ДЭ, том 1 Земля

Вероятно, при слове «география» вам прежде всего представляются дальние страны, тропические леса и саванны, песчаные пустыни и оазисы, тундра или полярные льды. Вы вспоминаете об отважных путешественниках, открывавших новые земли. Но многие ли из вас знают, какая это сложная наука, какими путями развивалась она?

Корни географической науки уходят в глубокую древность. Наши далекие предки неплохо знали географию тех мест, в которых обитали, и умели изобразить их на примитивных картах, нарисованных на песке, вырезанных на дереве, коре, камне. Зачатки настоящих научных географических знаний возникли во времена рабовладельческого строя у древних народов Азии — ассиро-вавилонян, персов, индийцев, финикиян, а также в Египте. Замечательные мореплаватели древности — финикияне, жившие на восточном побережье Средиземного моря, уже знали не только берега этого моря, но около 1200 г. до н. э. проникли за Гибралтар и затем доходили на севере до Британских о-вов, а на юге — по крайней мере до Канарских о-вов.

География пережила несколько периодов расцвета, тесно связанных с важными историческими событиями. Например, в эпоху великих географических открытий, в XV — XVII столетиях, крупнейшие феодальные государства, заинтересованные в открытии и захвате новых земель — колоний, снаряжали одну экспедицию за другой в далекие страны. Вот тогда-то и была открыта Америка и проложены морские пути из Европы в Индию и другие страны Востока.

Долгое время географы занимались открытием и исследованием разных стран: они изучали пути сообщения, связывающие между собой эти страны, собирали сведения о строении земной поверхности, растительном и животном мире, населении и хозяйстве. Человека манили к себе еще неизвестные ему земли, открытие которых сулило богатство. Все увиденное путешественники старались подробно описать.

Но со временем людей перестали удовлетворять одни описания и они стали искать объяснение явлениям природы. Так география превратилась в науку, исследующую причины и связь природных явлений, а также их влияние на хозяйственную деятельность человека.

В наше время познавательное направление в географии сменилось новым. Теперь география стремится активно воздействовать на природу. Задачей современной географии все больше становится не только изучение вновь открываемых территорий, но и лучшее освоение человеком Земли. Главная цель современной географии — помогать человеку вести хозяйство на научной основе, как можно лучше использовать природные ресурсы, восстанавливать их путем преобразования природы.

География как наука распадается на две главные ветви: физическую географию и экономическую географию.

Физическая география исследует окружающие нас природные оболочки, т. е. нижнюю часть атмосферы (воздушной оболочки), воды океанов, морей и суши, почвенный покров, растительный и животный мир, поверхность земной коры, их взаимосвязи. Советская физическая география стремится познать природные свойства среды, в которой протекает жизнь человека, чтобы разумно использовать ее и преобразовывать в интересах людей.

В процессе развития и накопления научных знаний в XIX и XX вв. от физической географии отделились и обособились некоторые ветви географической науки, каждая из них изучает теперь отдельные части географической среды — это геоморфология (наука о рельефе земной поверхности и его развитии), гидрология (наука о водной оболочке Земли), климатология, ботаническая география, зоогеография, география почв и др.

Однако окружающая нас географическая среда представляет единое целое. Это еще в конце прошлого века показал замечательный русский ученый-естествоиспытатель В. В. Докучаев. Крупнейшие советские географы, продолжая разработку докучаевских идей, установили, что в природной географической среде все тесно связано и взаимодействует друг с

другом — рельеф, воздушные массы, воды, почвенный и растительный покров, животный мир. Поэтому, интересуясь отдельными ветвями географической науки, никогда не надо упускать из виду взаимодействие различных процессов, совершающихся на земном шаре, их влияние на деятельность человека и влияние самого человека на ход этих природных процессов.

Экономическая география решает вопрос, как в связи с природными условиями лучше разместить различные отрасли хозяйства — промышленность, сельское хозяйство, транспорт и т. д. Она рассматривает также влияние хозяйственной деятельности человека на окружающую природу. Экономическая география решает и такие общественные задачи, как рациональное (наилучшее) использование земли, борьба с силами природы, причиняющими вред человеку, и т. д. Вместе с другими географами экономико-географы изучают проблемы наиболее разумного использования природных богатств, способы их охраны, восстановления, а в ряде случаев и приумножения.

