Технопарк юрского периода. Загадки эволюции - Александр Александрович Гангнус
Масуди. Луга золота и рудники драгоценных камней (X век)
В этой книге уже упоминались лунные и солнечные приливы в атмосфере. С поисками приливных ритмов в атмосфере связано несколько интересных страниц в истории метеорологии. Воздушные приливы искали долго. Ведь «пятый океан» нашей планеты тоже должен подчиняться закону тяготения. Но как измерить приливы в небе, где нет ни поверхности, ни уровня, ни берегов?
Ведь в обычном океане, не будь у него берегов, тоже трудно было бы заметить прилив. Даже цунами, огромные океанские волны от землетрясений, смывающие с берегов целые поселения, остаются незамеченными с судов, которые совершают плавание вдали от суши. И если океанолог хочет измерить колебания уровня моря вдали от берегов, он помещает на дне или на любой фиксированной глубине на якоре манометр - измеритель давления. Показания передаются на поверхность. Вот давление упало, потом поднялось выше обычного, снова упало ниже среднего уровня, и, наконец, поколебавшись, стрелка манометра установилась на прежнем делении. Значит, в этом месте прошла волна.
А нельзя ли «уловить» подобным способом атмосферные приливы? Эта мысль пришла в голову еще Лапласу, знаменитому французскому ученому начала XIX века. Ведь барометры - измерители давления на дне воздушного океана - изобретены давно. Лаплас проанализировал измерения атмосферного давления, накопленные Парижской обсерваторией за восемь лет, и никаких данных, указывающих на существование воздушных приливов, не получил.
Дело в том, что ничтожные волны приливного происхождения буквально тонут в изобилии метеорологических бурь в воздушном океане. Лаплас с присущей этому ученому дотошностью исследовал причины своей неудачи и предсказал, что выявить лунные приливы в атмосфере можно в том случае, если тщательно сопоставить 40 тысяч измерений барометрического давления.
Примерно так оно и вышло. Приливы были обнаружены в 1842 году британской метеостанцией на острове Святой Елены после 17 месяцев специальных наблюдений. Оказалось, что в тропиках, где приливы самые сильные, приливный перепад атмосферного давления составляет всего 0,1 миллиметра ртутного столба. В средних широтах он еще меньше.
Это что касается лунных приливов в атмосфере. Солнечные приливы, и океанские и земные, меньше лунных в 2,5 раза. Далековато все же Солнце от нашей планеты, потому и приливная сила Солнца на Земле, хотя Солнце и сильней притягивает Землю в целом, чем Луна, меньше лунной. (Приливная сила получается из разницы между притяжением близкого и дальнего «конца» планеты, и для далекого Солнца эта разница меньше, чем для близкой Луны.) Логично предположить, что в атмосфере солнечный прилив почти неуловим: ведь он, наверное, подчиняется общей для приливов закономерности.
Однако ученые установили, что солнечный прилив в атмосфере больше лунного, и намного - в 16 раз! Или в 100 раз больше, чем это ему «положено» по теории.
Странное это явление долго объясняли «термическим», тепловым воздействием Солнца на земную атмосферу. Солнце по этой гипотезе усиливает свою приливную волну, нагревая, а следовательно, расширяя, приподнимая обращенную к ней часть земной атмосферы. Это объяснение удовлетворяло всех, пока английский ученый Уильям Томпсон довольно простыми расчетами и рассуждениями не доказал в 1882 году, что термический эффект не то что в 100 раз, а вообще не может заметно усиливать приливную волну. И предложил новое решение проблемы. Во всем виноват резонанс, объявил он.
По улице проехал грузовик, и вы поморщились от дребезжания стекол. Обратите внимание: вот грузовик взревел (водитель готовится переключить скорость) - и стекло перестает дребезжать, хотя мощность звука, казалось бы, увеличилась. Стекло «вышло» из резонанса, его собственная частота колебаний перестала совпадать с частотой колебаний мотора.
Собственной частотой колебаний обладает любое тело, от струны гитары до двутавровой балки и целого железнодорожного моста. В Петербурге в начале XX века был случай, когда рота солдат, вступившая чеканным шагом на вполне прочный
Египетский мост через Фонтанку, обрушилась вместе с мостом в воду. Ритм их марша совпал с собственной частотой свободных колебаний моста. Два ритма вошли в резонанс, усилили свободные колебания в сотни раз, и прочное сооружение не выдержало. С тех пор по уставу воинские части чуть ли не всех армий мира вступают на мосты не в ногу. На крышах высотных зданий, на телебашнях иногда можно ощутить ритм, с которым это здание раскачивается под ударами ветра. Это тоже собственная частота колебаний. Если бы вдруг ветер по какой-то случайности совпал На достаточно долгий срок своими порывами с этим ритмом, он повалил бы самое прочное здание.
То же происходит и с атмосферой. Она упруга и имеет собственную частоту колебаний. Период солнечных приливных колебаний, как известно, равен 12 часам. Дважды в сутки обегает Землю воздушная волна, вызванная притяжением светила. Расчеты показали, что, если собственная частота колебаний воздуха отличается от периода солнечно-приливных колебаний атмосферы не больше чем на 4 минуты, возникает резонанс, который и увеличит размах приливных колебаний в 100 раз. Оставалось найти эту собственную частоту атмосферных колебаний, и все стало бы на свои места. Но именно это и оказалось самым трудным. Теория Томпсона «повисла в воздухе», не подтвержденная доказательствам и, на целых полвека.
В 1883 году взорвался вулкан Кракатау. Взрыв был равен по силе термоядерному. И слышно его было, на расстоянии 3 тысяч километров. Катастрофа, стоившая жизни десяткам тысяч людей на островах Индонезии, раскачала- всю атмосферу планеты. Ученые не замедлили этим воспользоваться, чтобы найти период свободных колебаний воздушного океана. Получилось около 10 часов 30 минут. На 1,5 часа меньше, чем требуется для того, чтобы начал действовать резонанс! Ошибка? Нет. Изучение воздушных волн от взрыва знаменитого Тунгусского метеорита 30 июня 1908 года и от извержения сопки Безымянной на Камчатке 30 марта 1956 года подтвердили первоначальные измерения. Как быть?
Целый ряд ученых - Дж. Тейлор, К. Пекерис, Сидней Чепмен и другие - разрабатывали до войны теорию волн в атмосфере. Они предположили, что атмосфера имеет не один, а несколько периодов свободных колебаний. Она похожа в этом отношении не на камертон, дающий всегда один и тот же тон, а на грубый орган, способный звучать на разные голоса.
Роль органных труб в земной атмосфере могут играть разные слои атмосферы, нагретые неодинаково.
К. Пекерис даже рассчитал температурный профиль атмосферы, при котором атмосфера «звучала» бы одновременно на несколько голосов. Ученый предположил, что на высоте 80- 85 километров над Землей расположен холодный слой. К этому же выводу пришли тогда российские ученые
