Юлий Вагнер
Наука для всех

Что делается с водяным газом воздуха, когда он поднимается кверху?

Итак, теплый воздух, поднимаясь от земли кверху, расширяется, а расширяясь, охлаждается. Ученые обнаружили, что сухой воздух, поднимаясь на каждые 100 метров, охлаждается на один градус. 101 метр составляет высота Исаакиевского собора в Петербурге. Значит, если в воздухе возле фундамента Исаакиевского собора будет 15 градусов тепла, то когда воздух поднимется кверху и дойдет до креста собора, в нем будет на один градус меньше, то есть 14 градусов. Если он поднимется вдвое выше, в нем будет 13 градусов, если втрое – только 12.

Но это еще не все… Когда вы поднялись со струей воздуха кверху, вам не только стало холодно, но показалось еще и сыро. И в самом деле, пощупайте вашу одежду: она совсем отсырела. И в этом тоже нет ничего удивительного.

Что сделается с водой, оставшейся в белье после стирки, когда белье вешают на веревку для просушки? Вода испаряется, то есть незаметно для глаз превращается в невидимый водяной пар.

В воздухе всегда есть водяной газ, или, как принято говорить, водяной пар, особенно в такой теплый летний день. Воздух постоянно пьет воду и сырость с земли. Нагреваясь, он уносит ее с собой кверху. Так и та струя воздуха, с которой вы начали свое путешествие, наверное, унесла с собой с земли часть водяного пара. Раньше, однако, вы не замечали сырости, потому что воздух был теплым. В теплом воздухе может раствориться гораздо больше водяного пара, чем в холодном. Потому-то, когда влажный воздух из кухни проходит в холодные комнаты или в сени, то заключающаяся в нем влага оседает росой на всех холодных предметах и на стенах. В кухне было тепло, весь водяной газ оставался в воздухе. В холодном помещении часть водяного пара превратилась вновь в воду и осела в виде капелек на стенах. Дохните на холодный самовар, и он запотеет, дохните на горячий, и он останется блестящим. Зимой стекла в окне потеют, когда в комнату внесли самовар, который кипит. Подойдя к холодным предметам, воздух охлаждается и часть пара, заключающегося в нем, оседает на них росой.

Но как ни холодно, как ни сыро покажется вам вверху – потерпите немного. Посмотрите, что будет дальше…

В воздухе вокруг вас произошла еще перемена. Посмотрите вокруг себя! Где тот чистый, прозрачный воздух, который был раньше? Он весь наполнен легким туманом, точно потянуло откуда-нибудь дымом. Сырость воздуха приняла вид крошечных водяных шариков. Из них состоит этот туман. Откройте дверь из кухни во двор или в холодные комнаты, и вы увидите, как во влажном воздухе кухни, сразу охладившемся, появится такой же туман. Этот же туман образуется над отверстием в крышке кипящего самовара. Если вы будете с воздухом подниматься еще выше, то легкий туман делается гуще, снизу он показался бы облаком. Все облака сначала были невидимым водяным газом, который подымался от земли вместе с теплыми струйками воздуха.

Но посмотрите-ка теперь вниз! Куда девались знакомые вам поля и рощи?! Правда, вы едва различаете землю сквозь туман. Земля далеко от вас. Но все-таки вы можете разобрать, что местность эта вам совсем незнакома. Да! Вы совсем незаметно перелетели вместе с окружающим туманом куда-то далеко от знакомых мест. Смотрите внимательно вниз! Видите вы, как бегут мимо вас и холмы, и поля, и реки! Конечно, это бегут не они, а вы сами несетесь мимо них. Вы несетесь вместе с воздухом, но не замечаете его движения. Когда вы бежите против ветра, ветер кажется вам сильнее. Когда вы бежите по ветру, он кажется слабее. Если бы вы могли бежать так скоро, как движется ветер, то не заметили бы его вовсе.