Вместе с тем географы продолжают заниматься изучением отдельных стран, или страноведением. Эта задача приобретает особое значение в наши дни, когда происходит распад колониальной системы и освободившиеся от ига империализма народы нуждаются в помощи развитых стран.

Многообразные и интересные задачи стоят перед советскими учеными, изучающими географию нашей великой Родины. Ведь СССР — крупнейшее государство в мире. Его площадь составляет 22,4 млн.км². С запада на восток СССР простирается на 10 тыс.км. Общая протяженность нашей государственной границы составляет свыше 60 тыс.км! Наша страна обладает всеми природными богатствами, необходимыми для экономического процветания, оборонной мощи и культурного развития народа.

Советский народ, его ученые и инженеры, опираясь на знание законов природы, преобразуют землю своей Родины и заставляют служить себе ее колоссальные богатства. Но еще немало их не используется человеком. Отыскивать и изучать новые природные ресурсы — одна из задач наших географов.

Используя естественные ресурсы, человек неизбежно преобразует окружающую природу. Сначала воздействие на природу носило неосознанный характер, люди не учитывали возможные нежелательные результаты. Напри-

мер, леса на многих давно освоенных территориях были полностью уничтожены, а в связи с этим климат стал более сухим, сократились запасы воды в реках и озерах, уменьшились рыбные богатства, пострадало и судоходство. Поэтому наряду с дальнейшим изучением природных богатств перед современной географией уже встала важная научная проблема — всесторонне исследовать происшедшие изменения в окружающей нас географической среде, вызванные деятельностью человека. Географ должен научиться предвидеть результаты того или иного воздействия человека на природу и уметь предупреждать о возможных в некоторых случаях вредных последствиях (см. стр. 267).

Много работы предстоит советским географам. В ближайшие годы необходимо провести полный учет вод на территории СССР и найти способы наилучшего использования водных ресурсов.

Большую тревогу вызывают процессы, разрушающие почвенный покров, уносящие из почвы питательные вещества, так называемая эрозия почвы. Однако уже теперь географы и другие ученые разработали существенные меры борьбы с таким бедствием. Но еще много предстоит сделать в этом направлении.

Умножение наших лесных богатств — тоже одна из важнейших народнохозяйственных проблем.

Советские географы с увлечением трудятся над решением задачи преобразования природы на больших территориях нашей страны. Разрабатывается проект переброски вод северных рек в бассейн Волги и искусственного регулирования уровня Каспия; решается проблема орошения и обводнения плодородных земель Средней Азии, коренного осушения и освоения огромной Западно-Сибирской низменности, постепенного уничтожения вечной мерзлоты в Восточной Сибири.

Как велико значение этих работ, можно показать на таком примере: переброска северных речных вод из бассейна Печоры и Вычегды в бассейн Волги позволит получить на гидроэлектростанциях Волжско-Камского каскада даже без установки новых агрегатов дополнительно большое количество энергии, оросить и обводнить 12—16 млн.га засушливых земель Приволжья и замедлить падение уровня Каспия.

Эти примеры показывают, что современная географическая наука, опираясь на богатый опыт, вооружает людей всесторонними знаниями, необходимыми для активного воздействия на

Ракеты помогают метеорологам исследовать верхние слои атмосферы.

природу в интересах развернутого коммунистического строительства.

Но еще рано утверждать, что на Земле географам уже все известно. Исследователи много нового откроют не только в глубинах океанов, занимающих² /₃ поверхности Земли, но и во многих областях суши. Пока очень слабо изучен огромный Антарктический материк. Много неизвестного таят горы и пустыни Центральной Азии. Географы еще плохо знают Южную Америку и некоторые другие районы земного шара.

Обычно для таких исследований снаряжаются комплексные экспедиции с участием большого числа разных специалистов.

Современные экспедиции богато оснащены новой техникой: они пользуются разнообразными точными приборами, походными лабораториями, радиоприемниками и передатчиками, механизированным транспортом (самолетами, вертолетами, вездеходами). Акваланги

Дночерпатель, опущенный с научно-исследовательского корабля, захватит со дна моря грунт с животными организмами.

