Молния и гром, вероятно, были первыми явлениями природы, которые пугали и завораживали первобытных людей. Когда они наблюдали зигзаги молний и слышали раскаты грома, они считали, что это гнев богов, один из способов наказания первобытного человека.
Для того, чтобы понять, что в действительности представляют собой гром и молния, давай вспомним, что мы знаем об электричестве. Мы знаем, что некоторые предметы могут быть заряжены положительно или отрицательно. Положительный заряд притягивается отрицательным. Возрастает величина заряда – увеличивается сила притяжения.
Наступает такой момент, когда силы, сдерживающие их раздельно, становятся слишком велики. Любое сопротивление, которое их сдерживает, например, воздух, стекло или другой изолятор, преодолевается, или «пробивается». Происходит разряд – и электрические заряды двух тел становятся равными.
То же самое происходит и в случае с молнией. Облако, содержащее несметное число капелек воды, может нести электрический заряд, противоположный заряду другого облака или Земли. Когда электрическое напряжение между ними способно преодолеть изоляцию воздуха, происходит разряд молнии. Электрический разряд движется по пути наименьшего сопротивления (то есть так, как легче двигаться). Вот почему молния часто зигзагообразна.
Электропроводность воздуха зависит от его температуры, плотности и влажности. Сухой воздух плохо проводит электричество, влажный воздух – гораздо лучше. Поэтому зачастую молнии прекращаются с началом дождей. Влажный воздух становится проводником, по которому электрические заряды перемещаются бесшумно и незаметно.
А что же гром? При электрическом разряде воздух быстро расширяется, а затем сжимается. При расширении и сжатии происходит быстрое перемещение потоков воздуха. Резкие соприкосновения таких потоков воздуха мы слышим как гром. А дальние раскаты грома происходят оттого, что звуковые волны отражаются от одного облака к другому.
Так как скорость света составляет 299 795 км/с, а скорость распространения звука в воздухе около 335 м/с, мы всегда вначале наблюдаем вспышку молнии, а затем слышим гром.
Влага в атмосфере является причиной туч, тумана, дождя, снега, а также теплых, ясных дней. Атмосфера содержит влагу в разных формах: водяные пары, жидкая вода или замерзшая вода.
Жаркий влажный день отличается от жаркого сухого дня только наличием в атмосфере паров воды. Наличие водяных паров в атмосфере называется влажностью. Когда мы говорим: «Относительная влажность 80 %», – мы имеем в виду, что воздух содержит 80 % водяных паров от того количества, которое он может иметь. Когда воздух имеет 100-процентную относительную влажность, он содержит водяных паров столько, сколько это возможно, и называется насыщенным воздухом. Теплый воздух может содержать больше водяных паров, чем холодный воздух.
Инструмент, используемый для измерения количества водяного пара в воздухе, называется гидрометром. Наиболее точный способ – это сравнивать показания сухого и влажного термометра. Два термометра крепятся рядом на одном основании. Поверхность одного покрывается грубой намоченной тканью, которая может удерживать влагу. Поверхность второго термометра остается свободной и сухой.
Испарение воды с предмета охлаждает его. Если воздух содержит много водяных паров, влага с мокрого термометра улетучивается медленно, и он не показывает сильного понижения температуры. Если воздух сухой, влага с мокрого термометра испаряется быстро и мокрый термометр показывает температуру значительно более низкую, чем сухой термометр.
Относительная влажность может быть определена путем сравнения двух температур. Существуют и другие виды гидрометров, которые используют движение воздуха, химические вещества, чтобы измерить повышение или понижение влажности воздуха.
Во многих странах количество дождевых осадков измеряется прибором, который называется дождемером. Дождемер, используемый метеорологами Соединенных Штатов, имеет вид полой трубки, закрытой снизу и имеющей расширение в верхней части.
Этот прибор помещается на открытом месте, и градуированная шкала на нем показывает, сколько в него попало дождевой воды. Метеорологи говорят, что выпал сантиметр дождевых осадков, если в данной местности воды выпало столько, чтобы образовать на поверхности этого места слой воды толщиной в один сантиметр.
Место, где выпадает меньше 25 сантиметров осадков в год, называется пустыней. От 25 до 50 сантиметров достаточно для того, чтобы росла трава, но для сельского хозяйства требуется больше 50 сантиметров в год.
Если в течение теплого времени года выпадает больше 250 сантиметров осадков, дикая растительность становится такой густой, что заглушает культивируемые растения. Так происходит в джунглях Бразилии, в Центральной Африке и в Индии. В Индии есть место, которое называется Черрапунджи, где в год выпадает около 1 140 сантиметров дождя! И напротив, Египту достается лишь 4 сантиметра дождя в год. В Соединенных Штатах наибольшее количество осадков выпадает на побережье штата Вашингтон и в Орегоне – 200–250 сантиметров. Самый большой уровень осадков, зарегистрированный в Великобритании, составляет 653 сантиметра в Камберленде в 1954 году.
