ЧЕРНАЯ ПЯТНИЦА! СКИДКИ НА ВСЮ ПРОДУКЦИЮ ПРОМЫШЛЕННОЙ ХИМИИ ДО 25 %!

Обитаемые облака

Обитаемые облака

Глава из книги "Вода знакомая и загадочная"
Леонид Адольфович Кульский,
Воля Васильевна Даль,
Людмила Григорьевна Ленчина
© Издательство "Радянська школа", 1982;
© Электронная версия, "
НиТ. Раритетные издания", 1998.


Вода в атмосфере

Содержание воды в атмосфере сравнительно невелико - около 0,001% всей ее массы на нашей планете. Тем не менее, это совершенно незаменимое звено природного круговорота воды.

Основным источником атмосферной влаги являются поверхностные водоемы и увлажненная почва; кроме того, влага поступает в атмосферу в результате испарения воды растениями, а также дыхательных процессов живых существ.

Вода в атмосфере находится во всех трех агрегатных состояниях - газообразном (водяной пар), жидком (капли дождя) и твердом (кристаллики снега и льда). Конденсация водяных паров приводит к образованию облаков; атмосферная влага, теряемая в результате осадков, пополняется за счет поступления новых порций испарившейся воды. Полное обновление состава воды в атмосфере происходит за 9...10 дней. Таким образом, атмосферная влага является самым активным звеном круговорота воды в природе.

Основное количество водяного пара сосредоточено в нижних слоях воздушной оболочки - в тропосфере, на высоте до нескольких тысяч метров, и почти вся масса облаков находится там. В стратосфере (на высоте около 25 км над Землей) облака появляются реже. Их называют перламутровыми. Еще выше, в слоях мезопаузы, на расстоянии 50...80 км от Земли, изредка наблюдаются серебристые облака. Известно, что они состоят из кристалли ков льда и возникают при снижении температуры в мезопаузе до -80 oC. Их образование связывают с интересным явлением - пульсацией атмосферы под действием приливных гравитационных волн, вызываемых Луной.

При кажущейся легкости и воздушности облака содержат значительное количество воды. Водность облаков, то есть водосодержание воды в 1 м3, колеблется от 10 до 0,1 г и менее. Поскольку объемы облаков очень велики (десятки кубических километров), то даже одно облако может содержать в виде капель или кристалликов льда сотни тонн воды. Эти гигантские водные массы непрерывно переносятся воздушными потоками над поверхностью Земли, вызывая на ней перераспределение воды и тепла. Поскольку вода обладает исключительно высокой удельной теплоемкостью, испарение ее с поверхности водоемов, из почвы, транспирация растений поглощают до 70% энергии, получаемой Землей от Солнца. Количество теплоты, затраченное на испарение (скрытая теплота парообразования), поступает вместе с водяным паром в атмосферу и выделяется там при его конденсации и формировании облаков. В результате заметно снижается температура водных поверхностей и прилегающего к ним слоя воздуха, поэтому вблизи водоемов в теплое время года намного прохладнее, чем в континентальных районах, которые получают такое же количество солнечной энергии.

Масса облаков и водяные пары, содержащиеся в атмосфере, существенно воздействуют и на радиационный режим планеты: с их помощью происходят поглощение и отражение избытка солнечной радиации, и тем самым в известной степени регулируется ее поступление на Землю. Одновременно облака экранируют встречные тепловые потоки, идущие с поверхности Земли, снижая теплопотери в межпланетное пространство. Из всего этого слагается погодообразующая функция атмосферной влаги.

Вследствие высокой "оборачиваемости" атмосферной воды годовое количество осадков для всей планеты составляет около 0,5 млн. км3, то есть превышает содержание влаги в атмосфере в 40 раз. В среднем на поверхность Земли в течение года выпадает слой осадков толщиной 1 м, но реальные их количества весьма неодинаковы для разных областей земного шара. Так, известны три зоны максимума осадков (одна в экваториальной области, две в умеренных широтах обоих полушарий) и четыре зоны минимума осадков (в двух зонах пассатных широт, а также в Арктике и Антарктике). В то время как в некоторых районах Индии или на Гавайских островах годовой уровень осадков превышает12000 мм, в среднеазиатских пустынях или на северо-востоке Сибири он едва достигает 200 мм.

В течение года осадки выпадают крайне неравномерно. В экваториальных районах наибольшее количество их выпадает дважды в году - после осеннего и весеннего равноденствия, в тропиках и муссонных областях - летом (при почти полном бездождье зимой), в субтропиках - зимой. В умеренных континентальных зонах максимум осадков приходится на лето.

От годового количества осадков во многом зависят производственная деятельность человека в целом, состояние и состав растительности, а следовательно, характер сельского хозяйства. Поэтому так важно исследовать состояние и пути распространения атмосферной влаги, закономерности формирования облачных масс, изучение возможности воздействия на них.

Вечные труженики

Атмосферная влага, кроме переноса воды и тепла, осуществляет и другие, не менее важные функции, сущность и значение которых начали изучать совсем недавно. Оказывается, содержащаяся в атмосфере вода активно участвует и в переносе масс твердых веществ. Ветер поднимает в воздух частицы почвы, срывает пену с морских волн, уносит мельчайшие капельки соленой воды. Помимо этого, соли могут попадать в воздух и в молекулярно-дисперсном виде, благодаря так называемому физическому испарению их с поверхности океана. Поэтому океан можно считать главным поставщиком хлора, бора и йода для атмосферы, дождевых и речных вод.

