АТМОСФЕРНЫЕ ОСАДКИ, общее название продуктов конденсации (сгущения) водяных паров, находящихся в воздухе, которые в жидком или твердом состоянии выпадают на землю или осаждаются непосредственно на поверхности твердых предметов.
АТМОСФЕРНЫЕ ОСАДКИ
В первом случае А . о. носят названия:
- дождь,
- снег,
- крупа,
- град,
- гололед; во втором—
- роса.,
- изморозь,
- иней.
В атмосфере явление конденсации водяных паров происходит при охлаждении воздуха, т . к . количество паров, потребное для насыщения его, уменьшается с понижением температуры. Однако, для конденсации не столько необходимо достижение предела насыщения, сколько присутствие в воздухе особых центров или ядер конденсации, обладающих способностью сгущать вокруг себя водяные пары. Такими ядрами конденсации являются носящиеся в воздухе частицы, вроде цветочной пыли, газообразных продуктов сгорания каменного угля и дерева, солей натрия, магния и кальция и, наконец, расщепленных на ионы молекул воздуха.
Следствием конденсации водяных паров в свободной атмосфере является образование облаков или туманов, которые вследствие чрезвычайно малого диаметра составляющих их капелек (ок. 0,02 мм) и ничтожного веса с трудом преодолевают сопротивление воздуха и потому кажутся как бы подвешенными, парящими в атмосфере. Частицы облака находятся в состоянии непрерывного движения, а также созидания и распада: одни капельки испаряются, другие, увеличиваясь в размере и становясь тяжелее, преодолевают сопротивление воздуха и выпадают из облака в виде дождя. Образование твердых осадков (снег, крупа, град) может происходить или путем замерзания переохлажденных водяных капелек, или непосредственно из водяных паров (явление т. н. сублимации, см.).
При образовании твердых осадков важную роль играет то обстоятельство, что упругость насыщения водяных паров над льдом и снегом меньше, чем над переохлажденной водой. Поэтому, когда в воздухе находятся одновременно кристаллики льда и капельки переохлажденной воды, то избыток влаги, находящейся вокруг ледяных частиц, будет осаждаться на них, т. ч. они будут непрерывно увеличиваться в размерах, водяные же капельки будут испаряться, пока облако не превратится в состоящее сплошь из ледяных кристалликов.
Образовавшиеся т. о. кристаллики, смерзаясь друг с другом, образуют снежинки. При температуре около 0° снежинки, падая и сталкиваясь, образуют хлопья снега. Иногда во время падения снежинки скатываются в матово-белые шарики, образуя крупу. Микроскопическое исследование градин показало, что они состоят из беловатого ядра, окруженного концентричными слоями попеременно прозрачного и непрозрачного льда, внутри которого видны пузырьки воздуха. Иногда в летние и осенние вечера и ночи на стеблях и листьях растений и вообще на различных предметах вблизи поверхности почвы осаждаются мелкие водяные капельки — роса.
Причина ее появления лежит в охлаждении этих предметов (вследствие ночного излучения) ниже точки росы воздуха, непосредственно соприкасающегося с ними. При температуре ниже 0° капельки росы замерзают, образуя иней , состоящий из мелких ледяных кристалликов. Впрочем, если точка росы ниже 0°, водяные пары могут переходить в иней и непосредственно. Иней осаждается преимущественно на поверхности тел, обладающих хорошей теплопроводностью и малой теплоемкостью. Изморозь — это кристаллики льда, в виде длинных игол, покрывающих столбы, деревья, стены и т. п. при наступлении оттепели, после продолжительных морозов.
Образование изморози вызывается тем, что, вследствие своей малой теплопроводности и большой теплоемкости, дерево, камень и пр. продолжают сохраи ять нек-рое время более низкую температуру, чем теплый влажный воздух, приносимый оттепелью. На поверхности таких предметов происходит конденсация паров, сопровождающаяся замерзанием капелек воды и образованием кристаллов. Если оттепель сопровождается дождем, его капельки, падая на мерзлую почву и на другие холодные предметы, немедленно замерзают и образуют корку прозрачного льда—гололед.
Измерение Атмосферных осадков
Количество А. о. измеряется при помощи особого прибора— дождемера (см.) в миллиметрах высоты слоя воды, к-рый образовался бы на горизонтальной поверхности после выпадения А. о., при условии, если бы вода не растекалась, не просачивалась в почву и не испарялась.
