Всеволод Арабаджи - Загадки простой воды
Многообразно применение льда в народном хозяйстве. Зимой на севере Сибири с помощью льда укрепляют полотно зимних автотранспортных магистралей («зимников»). В этих условиях приходится считаться со скольжением по льду. Причиной скользкости льда является не плавление его под давлением, как думали раньше (для такого плавления был бы необходим быстрый подвод тепла), а плавление под действием тепла, развивающегося при трении. При движении конька по льду или лыжи по снегу в результате трения движущегося тела о поверхность выделяется значительное количество тепла, которое идет на расплавление льда и образование смазки. Натирание лыж специальными мазями улучшает скольжение, поскольку мази отталкивают воду (не смачиваются ею) и тем самым уменьшают сцепление воды и лыж. При сильном понижении температуры воздуха тепла, которое выделяется вследствие трения, будет недостаточно для хорошего скольжения коньков и лыж, хотя давление на них при этом остается неизменным. В процессе таяния морского льда сначала плавится соляная прослойка, а затем лед. Это обусловливает в общем более значительное трение при перемещении по морскому льду в сравнении со льдом пресноводным.
Строители Заполярья иногда используют в качестве строительного материала ледобетон. Так называют лед с включенной в него галькой. Ледобетон настолько прочен, что при работе с ним нередко ломаются даже стальные зубья экскаваторов. Другим вариантом ледобетона является лед с добавлением к нему древесной пульпы («ледопласт»). Материал этот выдерживает давление до 50 кг/см2 и может быть использован в качестве заменителя цемента при постройке плотин на реках Заполярья.
Армирование льда волокнистым материалом повышает предел его текучести и увеличивает прочность. При использовании хлопковых и древесных волокон прочность увеличивается в 2...3 раза, стекловолокно дает увеличение прочности до 8 раз. Древесные опилки и размельченный торф, смоченные водой и нанесенные на поверхность льда, хорошо предохраняют от таяния складские помещения из льда и ледяные причалы. Промораживание водонасыщенных плывунных грунтов укрепляет стенки котлованов на стройках и избавляет от необходимости производить откачку воды, что приводит к удешевлению строительства.
Лед представляет собой прочный, дешевый и весьма распространенный в природе материал. Можно полагать, что при дальнейшем освоении ресурсов Севера нашей страны материал этот найдет еще более широкое применение в строительстве.
Полюсы холода
Арктика и Антарктика – это не только своеобразные «фабрики льда», но и «кухни погоды», которые влияют на погоду всего земного шара. Когда приходят длительные антициклоны с незначительной облачностью или, что еще хуже, при полном ее отсутствии, в зимние полярные ночи здесь создаются наиболее благоприятные условия для выхолаживания почвы и приземного воздуха. Самая низкая температура воздуха у земной поверхности (– 88,3°C) наблюдалась в августе 1960 года на советской научно-исследовательской станции «Восток», которая находится в Антарктиде. Географические координаты этой станции таковы: 78°28' южной широты, 106°48' восточной долготы, высота 3 488 м. Сейчас принято считать, что в этой точке земного шара находится полюс холода Южного полушария.
Основные причины такого большого понижения температуры на станции «Восток» – влияние антициклона над центральной частью Антарктиды, а также пониженная влажность воздуха, значительная высота местности над уровнем моря и длительная полярная ночь. Существенное значение для теплового режима Антарктиды имеет и постоянный снежный покров континента, отражающий большое количество поступающей к нему лучистой энергии солнца.
Высота места наблюдения над уровнем моря не является решающим условием сильного выхолаживания приземного воздуха. Поэтому на ряде высокогорных станций в низких широтах минимальные температуры могут быть значительно выше минимальных температур для станций равнинных, но высокоширотных. Так, на леднике Северцова в Кашкадарьинской области (высота 2 780 м) температура воздуха не опускается ниже – 26°C, а на станции Казбеги на Кавказе (высота 3 659 м) абсолютный минимум температуры составляет лишь – 35°C.
Быстрота охлаждения воздуха в основном определяется условиями движения воздушных масс в атмосфере.
О быстроте падения температуры при резкой смене условий движения можно получить представление из следующих примеров. 23...24 января 1916 года на станции Броунинг (США, штат Монтана) за 24 часа температура упала на 56°C (с 7,1° до – 49°C), а 10 января 1911 года на станции Рапид-Сити (США, штат Южная Дакота) с 7 часов утра за 15 минут температура понизилась на 26°C (с 12,8° до – 13,3°C).