Вы полетели теперь вместе с облаком. Пока вы были внизу, ветра не было. Как только вы поднялись, вас подхватил вольный ветер. Очень редко, когда в вышине нет ветра. Ветер там дует почти всегда. Куда-то теперь он понесет ваше облако? Узнать это нелегко, недаром ветер назвали вольным! «Вольный ветер по полю гуляет»… Но не все, что говорится, бывает правдой. Люди назвали ветер вольным еще тогда, когда они не знали, почему он дует и откуда приходит.

О ветре и об облаках

Долго люди старались узнать, откуда и почему дует ветер. Долго они следили за движением воздуха и за всеми переменами, происходящими в воздухе. Они замечали изо дня в день, из года в год в различных местностях, когда и сколько градусов тепла или холода было в воздухе, какое было при этом его давление, куда и как сильно дул ветер, как изменялись облака, сколько воды упало с дождем, градом и снегом, сколько водяных паров было в воздухе. Все это записывали, сравнивали, и вот – прошли долгие годы и даже очень много лет, и люди узнали наконец, что такое ветер, куда он дует, откуда приходит и что с собой приносит.

Так ветер уже перестал для людей быть вольным. Уже теперь часто можно предсказать наперед, откуда задует он, будет ли он силен или слаб, принесет ли с собой дождь или ясную погоду.

Да, ветер приносит нам погоду, но он приносит также и жизнь, потому что, если бы не было ветра, нельзя было бы жить на земле. Из жарких стран ветер приносит тепло, из холодных – холод, с моря он несет на сушу в облаках воду в виде дождя или снега. Если бы не было ветра, то в одних странах было бы слишком жарко, в других слишком холодно, а на суше не было бы совершенно воды. Вся бы вода по рекам ушла в море, и новой воды с моря с облаками не приходило бы. Вся суша превратилась бы в пустыню без растений и животных.

Вот, значит, как важен ветер для всего живущего на земле. Этот ветер, кроме того, еще украшает небо. Не было бы его, не было бы тех красивых облаков, благодаря которым вид неба постоянно меняется. Над сушей было бы постоянно синее небо без единого облачка. Над морем, в вышине, постоянно лежал бы сплошной и скучный угрюмый туман. Ветер на своем пути по небу несет водяные пары в виде облаков.

Как удивительно разнообразны эти клубы тумана! Порой они похожи на клубы дыма, которые громоздятся один на другой; порой они напоминают круглые хлопья ваты или стадо беленьких барашков, пасущихся по лазурному полю. Иногда они тянутся как громадные, полупрозрачные перья от одного края неба до другого. Часто в одно и то же время на небе бывают облака различного вида. Тогда можно видеть, что разные облака висят в несколько этажей друг над другом. Небо кажется от этого еще красивее. И можно заметить, как верхние облака двигаются не в ту сторону, что нижние. Одни облака быстро плывут, а другие кажутся неподвижными.

А как красивы облака вечером или ранним утром, когда они освещены золотистым или красным светом зари! Да и днем они постоянно меняют свой цвет.

Формы облаков: 1 – кучевые, 2 – слоистые, 3 – перистые

По виду облаков можно примерно судить о высоте, на которой они держатся. Если посмотреть с земли на тот туман, который образовался вокруг вас, когда вы поднимались кверху, то он, наверное, будет напоминать легкие клубы дыма. Такие облака постоянно родятся летом при подъеме теплого воздуха кверху. Эти клубы громоздятся большими кучами друг на друга. Сами облака названы поэтому кучевыми. Влажному теплому воздуху достаточно подняться на версту вверх, чтобы в нем родились кучевые облака. При этом воздух сделается на 10 градусов холоднее, чем был у земли. Всех выше плавают облака в виде перьев, или перистые облака. Они забираются иногда на 13 верст в вышину и никогда не спускаются ниже 5. На севере среди лета они круглые сутки освещены солнцем и в полночь остаются такими же светлыми и белыми, какими были днем.