Слой воды в 1 мм на площади в 1 лгя представляет собою 1 л; т. о., 1 мм выпавших осадков дает 10.000 л воды на 1 га или 10.930 л на десятину. Т. к. одно количество А. о. не дает полного представления о том, как они выпадают, то обычно указывают еще на интенсивность, т.-е. количество А. о., выпавшее в единицу времени, напр., в 1 минуту. А. о., интенсивность к-рых превышает 1 мм в 1 минуту, называются л и вн я м и. Наибольшая наблюдавшаяся до сих пор интенсивность дождя составляет 20,8 мм в минуту (29 ноября 1911 в Порто-Белло, в Панаме). Количество А. о. для данного промежутка времени характеризуется обычно суммой их для всего рассматриваемого промежутка (суток, месяца, года).
Распределение Атмосферных осадков на земном шаре в общих чертах таково, что дает максимум у экватора с постепенным уменьшением к полюсам.
Однако, от этой закономерности имеется много отклонений. В сев. полушарии па обширных пространствах Африки и Азии А. о. весьма незначительны: в Сахаре, Аравии, сев.-зап. Индии, в пустыне Гоби и Туркестане за год выпадает меньше 250 мм; в юж. полушарии так же бедны осадками Австралия и юго-зап. Африка.
В Америке громадное значение в распределении Атмосферные осадки имеет горный хребет, пересекающий Американский континент с С. на Ю. (Американские Анды). Так, в западной части Британской Колумбии годовое количество Атмосферные осадки с 2.000 мм в береговой полосе падает до 300 мм на вершине горного хребта. То же замечается и на Чилийском берегу. В зап. части Канадских прерий за год выпадает не более 350 мм, а в Патагонии, по вост. сторону Андов,—меньше 250 мм. Объясняется это тем, что массы теплого воздуха с большим процентным содержанием влаги, приносимые с океана, при подъеме по склонам гор адиабатически (см. Адиабатические процессы) охлаждаются, при чем предел насыщения оказывается превзойденным.
В результате на наветренных склонах гор выпадают обильные Атмосферные осадки (т. н. о р о г р а ф и ч е с к и е А. о.). Перевалив через горы, массы воздуха оказываются почти лишенными влаги, а потому на подветренных склонах осадки чрезвычайно редки. Районом, наиболее богатым осадкам, является область муссонов (см. Атмосфера).
В вост. Индии и в Кохинхине годовое количество Атмосферных осадков колеблется в пределах 3—4.000 мм. Если господствующие ветры в какой-нибудь области дуют из холодного района в теплый, то эта область всегда оказывается бедной осадков. Примером может служить Испания и сев.-зап. Африка, где господствуют относительно холодные западные и сев.-зап. ветры. В остальных частях зап. Европы господствуют юго-зап. ветры, и А. о. здесь значительно больше. осадков на сев.-зап. берегах Европы находятся в прямой зависимости от прохождения циклонов с Атлантического океана. В Норвегии до полярного круга выпадает до 1.000 мм осадков в год, тогда как в Сибири на той же широте—меньше 250мм. Юж. Америка, за исключением области, защищенной Юж.-америк. Андами, обильнее осадками, чем Северная. В бассейне р. Амазонки выпадает до 2.000 мм осадков ежегодно.
На пространстве С С С Р годовое количество Атмосферных осадков в общих чертах распределяется след. обр.
В зап. половине европ. части СССР выпадает около 550 мм. Эта область с повышенным количеством А. о. распространяется узкой полосой к В., и перед Уралом замечается нек-рое повышение А. о. по мере приближения к хребту (см. карту); к С. и особенно к Ю. от этой обширной области количество А. о. вообще понижается, и на Ю.-В. и на нижнем течении Волги и Урала оно падает до 20—30 мм. Вообще Ю.-В. европейск. части СССР страдает засушливостью, к-рая иногда принимает катастрофический характер.