позволяют ученым исследовать подводное царство вблизи берегов, а батискафы — опускаться на дно глубочайших впадин океана.

Однако дело не только в высокой технике. Изменился сам способ изучения природы: экспедиции превратились как бы в исследовательские институты на колесах. Карандаш, полевая сумка и фотоаппарат, конечно, не потеряли своего значения, но теперь записи в полевой книге не ограничиваются тем, что видит участник экспедиции. В своей работе он широко использует показания различных приборов и механизмов. Конечно, и в новых условиях огромное значение имеет творческая мысль ученого и острота его глаза. Уметь видеть, наблюдать и делать выводы — необходимое и важное качество работника экспедиции.

Далеко не всем выпадает счастье участвовать в работах больших экспедиций. Значит

ли это, что для молодого географа не найдется другой интересной работы? Конечно, нет. Не менее важная и увлекательная задача для молодого географа — научное исследование природных и экономических условий своего родного края. Такой творческий труд — важное звено в цепи дел, обеспечивающих строительство коммунизма.

Каждый географ должен быть патриотом, горячо любить свою Родину. А любить свою Родину — это значит стараться сделать ее еще более прекрасной, переделать ее природу в лучшую сторону и подчинить разумной воле людей.

Изучение природы не может ограничиться исследованием поверхности Земли. В недрах планеты хранятся богатства, без которых невозможно существование человеческого общества. Исследованием недр Земли занимаются геологи. Наука о недрах Земли и ее богатствах — геология. Она изучает также строение земного шара, условия образования нашей планеты и историю развития жизни на ней.

Основные знания о камне, о минерале как полезном ископаемом необходимы каждому советскому гражданину, и в особенности нашей молодежи — будущим разведчикам недр, химикам и металлургам, создателям городов, участникам замечательных строек коммунизма.

Сколько интересной работы открывают перед нашей молодежью поиски минерального сырья и дальнейшее изучение в лаборатории собранного материала, и какое огромное удовлетворение дает исследователю недр сознание, что его открытие улучшает жизнь советских людей.

Одна из ветвей геологии — минералогия, наука о свойствах минералов, об условиях их образования и распространении в земной коре.

Минералы образуются в результате разнообразных природных процессов: из расплавленной магмы при ее остывании, из горячих газов и паров, выделя-

Экспедиции забираются в самое сердце раскаленной пустыни Каракумы.

ющихся из магмы, из глубинных горячих водных растворов, из холодных вод при их испарении или смешении с водами иного состава. Минералы отлагаются также в результате жизнедеятельности бактерий и организмов (см. стр. 72). В зависимости от среды, в которой находятся минералы, они могут разрушаться, менять свой состав, облик и превращаться в другие минералы. Значительная часть минералов имеет большое практическое значение.

Из минералов или их обломков состоят горные породы. Они слагают земную кору. В них находятся, или, как говорят геологи, залегают, руды железа и цветных металлов, уголь, нефть и т. д. Горные породы изучает особая ветвь геологической науки — петрография.

Горные породы важны и как документы, раскрывающие историю Земли. Каждый слой земной коры представляет как бы страницу книги истории природы. Но в этой книге многие «листы» от времени стали неразборчивы или местами совсем исчезли. Геология учит читать эту книгу природы и отыскивать ее недостающие страницы. Особенно привлекательна для геологов возможность восстановить прошлое Земли, несмотря на неполноту

«текста» истории нашей планеты и обилие в нем загадочных мест.

В пластах осадочных пород нередко можно заметить остатки растений или животных: различные раковины моллюсков, панцири ракообразных, кости позвоночных, стволы и сучья деревьев. Встречаются также отпечатки на горной породе листьев, стеблей, крыльев насекомых. Все эти остатки называются окаменелостями. По ним палеонтология (наука о древних существах) восстанавливает картину постепенного изменения растительного и животного мира на протяжении миллионов лет (см. стр. 228). В настоящее время геологи с помощью физиков и химиков научились определять абсолютный возраст минералов и горных пород, т. е. возраст, выраженный в годах.

Многие минералы оказались своеобразными хранителями «времени» (радиоактивные минералы), и по их составу стало возможным определить время их образования (см. стр. 244).