Вернемся, однако, к нашему ветру, который несет вас куда-то вдаль. Как узнать в самом деле, куда вы летите? Если ваш город, из которого вы поднялись, стоит недалеко от моря, то, вероятнее всего, этот ветер унесет вас в море. Но для того чтобы узнать наверное, куда движется окружающий вас воздух, недостаточно только знать, где стоит ваш город. Надо, кроме того, знать, какова местность вокруг: ровная ли она или есть горы, высоки ли они, как они расположены, много ли вокруг рек и озер. А главное, надо знать, где и как велико давление воздуха во время вашего путешествия.

Откуда и куда дует ветер?

Вы уже знаете, что давление воздуха постоянно меняется. Где давление воздуха больше, там воздух, значит, стремится расширяться сильнее. Если взять две бутылки, одну с редким воздухом, другую с более плотным, и соединить их горлышками вместе, то, конечно, воздух из второй бутылки, где давление его выше, потечет в первую. То же самое делается и на воле. Ветер дует всегда из мест, где давление воздуха выше, в места, где оно ниже. Но это бывает над самой землей. В вышине, как вы уже знаете, ветер может дуть и в другую сторону, чем внизу. Однако и там он дует всегда туда, где давление слабее.

Вы знаете, что воздух, нагреваясь, расширяется. Он становится легче и поднимается от земли кверху. Поэтому давление его возле земли уменьшается. Но в вышине, куда вы поднялись вместе с теплой струей, давление становится больше, чем было раньше, потому что сюда поднимается все больше воздуха снизу. Опуститься снова прямо вниз этот воздух не может, так как снизу напирают все новые и новые струи теплого воздуха. И вот, вместо того что бы опускаться вниз, этот воздух расходится в стороны.

Он двигается туда, где давление воздуха слабее. Так происходит ветер. Он рождается всегда в вышине, там же, где рождаются и облака, где родилось и ваше облачко. Поэтому-то в вышине ветер всегда дует из жарких стран в холодные, а по земле, наоборот, из холодных в жаркие.

Как двигается воздух во время ветра?

Если бы вы могли следить за траекторией движения вашего облака вместе с воздухом, то вы увидели бы очень важную особенность. Вы увидели бы, что мало-помалу вы сворачиваете в сторону.

Вспомните, как шалун-ветерок играет осенью сухими листьями или придорожной пылью. Он крутит и вьет эту пыль и поднимает ее столбы в воздух. Часто зимой он вместо пыли завивает столбы из мелкого снега. Поэтому-то его и называют тогда вьюгой. Внутри такого столба давление воздуха гораздо ниже, чем снаружи, и вот воздух мчится со всех сторон внутрь столба, а потом быстро поднимается кверху. Он тянет за собой все, что попадется ему по пути и что он может поднять. Чем сильнее разница в давлении воздуха внутри столба и снаружи, тем быстрее он движется, тем сильнее сам ветер.

Всякий ветер есть часть ветрового столба- вихря, вроде только что описанного. Но столбы эти громадны, иногда они покрывают половину России, и поэтому мы не видим их сразу, как маленький вихревой столб, а чувствуем только постоянный ветер, который постепенно меняется, проходя в каждом данном месте разными своими частями и дует в разных направлениях, как и в маленьком вихре.

В больших песчаных пустынях сильный ветер вместо пыли крутит столбы из песка. Беда, если такой ветер невзначай налетит на путников. Раскаленные солнцем песчинки, летающие в воздухе, нагревают и воздух. В горячем воздухе тяжело дышать. Мелкие песчинки набиваются в нос и рот, и человек может задохнуться. Целые тучи песка, точно туман, застилают небо. Среди дня наступает сумрак. Этот песок может засыпать не только человека, но даже целый караван верблюдов.

Еще сильнее те вихри, которые рождаются в открытых морях теплых стран. Эти вихри также рождаются в вышине. Воздух, который поднимается кверху над теплым морем, часто задерживается вверху вместо того, чтобы постепенно расходиться в стороны. Этот воздух потом вдруг спускается книзу, а на смену ему так же стремительно взвивается кверху нижний. Так происходит тот страшный вихрь, который называется ураганом. Море тогда шумит и клокочет. Вода будто кипит в громадном котле. Поверхность моря покрывается пеной. Ветер срывает с волн эту белую пену и несет ее, точно клубы снега в зимнюю метель. Жутко тогда на море! К счастью, люди теперь хорошо знают, как двигается воздух в урагане. Они могут предугадать ураган и вовремя приготовиться к встрече с ним.