Северная же половина европ. части СССР, наоборот, страдает скорее от избытка дождей. Однако, самым дождливым местом в СССР является Черноморское побережье Кавказа, где Атмосферных осадков выпадает до 2.000 мм. В азиатск. части СССР количество А. о. более однообразно. В средней полосе, а далее на В.—в юж. ее половине, выпадает около 400 мм; лишь с приближением к Тихому океану А. о. становятся заметно обильнее, достигая на побережьи его 800 мм. В сев. половине Сибири количество Атмосферных осадков колеблется около 200 мм. В Якутской обл. замечается тенденция к засушливости. Особняком стоит область к В. от Каспийского м.: здесь выпадает в среднем менее 200 мм. В районе pp. Сыр-Дарьи и Аму-Дарьи с.х-во возможно поэтому лишь при искусств, орошении.
Электричество Атмосферных осадков.
Выпадающие на землю А. о. обладают электрическим зарядом и при своем падении создают в атмосфере электрические токи (т. н. конвекционные токи осадков). Первые измерения электричества А. о. производились Эльстером и Гейтелем.
Ими и последующими исследователями (Гердиеном, Кольраушем, Бендорфом, Гератом и др.) выяснено, что заряды А. о. не обладают постоянным знаком—-во время одного и того же дождя или снега можно наблюдать неоднократные изменения знака зарядов. Более точные измерения в Потсдаме показали, что продолжительность выпадения положительных Атмосферных осадков в 2,2 больше продолжительности отрицательных, но в общей сумме положительные и отрицательные заряды почти компенсируются. Зная количество выпавших А. о. и соответствующий им заряд, можно вычислить средний заряд одного см3 осадков. В среднем заряд этот порядка одной электростатической единицы ( E . S. Е . ) , ХОТЯ В Симле (Иадия) он может доходить до 19, а в Потсдаме наблюдался и до 44 E. S. Е. Как правило, слабые дожди и снег приносят наибольшие заряды на каждый сл».3 осадков.
Значение Атмосферных осадков в природе.
Достигнув земной поверхности, Атмосферных осадков разделяются на три неравные части: одна непосредственно стекает по поверхности земли в низкие места и образует ручьи, реки и озера; другая просачивается через почву, питая подземные воды; третья частью испаряется, частью потребляется организмами. В СССР особенное значение имеют периодич., каждую весну наблюдающиеся половодья, когда, в сравнительно короткое время в реки стекает огромный запас снега.
Стекающие по поверхности земли Атмосферных осадков производят большую механич. работу, смывая и унося с собою поверхностный слой почвы, образуя овраги, горные ущелья и т . п . Атмосферных осадков, просочившись сквозь почву, образуют грунтовые воды, которые, дойдя до водонепроницаемого слоя, медленно продвигаются по нему и иногда выходят на дневную поверхность, образуя ключи и родники. Эти ключи, выходящие на поверхность земли и подземные, служат зимой единственными источниками питания рек. Кроме того, Атмосферных осадков растворяют в земной коре минеральные породы и выходят на поверхность в виде минеральных целебных источников.
Третья часть Атмосферных осадков, испаряясь с поверхности земли, принимает непосредственное участие в общем круговороте воды в природе и, кроме того, растворяя необходимые для питания растений твердые вещества, обеспечивает жизнь растительного покрова. Хим. анализ Атмосферных осадков доказал, что в них содержатся соединения азота, —обстоятельство важное для земледелия. Сред, количества аммиака и азотной кислоты в А. о. Место наблюдения мг NH, в 1 л HNO, мг в 1 л Монсури (Франция) . . . . 2,43 3,15 Ротхэмстед (Англия) . . . . 0,97 — Либфрауенберг (Германия) . 0,52 0,18 С. Плоти (Украина) . . . . 1,06 0,19 Одесса (берег моря) 0,94 0,79 Томск (Сибирь) 0,94 0,41
Средние количества аммиака для разного рода Атмосферных осадков. Снежный покров, кроме указанного выше значения, играет роль, как предохранитель зимующей флоры от вымерзания, а весной, когда посевы прорастают, он является богатым источником влаги, столь необходимой им в этот период.
Искусственное образование дождя
Попытки искусственного образования дождя делались давно и продолжаются до наст, времени. Методы, применяющиеся при этом, весьма разнообразны:
- стрельба из орудий,
- разливание жидкого воздуха и
- разбрасывание наэлектризованного песка с аэропланов и, наконец, искусственная электризация воздуха.