Важнейшее звено геологической работы, объединяющее теорию с практикой,— геологическая карта. Она представляет собой обыкновенную топографическую карту, на которой показано распространение различных пород, их геологический возраст и как они залегают.

Нелегко перебираться через перевалы Тянь-Шаня.

Таким образом, геологическая карта до некоторой степени — документальное отображение горных пород, которые слагают земную поверхность.

Все разделы геологической науки, а также геологическая карта, необходимы для осуществления успешных поисков и разведки полезных ископаемых.

Современная промышленность с ее высокой техникой и огромными масштабами требует гигантского количества разнообразного минерального сырья. Нельзя себе представить ни одной отрасли хозяйства без железа и угля; без нефти была бы мертва вся «подвижная» техника, а современная химия не имела бы возможности так широко производить различные синтетические материалы. Без редких элементов невозможно изготовить различные сложнейшие машины и точнейшие приборы, которые используются в металлургии, химии, машиностроении, авиации, космонавтике. Не может обходиться промышленность без цветных металлов — меди, цинка, олова, свинца, алюминия и магния. Невозможно повысить и плодородие почв без применения так называемых агрономических руд — фосфоритов, апатита и калийных солей.

Нисколько не преувеличивая, можно сказать, что материалы минерального происхождения представляют собой материальную базу всего хозяйства нашего времени.

Ежегодно не менее 4—5 млрд. Т различных полезных ископаемых извлекается из недр Земли, подвергается сложнейшим процессам металлургической, химической, электрохимической и электрометаллургической переработки.

Однако полезных ископаемых для народного хозяйства требуется с каждым годом все больше и больше.

Программа Коммунистической партии Советского Союза, принятая XXII съездом, ставит перед нашими геологами огромные практические задачи: обеспечить потребности страны на много лет вперед в самых разнообразных видах минерального сырья.

В нашей стране широко ведутся поиски и разведка полезных ископаемых.

Они осуществляются огромной, постоянно растущей армией геологов, разведчиков и горняков — сотнями тысяч специалистов.

Если еще недавно геолог работал в поле один или в сопровождении сборщика образцов (коллектора), то теперь геологические партии представляют собой большие коллективы в десятки и сотни специалистов, снабженных всеми видами транспорта, радиостанциями, геофизическими приборами и походными химическими лабораториями.

Геологи пока знают очень мало о строении глубин земной коры, так как непосредственному наблюдению доступна только самая верхняя ее часть. Изучить глубины Земли очень важно по многим причинам. Ученые признают большое влияние глубоких недр Земли на процессы образования месторождений минерального сырья. С глубинами Земли связаны вулканические явления и землетрясения. Поэтому дальнейшее развитие знаний о строении и составе Земли, а также решение вопроса, как образуются месторождения полезных ископаемых, невозможно без непосредственного исследования глубин земной коры и ее подкоровой части.

возможность геологам осуществить сверхглубокое бурение до 10—15 км на материке и на океаническом дне.

В СССР уже приступили к подготовке такого бурения.

Другая важнейшая задача, стоящая перед учеными-геологами и практиками,— это разработка основ научного прогноза (предсказания) залегания полезных ископаемых в определенных районах Земли. Установив законы размещения различных месторождений, геологи создадут прогнозные карты, которые обеспечат успешные поиски так называемых «слепых» рудных тел, т. е. глубоко залегающих в Земле месторождений.

До сих пор геологи интересовались только сушей, но сейчас они начали изучать геологию океанического дна, занимающего около 71% всей площади земной поверхности. Геофизические исследования показали, что существуют различия в строении и мощности земной коры под континентами и океанами.

Такие исследования не только обогащают науку, они приносят важные практические результаты.

В ближайшие десятилетия, вероятно, осуществится геологическая съемка материковой отмели и, может быть, даже материкового склона (см. стр. 134).

Возрастет мировая добыча нефти с морского дна, начнется разработка марганцевых руд со дна океана и т. д.

На дрейфующей станции около Северного полюса теодолитом определяют широту и долготу.

Успехи географических и геологических наук усиливают власть людей над природой и помогают лучше использовать богатства недр Земли.