Конденсация – это процесс, противоположный испарению.
При испарении жидкость превращается в газ или пар, а при конденсации – наоборот: газ или пар переходят в жидкое или твердое состояние. Конденсация протекает, когда объем газа или пара сжимается или охлаждается.
При конденсации происходят весьма любопытные вещи. Во-первых, переход из газообразного состояния в жидкое приводит к тому, что веществу нужно гораздо меньше объема. Во-вторых, при этом высвобождается тепловая энергия в окружающую среду, называемая теплотой конденсации. Например, при конденсации каждого грамма водяного пара выделяется 540 калорий.
Конденсация занимает важное место в ряду процессов, протекающих в окружающем нас мире.
Вода, испаряясь из рек, озер, морей и океанов, остывая в атмосфере, вновь конденсируется, в результате чего образуются облака. Роса на траве и листьях появляется, когда насыщенный влагой воздух соприкасается с их охлажденной поверхностью.
Конденсация может протекать прямо у вас на глазах, если вы вынесете на воздух в жаркий летний день стакан с ледяной водой. Наверняка в таких случаях вы замечали, что стенки стакана «запотевают».
Это происходит из-за того, что водяной пар, содержащийся в воздухе, соприкасаясь с холодным стеклом, конденсируется на нем.
Иногда вещество может переходить из газообразного состояния прямо в твердое. Это происходит, когда температура окружающей среды или поверхности, на которой конденсируется пар, ниже температуры замерзания.
Именно этим явлением объясняется тот забавный факт, что у некоторых людей, прогуливающихся в морозный день по улице, на бороде и усах появляются маленькие сосульки или иней. Водяной пар, содержащийся в воздухе, выдыхаемым человеком, конденсируясь на волосках бороды, становится льдом!
Земля, словно шар, вращается вокруг своей оси. Оси этой не существует на самом деле. Она воображаемая. Северная и южная точки пересечения этой воображаемой оси с небесной сферой называются полюсами Земли. Там очень холодно.
Как Северный, так и Южный полюса – это самые удаленные от экватора точки Земли. Если бы земная ось не была бы наклонена, то на полюсах все время был бы день. Но из-за наклона оси в то время как на одном из полюсов в течение шести месяцев длится день, на другом все это время стоит ночь.
Первым человеком, достигшим Северного полюса, был американец Роберт Эдвин Пири; это было в 1909 году. А в 1911 году норвежский путешественник Руаль Амундсен добрался до Южного полюса. Прежде чем это произошло, погибло много путешественников, стремившихся достичь Северного или Южного полюса.
Две полярные области окружают географические полюса Земли. Они называются Северным полюсом и Южным полюсом.
Северная полярная область – Арктика интересовала людей еще во времена древней Греции, а может быть и раньше. Считается, что человеком, открывшим Арктику, был известный греческий исследователь Питис. В IV веке до н. э. он отправился в плавание из Средиземноморья к северу до границы арктического региона. Может быть, северные народы (например, проживавшие в Норвегии и Британии) плавали в северные моря и раньше, но письменных свидетельств, доказывающих это, не сохранилось.
В XVI веке началось великое исследование Севера и Северо-Востока. Многие исследователи достигали арктического района и изучали его. Эти исследования продолжались вплоть до начала XX века, а в 1903 году к полюсу отправилась экспедиция, возглавляемая норвежским исследователем Руалем Амундсеном.
Ученые намеревались исследовать непосредственно Северный Полюс. Американский адмирал Роберт Эдвин Пири повел экспедицию по льду полярного моря с базы, которая находилась на северном побережье острова Элсмир. 6 апреля 1909 года он стал первым человеком, достигшим Северного Полюса.
Первый перелет через Северный Полюс, начатый со Шпицбергена, был совершен американским исследователем Ричардом Е. Бирдом 9 мая 1926 года.
Антарктикой называют обширный регион, прилегающий к Южному полюсу. В него входит Антарктида – шестой по величине из земных материков, немного меньший, чем Европа и Соединенные Штаты вместе взятые.
Этот материк – самая холодная и унылая часть поверхности Земли. Его окружают со всех сторон самые суровые моря на планете. На нем всегда бушуют сильные, резкие ветры и метели, и вся его территория покрыта вечным снегом и льдом. Там настолько холодно, что весь материк представляет собой огромную безжизненную пустыню.