В общем все эти методы можно охарактеризовать, как стремление создать в атмосфере условия, благоприятствующие конденсации водяного пара. Попытки получить А. о. далеко нельзя считать удачными, и особых надежд на успешное разрешение этой задачи, по крайней мере в недалеком будущем, возлагать не приходится. Надо вспомнить о том, какое огромное количество энергии затрачивает природа при образовании А. о. Известно, напр., что для превращения 1 кг воды в пар требуется затратить количество энергии, равносильное 600 больших кал. или около 25.000 J.
С другой стороны, 1 мм дождя, выпавший на протяжении 1 км*, доставляет миллион кг воды (10* кг). Чтобы превратить это количество воды в пар, необходимо затратить энергию в 600 больших кал. х10в = = 6.10® кал. или 2,5.10й J, т.-е. ок. миллиона лош. сил/часов. Обратно, для сгущения водяного пара в воду необходимо извлечь такое же количество энергии. Очевидно, что создание и управление таким количеством энергии в наст, время лежит за пределами человеческой возможности, хотя вполне вероятной является выработка приемов, облегчающих конденсацию паров в тех случаях, когда эти пары имеются в достаточном количестве.
Атмосферное электричество? Слой атмосферы? Краткая характеристика?
Атмосферное электричество, электрические явления, совершающиеся в атмосфере, наиболее мощными из которых являются:
- молния,
- огни св. Эльма и
- полярные сияния.
Тождество молнии и электрической искры было доказано В. Франклином и Далибаром в 1752, с какового времени и началось изучение Атмосферного электричества; но только в начале -20 в., когда были выработаны более совершенные методы наблюдения и применена к объяснению электрических явлений в атмосфере ионная теория, изучение стало на правильный путь. В наст, время изучают:
1) электрическое поле атмосферы,
2) ее ионизацию и проводимость,
3) электрические токи в атмосфере,
4) факторы, поддерживающие атмосферу в ионизированном состоянии,
5) светящиеся разряды.
Во второй половине 19 в. было доказано, что вокруг земного шара существует электрическое поле, в котором силовые линии обычно направлены по вертикали сверху вниз, и был выработан ряд коллекторов—приборов, служащих для определения напряжения электрического поля, т.-е. изменения потенциала на единицу длины.
Наблюдения показали, что напряжение электрич. поля земли в среднем для всех точек земного шара составляет ок. 150 V на 1 м вблизи земной поверхности и с высотою уменьшается:
- составляя 25 V/m на высоте 1.500 м и
- 4—6 У/м на высоте 6.000м,
из чего следует, что электрическое поле земли обусловлено действием как отрицательного заряда земли, так и положительного заряда атмосферы; величина заряда земли порядка—4.5хЮ5С и потенциал ее—6.5×10″ V; этот заряд земли постепенно, с высотою, компенсируется положительными зарядами атмосферы, и для мирового пространства земля с ее атмосферой является электрически нейтральным телом.
Напряжение электрического поля испытывает как периодические
- —суточные (максимум вечером и минимум в 4 ч. утра) и
- годовые (максимум зимой) — колебания,
- так и не периодические; последние особенно велики во время гроз, когда наблюдаются как положительные, так и отрицательные значения в несколько тысяч V на 1 л».
В различных местностях напряжение поля различно по величине, —особенно велико оно на вершинах гор. Хотя Кулон уже в 1788 обнаружил, что всякий заряженный изолированный проводник теряет в воздухе свой заряд, и дал закон, по которому происходит это рассеяние лектричества, а Линес установил, что последнее зависит от метеорологических условий, но только в 1899 Эльстер и Гейтель дали правильное объяснение, доказав, что атмосфера ионизирована, т.-е. содержит положительные и отрицательные заряженные частички—ионы, которые, притягиваясь соответственно своему знаку к заряженному телу, постепенно уничтожают заряд последнего.
Специальный прибор, построенный Эбертом, позволяет сосчитать число ионов в единице объема воз-духа и определить их подвижность, т.-е. скорость движения в электрическом поле, равном 1 V на 1 см; оказывается, что это число подвержено большим колебаниям во времени и пространстве, и в среднем в каждом см* воздуха содержится 750 положительных ионов и 630 отрицательных ионов с подвижностью ок. 1,5 см/сек.; но кроме этих мелких ионов, имеются ионы медленные, с подвижностью в 2.000 раз меньшей, открытые Ланжевеном, и число их во много раз больше первых; избыток положительных ионов над отрицательными ионами и дает положительные, т. н. «свободные» заряды в атмосфере.