В нашей стране труд географа и геолога почетен и благороден. Он направлен на пользу великого дела — строительства коммунизма.

Асуанская плотина

Сто тысяч человек строили пирамиду Хеопса 20 лет. В древности ее считали одним из чудес света. Это величественное, но бесполезное сооружение.

Асуанскую плотину на Ниле строят 25 тыс. человек, и все работы будут завершены за 8 лет. В нее можно уложить 16 таких пирамид! Высота плотины 111м, а объем 4км³.

Плотина стала символом дружбы арабского и советского народов. На строительстве работают 2,5 тыс. советских инженеров и мастеров.

Труду проектировщиков и строителей предшествовала большая работа геологов и географов, которые изучили грунты в районе плотины, территорию затопления и орошения.

Асуанская плотина сооружается по советскому проекту, который комиссия экспертов признала лучшим из числа предложенных специалистами СССР, США, Англии и ФРГ.

Нил — река жизни для 27 млн. жителей ОАР. Но это капризная река. Годовой ее сток в среднем 95км³. В период разлива она давала полям в среднем 15км³ воды, а иногда в два раза меньше. В такие годы наступала засуха, а с ней — голод. Если сток Нила в половодье увеличивался вдвое, то река смывала десятки селений, гибли тысячи гектаров пашни.

Вскоре человек у пульта управления, нажав кнопку, будет регулировать сток нильских вод из искусственного озера. Сейчас земледельцы ОАР и Судана берут от реки 52км³ воды.

Водохранилище позволит брать в 2,5 раза больше. Площадь возделываемых земель увеличится на одну треть.

По мощности, равной 2100 тыс.квт, Асуанская гидростанция займет одно из первых мест в мире. 2500 км высоковольтных линий электропередачи понесут отсюда электроэнергию по всей стране.

Строительство плотины начали в 1960 г., а в мае 1964 г. Нил был уже перекрыт. Река потекла по каналу, высеченному в скале, водохранилище стало заполняться. Площадь его будет равна ²/₃ поверхности Ладожского озера. День перекрытия Нила был праздником арабского народа, вступившего в новый этап культурного а хозяйственного развития.

наша планета

ЗЕМЛЯ КАК ПЛАНЕТА И ЕЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ НА КАРТЕ

ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ДРЕВНИХ НАРОДОВ О ЗЕМЛЕ

Правильные сведения о Земле и ее форме появились не сразу, не в одно время и не в одном месте. Однако, где именно, когда, у какого народа они были наиболее правильными, выяснить трудно.

Уж очень мало сохранилось об этом достоверных древних документов и материальных памятников.

По преданию, древние индийцы представляли себе Землю в виде плоскости.

Ценные исторические сведения о Земле и ее форме сохранились у древних народов, живших в бассейне pp. Тигра и Евфрата, дельте Нила и по берегам Средиземного моря (в Малой Азии и Южной Европе). До нашего времени дошли письменные документы из древней Вавилонии. Они имеют давность около 6000 лет.

Вавилоняне в свою очередь унаследовали знания от еще более древних народов.

Вавилоняне представляли Землю в виде горы, на западном склоне которой находится Вавилония. Они заметили, что к югу от Вавилона — море, а на востоке расположены горы, через которые не решались переходить. Поэтому им и казалось, что Вавилония расположена на западном склоне «мировой» горы. Гора эта круглая, и окружена она морем, а на море, как опрокинутая чаша, опирается твердое небо — небесный мир. На небе, как и на Земле, есть суша, вода и воздух. Небесная суша — это пояс созвездий Зодиака, как плотина, протянувшаяся среди небесного моря. По этому поясу суши движутся Солнце, Луна и пять планет.

Под Землей находится бездна — ад, куда спускаются души умерших; ночью Солнце проходит через это подземелье от западного края Земли к восточному, чтобы утром опять начать свой дневной путь по небу. Наблюдая заход Солнца за морской горизонт, люди думали, что оно уходит в море и восходить должно также из моря.

В основе представлений древних вавилонян о Земле лежали, таким образом, наблюдения за явлениями природы. Однако ограниченность знаний не позволяла им правильно объяснять эти явления.