Таким образом, дождевая влага, находясь в облаке, уже содержит некоторое количество солей. В ходе мощных циркуляционных процессов, осуществляющихся в облачных массах, вода и частицы солей, почвы, пыли, взаимодействуя, образуют растворы разнообразнейшего состава. По утверждению академика В.И. Вернадского, среднее солесодержание облака составляет около 34 мг/л.

В дождевых каплях находят десятки химических элементов и различные органические соединения. Покидая облако, каждая капля содержит в среднем 9,3*10-12 мг солей. На пути к Земле, соприкасаясь с атмосферным воздухом, она вбирает в себя новые порции солей и пыли. Обычная дождевая капля весом 50 мг при падении с высоты 1 км "промывает" 16 л воздуха, а 1 л дождевой воды захватывает с собой примеси, содержавшиеся в 300 тыс. л воздуха. В итоге с каждым литром дождевой воды на Землю поступает до 100 мг примесей. Из общего количества растворенных веществ, уносимых реками с материков в океан, почти половина возвращается обратно с атмосферными осадками. При этом на каждый квадратный километр земной поверхности приходится до 700 кг одних лишь азотистых соединений (в пересчете на чистый азот), а это уже ощутимая подкормка для растений.

Особенно много солей содержат осадки приморских районов. Например, в Англии было зафиксировано выпадение дождя с концентрацией хлора до 200 мг/л, а в Голландии - до 300 мг/л.

Интересно отметить, что функцию дождя как переносчика минеральных соединений и питательных веществ нельзя свести к простому подсчету: столько-то привнесенных удобрений - такое-то увеличение урожая. В.Е. Кабаев много лет прослеживал прямую связь между размером урожая хлопка и количеством воды в осадках. В 1970 году он пришел к интересному выводу: стимулирующее воздействие дождя на посевы вызвано, очевидно, присутствием в нем пероксида водорода. Достаточно обычного содержания H2O2 в осадках (7...8 мг/л), чтобы атмосферный азот связывался в соединения, обогащающие питание растений, улучшалась подвижность элементов в почве (прежде всего фосфора), активизировался процесс фотосинтеза. Установив эту функцию дождя, ученый считает возможным искусственно доставлять растениям пероксид водорода, добавляя его в воду при опрыскивании.

В журнале "Химия и жизнь" был приведен подсчет количества солей, ежегодно поступающих с осадками на квадратный километр пляжа в городе Сочи. По ионному составу соли распределяются следующим образом:

Катионы
т/км2
Натрий
12,5
Магний
3,5
Кальций
5,95
Анионы
т/км2
Хлор
10,6
Сульфат
20,6
Карбонат
31,4
Итого
84,6

Аэропланктон

Некоторые примеси дождевой воды так же неожиданны, как и источники их образования. Так, американский микробиолог Паркер установил, что ливневые осадки содержат значительное количество таких органических веществ, как витамин B12, никотиновая кислота, биотин. Проверив органический состав атмосферных примесей - различных твердых частиц, он заключил, что воздух содержит множество микроорганизмов, в том числе и водоросли, причем часть их находится в активном состоянии. Временным местопребыванием этих организмов могут быть облака, особенно кучевые: даже на высоте 6-9 тыс. м, которая является "потолком" для этих облаков, сохраняется температура, приемлемая для протекания жизненных процессов. Присутствие в облаках воды, микроэлементов, таких газов, как кислород, оксид углерода (IV), азот, а также наличие интенсивной лучистой энергии - все это создает благоприятные условия для фотосинтеза, обмена веществ и роста клеток. По мнению Паркера, "облака представляют собой живые экологические системы", которые дают возможность жить и размножаться многоклеточным микроорганизмам. Их выделения органические вещества типа витаминов - попадают на Землю, особенно с ливневыми дождями. А ведь до сих пор, зная об "аэропланктоне" верхних слоев атмосферы - спорах, грибках, пыльце растений, ученые считали, что они находятся там в нежизнеспособном состоянии. Очевидно, результаты новых исследований многое изменят в наших представлениях об атмосферной влаге. Влага в воздушном океане, как и вода в Мировом океане, вероятно, выполняет важную роль внешней среды для кругового обмена веществ его обитателей. Попадая на поверхность планеты, эти вещества неизбежно оказываются тесно связанными с жизнью земной. Трудно даже переоценить возможности, которые даст человечеству детальное изучение таких процессов. Это и предотвращение распространения болезнетворных бактерий, и использование микрофлоры облаков для биологических способов борьбы с загрязнением атмосферы, и решение многих других жизненно важных проблем.

Работы американских исследователей показали, что бактерии, связанные с фитопланктоном, населяющим приповерхностный слой океана, служат ядрами конденсации атмосферной влаги. Скапливаясь в морской пене, бактерии забрасываются ветром в атмосферу, причем их концентрация над Мировым океаном еще выше, чем, например, минеральных частиц в запыленной атмосфере над пустынными районами Австралии. Это подтверждено экспериментально: в лабораторных условиях бактерии способствовали замерзанию воды, то есть вели себя как типичные ядра конденсации.

Развитие этих исследований открывает перспективу получения атмосферных осадков с помощью микроорганизмов. Наряду с другими методами, возможность направленно влиять на скорость и интенсивность их размножения, вероятно, позволит в будущем управлять состоянием атмосферы.


Полностью скачать электронную версию книги в .pdf формате можно здесь

На главную страницу международной общественной организации "НАУКА И ТЕХНИКА"

Наш номер:
Яндекс.Метрика Яндекс цитирования Рейтинг@Mail.ru Промышленность и производство на портале PromPortal.su: машиностроение, металлургия, электротехника