В верхней части тропосферы*, в области умеренных широт, на высоте около 10 км, температура воздуха в среднем «составляет – 60°C, но может опуститься и до – 80°C, а над экватором, где верхняя граница тропосферы поднимается до 18 км, температура воздуха может понизиться до – 90°C. Вблизи верхней границы мезосферы (мезосфера – слой атмосферы от 40 до 90 км) температура воздуха летом опускается до – 100°C (интересно, что летом температура в мезосфере ниже, чем зимой); в июле она может упасть еще ниже, вплоть до – 140°C.
* Тропосфера – нижняя часть земной атмосферы, которая простирается в полярных широтах до высоты 8...10 км, в умеренных широтах – до 10...12 км и в тропиках – до 16...18 км.
В нашей стране самые низкие температуры в приземном воздухе наблюдаются в Центральной Якутии, в верховьях Яны и Индигирки. До 1930 года полюсом холода Северного полушария считался Верхоянск, где еще в феврале 1892 года была зарегистрирована температура – 67,6°C. В 1930 году было установлено, что в районе поселка Оймякон и в среднем, и по абсолютной величине отмечаются более низкие температуры, чем в Верхоянске (в феврале 1933 года температура воздуха в Оймяконе понизилась до – 67,7°C, в это же время на поверхности снега термометр показывал – 69,6°C).
Начиная с октября месяца средняя месячная температура в Оймяконе опускается до – 15°C, в ноябре она достигает – 36°C и к середине января – началу февраля спадает до минимума. Оймякон расположен во впадине, окруженной горами высотой 0,6...2 км. В зимнее время здесь преобладает ясная и тихая погода. Горы способствуют стоку холодного воздуха в долину реки Индигирки, благодаря сухости воздуха происходит заметное испарение снежного покрова. Все вместе и способствует сильному выхолаживанию приземного воздуха в Оймяконе.
Кроме Оймякона и Верхоянска, в нашей стране имеется немало других станций с низкой минимальной температурой воздуха. Для выявления этих станций примем в. качестве разделительного критерия температуру – 50°C. Ниже – 50°C температура может опускаться на ряде станций Якутии (Сюрен-Кюэль, Сеген-Кюэль, Западная, Томпо, Алдан, Томмот, Таскон, Оленек, Якутск, Средне-Колымск), имеются такие станции в Красноярском крае (Ачинск), в Томской (Брагино) и Магаданской (Сеймчан) областях.
После нашей страны наиболее низкие температуры отмечаются в Канаде. В феврале 1947 года на станции Снэг (62°22' северной широты, 140°24' западной долготы, высота 578 м) была зарегистрирована температура – 62,8°C. Кроме станции Снэг, на северо-западе Канады имеется около 15 станций (в их числе Эврика, Даусон, Норман Уэлс, озеро Хейзен и др.), где температура может опускаться ниже – 50°C.
В США наиболее сильно охлаждается воздух на территории Аляски. В январе 1971 года в горах Эндикот, на станции Проспект Крик Кэмп (66°48' северной широты, 150°40' западной долготы, высота 330 м) температура понизилась до – 62,1°C. Среди 48 штатов США наиболее низкая температура – 56,6°C была зарегистрирована в 1954 году на станции Роджерс Пасс в горах штата Монтана (47°05' северной широты, 112°22' западной долготы, высота 1 662 м). Ниже – 50°C температура опускается иногда на станциях Тэйлор Парк (Колорадо), Айлэнд Парк Дэм (Айдахо), Риверсайд (Монтана), Пэршел (Северная Дакота), Морэн (Вайоминг), на ряде станций в долинах Тананы и Юкона (Аляска).
В Швеции имеются лишь две станции, где температура может опускаться ниже – 50°C. Это Вуоггачальме (66°34' северной широты, 16°21' восточной долготы, высота 500 м), где в 1966 году была отмечена температура – 52,6°C, и Лаксбакен (64°38' северной широты, 16°26' восточной долготы, высота 345 м), где в 1941 году наблюдалась температура – 53,3°C.
В Гренландии температура может опускаться ниже – 50°C только на станции Норд (81°36' северной широты, 16°40' западной долготы, высота 35 м). В Норвегии температура – 50°C и ниже изредка наблюдается на станциях Рёрос (62°34' северной широты, 11°23' восточной долготы, высота 629 м) и Карасиок (69°28' северной широты, 25°31' восточной долготы, высота 129 м).