Народы, жившие в Палестине, представляли себе Землю иначе, чем вавилоняне. Древние евреи жили на равнине, и Земля казалась им равниной, на которой кое-где возвышаются горы. Особое место в мироздании евреи отводили ветрам, которые приносят с собой то дождь, то засуху. Обиталище ветров, по их мнению, находится в нижнем поясе неба

Так представляли себе Землю древние вавилоняне.

и отделяет собой Землю от небесных вод: снега, дождя и града. Под Землей находятся воды, от которых кверху идут каналы, питающие моря и реки. Представления о форме всей Земли у древних евреев, по-видимому, не было.

Известно, что финикияне, а также египтяне были хорошими мореплавателями: даже на небольших кораблях они смело пускались в дальние плавания и открывали новые земли.

Очень многим география обязана эллинам, или древним грекам. Этот немногочисленный народ, живший на юге Балканского и Апеннинского п-овов Европы, создал высокую культуру. Самые древние известные нам представления греков о Земле встречаются в поэмах, приписываемых Гомеру, «Одиссее» и «Илиаде». Эти поэмы передавались из уст в уста, а позднее, в VI в. до н. э., были записаны. Из этих произведений видно, что греки представляли себе Землю в виде слегка выпуклого диска, напоминающего щит воина. Сушу со всех сторон обтекает река Океан. Над Землей находится медный небосвод, по которому движется Солнце, поднимаясь ежедневно из вод Океана на востоке и погружаясь в них на западе.

Один из греческих философов, по имени Фалес (VI в. до н. э.), представлял Вселенную в виде жидкой массы, внутри которой находится большой пузырь, имеющий форму полушария.

Вогнутая поверхность этого пузыря — небесный свод, а на нижней, плоской поверхности, наподобие пробки, плавает плоская Земля. Нетрудно догадаться, что представление о Земле как о плавающем острове Фалес осно-

вывал на том факте, что Греция расположена на многочисленных островах.

Грек Анаксимандр (VI в. до н. э.) представлял Землю в виде отрезка колонны или цилиндра, на одном из двух оснований которого мы живем. Середину земли занимает суша в виде большого круглого острова — Ойкумены (т. е. населенной Земли). Ее окружает океан. Внутри Ойкумены находится морской бассейн, делящий ее на две приблизительно равные части: Европу и Азию. Греция же расположена в центре Европы, а город Дельфы — в центре Греции («пуп Земли»).

Восход Солнца и других светил на восточной стороне неба, после того как они скрылись за горизонтом на западе, Анаксимандр объяснял движением их по кругу.

Видимый нами небесный свод составляет, по его мнению, половину шара, другое полушарие находится под нашими ногами. Анаксимандр считал, что Земля — центр Вселенной.

Последователи другого греческого ученого — Пифагора — пошли дальше: они признавали, что Земля — шар. Шаровидная форма приписывалась ими не только Земле, но и другим планетам.

Знаменитый ученый древности Аристотель (IV в. до н. э.) не только принял учение о шарообразности Земли, но и первый научно доказал это. Аристотель считал, что если бы Земля не имела формы шара, то тень, которую она отбрасывает на Луну при ее затмениях, не была бы ограничена дугой окружности.

Новым этапом в развитии науки древних греков было учение выдающегося астронома древнего мира Аристарха Самосского (конец IV — первая половина III в. до н. э.).

Картина мира по представлению древних египтян: внизу — Земля, над ней — богиня неба, слева и справа — корабль бога Солнца, показывающий путь Солнца по небу (от восхода до заката).

Он высказал мысль, что не Солнце вместе с планетами движется вокруг Земли, а Земля и все планеты вращаются вокруг Солнца.

Однако он не мог научно обосновать свою мысль; прошло около 1700 лет, прежде чем это удалось сделать гениальному польскому ученому Копернику (см. т. 2 ДЭ).

Древние греки пытались даже определить размер Земли. Знаменитый писатель древности Аристофан (вторая половина V — начало IV в. до н. э.) в своей комедии «Облака» говорил о попытках определить величину Земли. Первое довольно точное измерение величины земного шара, послужившее основанием математической географии, произвел Эратосфен Киренский (II в. до н. э.) — древнегреческий математик, астроном и географ. Он, как и Аристотель, считал, что Земля имеет форму шара.

