Дождь и снег

Большие капли или кристаллы, имеющие заметную скорость падения и поэтому в значительном количестве выпадающие из облаков, в метеорологии называют осадками. Большие капли формируются при слиянии более мелких и при конденсации водяного пара. Они образуются также во время таяния крупных снежинок. На землю падают твердые, жидкие и смешанные осадки. К первым относятся снег (ледяные кристаллы в виде хлопьев и звездочек), снежная крупа (крупники диаметром 2–5 мм), ледяная крупа (прозрачные крупинки с непрозрачным ядром диаметром до 3 мм), ледяной дождь (прозрачные шарики диаметром 1–3 мм) и град, представляющий собой кусочки льда. Градины имеют различные размеры, обычно около 5 мм, редко их диаметр достигает нескольких сантиметров. Последние случаи всегда фиксируются и о них сообщается: в таком-то пункте выпал град величиной с голубиное или даже куриное яйцо.

Жидкие осадки менее разнообразны — это дождь и морось. Диаметр капелек дождя 0,5–7 мм. Выпадение мороси не так заметно, она как бы взвешена в воздухе, ее капельки значительно меньше и имеют диаметр от 0,05 до 0,5 мм. Смешанные осадки — это мокрый тающий снег или смесь дождя и снега. Они характеризуются интенсивностью (количество осадков, выпадающих в единицу времени).

Метеорологические станции определяют количество лишь жидких осадков. Визуально принято качественное деление на слабые, умеренные и сильные осадки. Различают также обложные, ливневые и моросящие осадки. Это зависит от характера их выпадения, от того, из каких облаков они выпадают, и продолжительности. Обложные осадки могут длиться несколько часов и даже суток. Ливневые — наиболее интенсивны. Продолжительность ливня обратно пропорциональна его интенсивности. Довольно часто наблюдаются дожди интенсивностью 1–2 мм/с. Наиболее интенсивны дожди в тропиках и субтропиках. Так, на Гавайских островах интенсивность ливня однажды составила 21,5 мм/с.

Осадки начинают выпадать лишь тогда, когда их вес настолько велик, что они могут преодолеть сопротивление воздуха. Скорость падения при этом должна превысить скорость восходящих потоков воздуха, чтобы они не испарились по пути от облака до поверхности Земли. Снежинки падают медленнее, чем капельки дождя той же массы.

Осадки содержат много примесей. Различный химический состав осадков известен давно, еще с середины XVIII в. Но систематически, сетью наблюдательных станций он начал изучаться лишь в самые последние десятилетия. Что же представляют собой такие чистые, на первый взгляд, снег и дождь? Оказалось, что атмосферные осадки — это слабые растворы солей, их минерализация в среднем 10–30 мг/л, а в крайних пределах от 3–4 до 30–60 мг/л. При таких, как будто небольших концентрациях они приносят в почву от 50 до 150 кг/га веществ в год. Зимой концентрация примесей в осадках больше, чем летом, потому что снежинки при своем медленном падении успевают захватить из воздуха большее количество примесей.

В северном полушарии наиболее минерализованы осадки в южных районах континентов. На побережье морей и океанов, где содержание хлоридов (осадков морского происхождения) повышено, минерализация осадков меньше. Чаще выпадают осадки в тундре и тайге; над пустынями и степями они загрязнены: основная примесь в осадках континентального происхождения — сульфиды.

Чтобы определить состав осадков, в свободной атмосфере берут пробу воды из облаков и аэрозолей. Облачная вода всегда чище, чем вода осадков. Таким образом, осадки являются как бы санитарами атмосферы. Большое значение имеет вымывание из атмосферы радиоактивных веществ. Изучение радиоактивности начало проводиться недавно. Установлено, что радиоактивность осадков определяется их типом и интенсивностью. Твердые осадки радиоактивнее жидких, потому что радиоактивные вещества, захватываемые при падении, попадают на большую поверхность снежинок (по сравнению с каплями). Чем интенсивнее осадки, тем они менее радиоактивны. Наблюдения показали хаотичность изменения радиоактивности. Предполагается, что это происходит потому, что радиоактивные вещества вымываются не только из воздуха, но и из самого облака.

