Файл: Колобков Н.В. Атмосфера и ее жизнь.pdf

дачи тепла затрачивается время, поэтому максимальная температура в приземном слое воздуха наступает не в полдень, а в 2—3 часа дня. Летом в ясную погоду почва нагревается так сильно, что ее температура может быть на 35—40° выше температуры воздуха.

Ночью поверхность Земли охлаждается от излучения тепла в мировое пространство. Это охлаждение переда­ ется воздушным слоям, непосредственно примыкающим к почве. Однако процесс охлаждения протекает медлен­ но и в небольшом слое, так как воздух является плохим проводником тепла. Кроме того, ночью ослабевает турбу­ лентное движение атмосферы, вызывающее перемешива­ ние воздуха. Поэтому понижение температуры лишь по­ степенно передается вверх и быстро ослабевает с высо­ той. Минимальная ночная температура на поверхности почвы и в приземном воздушном слое наступает почти одновременно.

Температура поверхности почвы влияет и на годовой ход температуры воздуха. Самым теплым месяцем в средних широтах северного полушария является июль, а самым холодным — январь.

Огромное количество солнечной энергии, поступаю­ щее на земную поверхность, до сих пор очень мало ис­ пользуется для технических целей, хотя вопрос этот да­ леко не нов. Еще 2000 лет назад римские жрецы демон­ стрировали перед народом «чудеса»: якобы сам собой зажигался священный огонь на алтаре богини Весты. Жрецы клали в фокусе металлического зеркала кусочек сухого дерева, который и загорался под действием сол­ нечных лучей. Для получения солнечной энергии и в на­ стоящее время используются параболические зеркала — так называемые солнечные машины.

Запасы солнечной энергии неисчерпаемы. Достаточно сказать, что, если бы удалось использовать только 1 %’

28

Рис. 5. Солнечная машина.

этой энергии, приходящейся на Сахару, человечество получило бы в свое распоряжение количество энергии, в десять раз превышающее потребность в ней населения всего земного шара.

Трудность использования солнечной энергии заклю­ чается в том, что она требует концентрации ее со значи­ тельной площади, так как на 1 кв. см падает не так уж много энергии. Поэтому гелиоустановки поневоле гро­ моздки. Кроме того, для их использования необходимы безоблачные дни, которых в умеренных широтах не­ много. Поэтому использование солнечной энергии в больших масштабах целесообразно лишь там, где число ясных дней в году превышает 200—250, например в Средней Азии и Закавказье.

В солнечной обсерватории на горе Вильсон в Ка­ лифорнии построена «солнечная кухня», в которой

29

готовится горячая пища для сотрудников обсерватории. В Египте близ Каира установлена солнечная паровая машина мощностью в 100 л. с.

В Ташкенте физику К. Г. Трофимову в аккумуляторе солнечной энергии удалось получить температуру до 225° в ясный летний день и до 100° в облачный (за счет рас­ сеянной радиации). Там же работают на солнечной энер­ гии баня и несколько прачечных.

Коллектив гелиогруппы энергетического института Академии наук СССР работает над проблемой использо­ вания солнечной энергии в народном хозяйстве. На Таш­ кентском консервном заводе установлен гелиокотел, рас­ считанный на давление в 10 атмосфер. Солнечная энер­ гия концентрируется зеркальным параболоидом диамет­ ром в 10 м. В фокусе зеркала создается температура до 1500°. Гелиогруппа испытывала и другие установки, пред­ назначенные для промышленных и бытовых целей. Оправдали себя и солнечные кухни, солнечная сушилка для фруктов и овощей и многие другие объекты.

Наибольший интерес представляет высокотемператур­ ная гелиоустановка, в фокусе которой создается темпе­ ратура от 3500 до 4000°. Используя эту установку, науч­ ные работники легко плавили различные металлы, в том числе и вольфрам.

Солнечные приборы можно устанавливать повсюду, где в году бывает в среднем даже 100—120 солнечных дней. В этих условиях, они окупают себя за четыре-пять лет. Подсчитано, что приготовление горячей воды сол­ нечными нагревателями в южных районах СССР дает ежегодно экономию в 9 млн. ттоплива.