Часто вихри на море поднимают кверху, как песок в пустыне, громадные водяные столбы. Это – водяные смерчи. Если облака несутся низко над морем, а вихрь, поднявший смерч, очень силен, то верхушки водяного столба иногда доходят до облака и крутятся вместе с ним. Такой смерч, налетевший на пароход, ломает его мачты и обдает его потоками соленой морской воды. Редко, впрочем, он причиняет большой вред. Обыкновенно, морские суда слишком велики, и он не может их опрокинуть или залить своею водой.

Чем отличается выдыхаемый животными воздух от обыкновенного?

Многое мы узнали про воздух, и многое можно было бы еще рассказать про него. С ним стоит познакомиться поближе, потому что для всего живущего на земле нет ничего важнее воздуха. Дышать воздухом для нас так же необходимо, как есть или пить, и даже больше того. Мы можем голодать или терпеть жажду довольно долгое время, без воздуха же не проживем и одного часа.

Когда мы вдыхаем воздух, он входит в наши легкие. Легкие – это меха, которые то вбирают в себя воздух, то выпускают его.

Почему воздух входит в меха, когда мы их растягиваем, вы теперь знаете. Он входит, потому что, растягивая меха, мы разреживаем в них воздух, уменьшаем его давление. Давление наружного воздуха остается так же велико, как было ранее. Оно берет верх над давлением воздуха в мехах, и наружный воздух протискивается внутрь мехов, пока давление воздуха внутри и снаружи не станет снова одинаковым.

Наши легкие работают без отдыха и днем и ночью в течение всей нашей жизни. Если человек перестанет дышать, он задохнется.

Воздух, который мы вдыхаем в себя, отличается от воздуха, который мы выдыхаем из себя. Убедиться в этом нетрудно. Налейте в стакан немного прозрачной известковой воды, то есть такой, в которой растворена известь и которую можно купить в любой аптеке, и попробуйте продувать в нее через трубку ртом выдыхаемый воздух. Вы сейчас же увидите, что вода помутнеет. Эта муть есть не что иное, как очень мелкий порошок мела. Значит, в выдыхаемом воздухе есть что-то такое, что превратило известь, растворенную в известковой воде, в мел. Что же это такое?

Попробуйте бросить кусочек мела в крепкий уксус. Вы заметите, что кусочек мела скоро покроется мелкими пузырьками газа. Они будут отрываться от мела и всплывать кверху. Это тот же самый газ, что выходит из минеральной воды или из крепкого кваса, когда откупоривают бутылку. Называется он углекислым газом. Значит, в составе мела есть что-то, из чего может получиться углекислый газ. Углекислый газ в воде образует очень нестойкое соединение – угольную кислоту, которая тут же снова распадается на углекислый газ и воду, но все же постоянно присутствует в воде, пока в ней есть углекислый газ.

В уксусе есть другая кислота – уксусная. Она-то и вытесняет из мела угольную кислоту, из которой тотчас образуется и улетает в воздух углекислый газ, а сама становится на его место. При этом мел изменяется, и вместо него получается совершенно другое вещество.

Мел можно назвать углекислой известью, потому что в нем есть известь и углекислота. Вещество, которое получилось из мела в уксусе, будет не углекислая известь, потому что углекислота из мела ушла в виде углекислого газа; теперь с известью соединилась уксусная кислота, и такую известь мы можем назвать уксуснокислой известью.

Уксуснокислая известь не похожа на мел: она растворяется в воде, а мел не растворяется. Поэтому мел, превращаясь в уксуснокислую известь, растворяется, становится невидимым.

Итак, выдыхаемый воздух отличается от вдыхаемого тем, что в нем много углекислого газа, а в обыкновенном воздухе его очень мало. Затем, выдыхаемый воздух более влажен. Наконец, с ним произошло и еще одно изменение, о котором я расскажу вам далее.