Помимо радиоактивных веществ дождь и снег поглощают окрашивающие их примеси, создавая необычные цветные осадки: красные, черные, молочные и др. Они возникают от разных причин — песка пустынь, поднятого в воздух сильным ветром, красящих водорослей, микроорганизмов, сажи и пепла, от вулканов, лесных и торфяных пожаров. Примеси разносятся на большие расстояния, их состав и природу определяют с помощью химического анализа, а происхождение, путь и место появления — по синоптическим картам. В период активного развития циклонической деятельности чаще всего наблюдаются красные дожди. О том, как далеко могут переноситься цветные частицы, можно судить по такому примеру: в каплях красного дождя во Франции были обнаружены микроорганизмы из Южной Америки. Известны случаи выпадания зеленого дождя, содержащего также микроорганизмы. В 1969 г. на территории Чувашии был ливневый дождь желто-оранжевого цвета. Менее чем через год в этом же районе выпал желто-оранжевый снег. Подобные явления были вызваны сильными потоками воздуха, принесшими пыль из Прикаспийских степей.

В суточном ходе осадков в континентальных районах замечены два максимума (в послеполуденные часы и рано утром) и два минимума (ночью и перед полуднем). В морском или береговом районе обычно максимум ночью и минимум днем. Суточный ход количества осадков прямо связан с ходом и характером облачности.

Годовой ход осадков разнообразен и соответствует климатическим особенностям места. Различают несколько типов годового хода осадков: экваториальный, тропический, субтропический, умеренных широт с присущими им дождливыми периодами и минимумами. Больше всего осадков выпадает в зоне экватора, так как здесь много водяного пара в атмосфере и высокие температуры воздуха. Годовая сумма осадков здесь составляет в среднем 1000–2000 мм и более, а в некоторых районах — до 5000–6000 мм. Минимум осадков в субтропической зоне — не более 250 мм — приходится на пустыни. Самые сухие места на Земле — это пустыни Чили, Перу, Сахара, где осадки не выпадают по нескольку лет.

В умеренных широтах снова начинает неравномерно увеличиваться количество осадков: в прибрежных районах до 750—1000 мм в год, в глубине материков 300–500 мм. В менее увлажненном воздухе высоких широт вновь падает количество осадков — до 300 мм в год, в горных районах увеличивается. Самое «мокрое» место на Земле — южный склон Гималаев. В местечке Черапунджи в год выпадает в среднем 12 700 мм, а случаются годы, когда осадков более 15 000 мм. Очень велико количество осадков также на Гавайских островах — 12 000 мм в год. В нашей стране больше всего осадков выпадает на южных склонах Кавказского хребта в Ачишхо (более 3000 мм) и на побережье Черного моря от Сочи до Батуми (до 2800 мм). В центральных областях европейской части страны осадки составляют в год 500–600 мм. Самое «сухое» место — Средняя Азия и юго-восток европейской территории (всего 80 мм осадков за год).

В местах, где выпадает мало осадков, очень важно попытаться вызвать их искусственно. Этой проблемой у нас занято несколько научно-исследовательских институтов. Исследуя условия, при которых можно с успехом вмешаться в действия природы, ученые пришли к выводу, что должны существовать определенные условия для образования осадков и нужен лишь внешний толчок. В нашей стране и за рубежом в этом направлении имеются уже положительные результаты. В облако вводят хладореагенты, ядра кристаллизации и гигроскопические частицы, крупные капли воды. В первых двух случаях стимулируются твердые фазы воды, а в последнем — водяные капли. Лучшим методом считается воздействие на переохлажденные облака твердой углекислотой и йодистого серебра. Замечено, что при попадании 200 г углекислоты на 1 км³ переохлажденного воздуха из жидкого состояния в твердое переходит до 1000 т воды. Воздействуя на облака, можно увеличить, сумму осадков на 10–15 %,

Особенно важно, и в то же время очень сложно, изучить облака не только как резервуар, но и как генератор осадков, потому что они выделяют в 10–20 раз больше, чем имеют в данный момент. Это значит, что в основном в облаке идет процесс преобразования водяного пара, содержащегося в воздухе, в осадки.

Существует и другая задача — как искусственно предотвратить опасные ливни. Для этого нужно вызвать небольшой дождь, облако уменьшится, и ливня не будет.