Ученые открыли поразительную способность полупро­ водников превращать тепло в холод, а холод в тепло. Полупроводниками называются вещества, которые плохо проводят ток, но не являются изоляторами. К числу та-

30

Ких веществ относятся германий, селен, кремний и неко­ торые другие. Полупроводники могут создавать разницу в температуре, достигающую 60°. Это значит, что, нагрев один конец цепи, составленной из полупроводников, до 40° тепла, можно получить на другом ее конце 20° холо­ да. Так работает, например, полупроводниковый холо­ дильник: часть цепи, помещенной внутри него, охлажда­ ется нагреванием противоположной части, выведенной наружу.

Мысль ученых идет еще дальше: а что если увеличить площадь опыта до размеров жилого дома, а цепь повер­ нуть, выведя ее охлаждающийся конец наружу? Тогда внешний холод нагреет находящуюся внутри дома часть полупроводника. В этом случае квартиры будет обогре­ вать мороз!

Однако при всех достижениях нельзя не отметить, что силовые гелиоустановки громоздки и коэффициент ис­ пользования в них солнечной энергии низок — он не пре­ вышает 8—10%. Объясняется это тем, что лучистая энер­ гия'должна сначала превратиться в тепловую, а потом уже в механическую. При каждом же превращении часть энергии теряется.

И вот перед учеными встал вопрос: нельзя ли лучи­ стую энергию Солнца сразу же превращать в электриче­ скую?

В физических лабораториях уже сейчас есть возмож­ ность получать электроэнергию от Солнца со значитель­ но более высоким коэффициентом полезного действия. Это полупроводниковые термоэлементы и фотоэлементы. И вот если под лучистую энергию Солнца поставить фото­ элементы, то с каждого гектара поверхности, покрытой ими, можно было бы получать 1000 кет энергии. Пусты­ ни, крыши домов превратятся в источники огромного ко­ личества энергии, если удастся разработать дешевые

31

способы ее получения. В солнечных республиках Средней Азии и Закавказья таким установкам принадлежит боль­ шое будущее.

Круговорот воды в атмосфере

Изучение круговорота воды в атмосфере приобретает исключительное значение в связи с гигантскими работами по преобразованию природы. Научные исследования кру­ говорота воды в атмосфере особенно важны для правиль­ ного решения задачи накопления воды в больших и ма­ лых водохранилищах. Не менее важно последующее ее распределение через оросительную систему и направле­ ние воды на лопасти гигантских турбин мощных гидро­ электростанций.

Вода участвует почти в любом процессе, происходя­ щем на Земле. Она поддерживает жизнь растений. Вме­ сте с солнечной энергией она создает климатические поя­ са и зоны. Воду можно найти везде — и в атмосфере и в почве. Даже в организме самого человека около 70% веса составляет вода.

Циркуляция воды в природе возникает под влиянием теплового излучения Солнца. Испаряясь с поверхности морей и океанов, вода переносится воздушными течения­ ми в различные районы земного шара, где и выпа­ дает в виде осадков.

Когда осадки бывают над сушей, часть их возвраща­ ется в море через* реки и ручьи и в каком-то количестве подземным стоком, а другая часть воды снова испаряется и поступает в атмосферу. Таким образом осуществля­ ется круговорот воды.

Мы уже говорили, что на водное пространство земно­ го шара приходится 71% всей его поверхности. Следова­ тельно, источников испарения более чем достаточно.

32

В атмосферу водяной пар поступает главным образом вледствие испарения с поверхности океанов и морей, а также с озер, рек, влажной почвы. Количество испарив­ шейся и выпавшей обратно в виде осадков воды всегда находится в равновесии. Приход и расход воды в приро­ де называется водным балансом. Ученые пришли к вы­ воду, что баланс воды на земном шаре постоянен.

Потери водяного пара с границ атмосферы в мировое пространство и приход воды из недр земли практически могут не учитываться.

Снег, выпадающий в горах, частью стаивает летом, частью, на больших высотах, уплотняется и сползает в виде ледников и тает внизу. Правда, в области вечного холода (в Гренландии и Антарктиде) накопилось ко­ лоссальное количество уплотненного снега, превратив­ шегося со временем в фирновый, а затем и в глетчер­ ный лед.

