чем почва. Поэтому насыщенный водяной пар из почвы при соприкосновении с пленкой будет на ней конденсироваться, к капли воды будут стекать по пленке в котелок. Опыт показывает, что влага начинает конденсироваться примерно через час после запуска установки. За сутки таким способом можно получить более 0,5 литра воды.