Благодаря присутствию ионов атмосфера обладает проводимостью, для измерения которой Гердиеном сконструирован особый прибор, а также выработаны способы непрерывной ее регистрации; для электричества каждого знака проводимость пропорциональна произведению числа ионов противоположного знака на их подвижность, составляя в среднем 2.0 х 10-4 электростат. единиц, при чем проводимость, обусловленная положительными ионами, в среднем в 1,1 раза больше, чем проводимость, обусловленная отрицательными ионами. С высотою проводимость сильно растет, —на высоте 9.000 м она в 25—30 раз больше, чем у земной поверхности. В течение года и суток проводимость обнаруживает правильные колебания (максимум летом и ночью); из метеорологических факторов особенно велико влияние прозрачности атмосферы, —с увеличением ее проводимость резко уменьшается.
Под действием электрического поля положительные ионы непрерывно текут из атмосферы к земной поверхности, а отрицательные ионы—обратно; этот поток положительных и отрицательных ионов в сумме дает т. н. вертикальный ток проводимости, в среднем равный 2 х 10-» А/см1 и весьма мало изменяющийся как с высотой, так и во времени и месте.
Электрич. токи в атмосфере образуются также при механическом переносе зарядов, но и они невелики, за исключением токов, образуемых атмосферными осадками; эти токи могут достигать величины 10-и А/см*.
При атмосферных осадках образуются электрические токи
Атмосферные осадки — вода в жидком и твёрдом состоянии, выпадающая из облаков (дождь, снег, морось, град и т. д.), а также выделяющаяся из воздуха (роса, иней, изморозь и т. д.) на земную поверхность и предметы, вообще (в 75%) несут положительный заряд и вместе с вертикальным током проводимости стремятся уничтожить отрицательный заряд земли; нерешенный еще вопрос о причинах, обусловливающих отрицательный заряд земли, является основной проблемой учения об А. э.; в последние годы выдвинута гипотеза, по которой земля заряжается потоком частиц, проникающих к ней сквозь толщу атмосферы из мирового пространства или от солнца.
Ионы в атмосфере вследствие оседания, а также вследствие непрерывного воссоединения в нейтральные комплексы скоро бы исчезли из атмосферы, если бы не образовывались постоянно вновь под действием т. н. ионизаторов, наиболее мощными из которых для нижних слоев атмосферы являются радиоактивные вещества и их продукты распада, присутствие каковых обнаружено во всех пробах земли, морской и пресной воде, а также в атмосфере; расчеты показывают, что для того, чтобы поддерживать неизменным число ионов (в 1 см* равное 700), необходимо образование около 1,5 новых ионов в 1 см* в сек., и уже только одни продукты распада радия, содержащиеся в атмосфере, с избытком покрывают это число.
Для изучения радиоактивности в обычных естественных условиях выработаны особые методы и приборы. Следующим важным ионизатором является т. н. проникающая радиация, под которой разумеют особое излучение с большой проницаемостью (типа 7 излучения) (см. Радиоактивность)-,источник проникающей радиации расположен либо в самых верхних слоях атмосферы, либо м. б. даже вне ее, т. к. его действие сильно возрастает с высотой. В более высоких слоях атмосферы ионизация происходит также под действием коротких ультрафиолетовых лучей солнца. Особую группу составляют электрические явления, сопровождающиеся световым эффектом: Огни св. Эльма, Молния, Полярные сияния (см.).
Атмосферные агенты
Атмосферные агенты это атмосферные факторы, участвующие в явлениях разрушения поверхностных горных пород и изменении рельефа земной поверхности; сюда относятся:
- атмосферное электричество (см.),
- солнечные лучи,
- температурные колебания,
- ветер (см.),
- содержащийся в атмосфере водяной пар, дождь, снег, лед, вода.
Геологическая их деятельность проявляется, прежде всего, в процессах разрыхления и распада поверхностных масс земли, затем—в удалении и переносе продуктов разрушения и, наконец, их отложении. См. Выветривание.
Для явления сумерек (см.) этот предел равен 60—-70 км, для светящихся облаков (см.)—70—80 км: падающие звезды (см.) дают границу в 200—300 км, а высота северных сияний (см.) в См. Выветривание.
Радиоактивность) Полярные сияния
атмосферное электричество
ветер (
Загрузка ...