На всем земном шаре около 11 % поверхности суши покрыто вечными льдами. В северном полушарии покры­ ты льдами многие арктические острова. Антарктический материк почти сплошь покрыт ледяной шапкой. С него сползают в море ледники, достигающие десятков кило­ метров в длину и в ширину. Они нередко обламываются, образуя плавающие в океане ледяные горы (айсберги) огромной величины. Однажды дизель-электроход «Обь» встретил в антарктических водах плавающий ледяной остров 28 км в длину и 20 км в ширину.

Так'ой айсберг не может не поражать человеческого воображения.

Если бы запасы льда, накопившиеся на земном шаре за многие и многие тысячелетия, растаяли, то уровень Мирового океана поднялся бы на 50—55 м и значитель­ ная часть суши оказалась бы затопленной водой. Но по­ скольку температура воздуха на земном шаре практи­

чески остается постоянной, в наши времена этого про­ изойти не может.

В водном круговороте участвуют сотни тысяч куби­ ческих километров воды. На испарение такого огромного количества воды затрачивается около одной пятой части всей солнечной энергии, достигающей земной поверх­ ности.

Испарившаяся в течение года вода снова выпадает в виде осадков, и если бы они распределились равномерно по поверхности земного шара, то получился бы слой тол­ щиной около метра. Однако в действительности этого не происходит, так как осадки распределяются неравно­ мерно и, кроме того, еще существует речной сток. Напри­ мер, в полосе прибрежной пустыни Южной Африки годо­ вое количество осадков составляет всего 200 мм. На по­ бережьях Чили и Перу многократно наблюдались случаи, когда в течение нескольких лет подряд не выпа­ дало ни одной капли дождя. Там маленькие дети не пред­ ставляют себе, что такое дождь.

С другой стороны, в самом дождливом месте земного шара, в городе Черрапунджа, расположенном в Индии на берегу Брахмапутры, за год выпадает 12 000—15 000 мм осадков. Были случаи, когда там выпадало в сутки более метра — двухгодичная норма осадков в Москве.

Как происходит влагооборот в атмосфере?

Основная масса влаги, переносимая ветрами, нахо­ дится в толще атмосферы до 5 км высоты. Так как мы знаем законы переноса воздушных масс, то было подсчи­ тано, сколько влаги в виде пара проходит над нашей тер­ риторией.

Это количество оказалось огромным. Так, например, по данным X. П. Погосяна и К. И. Кашина над Европей­ ской частью СССР за год проносится 8500 куб. км влаги. Этим количеством воды можно было бы наполнить четы­

34

ре больших озера, таких, например, как Ладожское. Немногим более трети, или 3120 куб. км, выпадает на землю в виде осадков. Из этого количества 930 куб. км уходит через реки в океаны и моря и 2190 куб. км вновь поступает в воздух при испарении. Согласно расчетам 90% влаги, проносящейся над Европейской частью СССР, уходит за ее пределы, главным образом в Сибирь.

Еще недавно считали, что испарившаяся влага с океа­ нов и поступившая на материк совершает на нем не­ сколько оборотов: выпадает в виде осадков, потом испа­ ряется, вновь выпадает и т. д. В действительности же, как показали новые исследования, выпадает только третья часть влаги, проносящаяся над Европейской частью

СССР. Кроме того, установлено, что влага, поступившая

лезащитные лесные полосы? Лесные полосы тормозят горизонтальные движения воздуха (ветер), вызывая подъем воздушных масс, а это ведет к ускорению кон­ денсации водяного пара и тем самым к небольшому уве­ личению интенсивности осадков. Однако количество осадков возрастает на очень ограниченной площади.

„ Какое влияние на микроклимат оказывают искусст­ венные водохранилища?

В зимнее время замерзший водоем ничем не отлича­ ется от поверхности суши, в особенности если установил­ ся снежный покров. Летом открытое зеркало водоема ска­ жется на состоянии метеорологических элементов, преж­ де всего в береговой полосе, а также и на смежных рай­ онах.

Летом вода холоднее воздуха. В силу этого конвекция над водохранилищем ослабевает и развитие кучевых об­