КАК ВПЕРВЫЕ ИЗМЕРИЛИ ОКРУЖНОСТЬ ЗЕМЛИ

Совершая путешествия из г. Александрии на юг, в г. Сиену (теперь Асуан), люди замечали, что там летом в тот день, когда солнце бывает всего выше на небе (день летнего солнцестояния — 21 или 22 июня), в полдень оно освещает дно глубоких колодцев, т. е. бывает как раз над головой, в зените. Вертикально стоящие столбы в этот момент не дают тени. В Александрии же и в этот день солнце в пол-

день не доходит до зенита, не освещает дна колодцев, предметы дают тень.

Эратосфен измерил, насколько полуденное солнце в Александрии отклонено от зенита, и получил величину, равную 7°12', что составляет ¹/₅₀ окружности. Это ему удалось сделать при помощи прибора, называемого скафисом. Скафис представлял собой чашу в форме полушария. В центре ее отвесно укреплялась

Слева — определение высоты солнца скафисом. В центре — схема направления солнечных лучей: в Сиене они падают вертикально, в Александрии — под углом в 7°12'. Справа — направление солнечного луча в Сиене в момент летнего солнцестояния.

Скафис — древний прибор для определения высоты солнца над горизонтом (в разрезе).

игла. Тень от иглы падала на внутреннюю поверхность скафиса. Для измерения отклонения солнца от зенита (в градусах) на внутренней поверхности скафиса проводились окружности, помеченные цифрами. Если, например, тень доходила до окружности, помеченной цифрой 50, солнце стояло на 50° ниже зенита. Построив чертеж, Эратосфен совершенно правильно заключил, что Александрия отстоит от Сиены на ¹/₅₀ окружности Земли. Чтобы узнать окружность Земли, оставалось измерить расстояние между Александрией и Сиеной и умножить его на 50. Это расстояние было определено по числу дней, которое тратили караваны верблюдов на переход между городами. В единицах того времени оно равнялось 5 тыс. стадий. Если ¹/₅₀ окружности Земли равняется 5000 стадий, то вся окружность Земли равна 5000х50 = 250 000 стадий. В переводе на наши меры это расстояние приблизительно равно 39 500 км. Зная длину окружности, можно вычислить и величину радиуса Земли. Радиус всякой окружности в 6,283 раза меньше ее длины. Поэтому средний радиус Земли, по Эратосфену, оказался равным круглому числу — 6290 км, а диаметр — 12 580 км. Так Эратосфен нашел приблизительно размеры Земли, близкие к тем, которые определены точными приборами в наше время.

КАК УТОЧНЯЛИСЬ ЗНАНИЯ О ФОРМЕ И ВЕЛИЧИНЕ ЗЕМЛИ

После Эратосфена Киренского (см. стр. 27) на протяжении многих столетий никто из ученых не пытался вновь измерить земную окружность. В XVII в. был изобретен надежный способ измерения больших расстояний на поверхности Земли — способ триангуляции (названный так от латинского слова «триангулюм» — треугольник). Этот способ удобен тем, что встречающиеся на пути препятствия — леса, реки, болота и т. п.— не мешают точному измерению больших расстояний. Измерение производится следующим образом: непосредственно на поверхности Земли очень точно измеряют расстояние между двумя близко расположенными точками А и В, из которых видны удаленные высокие предметы — холмы, башни, колокольни и т. п. Если из А и В через зрительную трубу можно разглядеть предмет, находящийся в точке С, то нетрудно измерить в точке А угол между направлениями АВ и АС, а в точке В — угол между ВА и ВС.

После этого по измеренной стороне АВ и двум углам при вершинах А и В можно построить треугольник А B С и, следовательно, найти длины сторон АС и ВС, т. е. расстояния от А до С и от В до С. Такое построение можно выполнить на бумаге, уменьшив все размеры в несколько раз или с помощью вычисления по правилам тригонометрии. Зная расстояние от В до С и наводя из этих точек зрительную трубу измерительного инструмента (теодолита) на предмет в какой-либо новой точке D, тем же

путем измеряют расстояния от В до D и от С до D. Продолжая измерения, как бы покрывают часть поверхности Земли сетью треугольников: ABC, BCD и т. д. В каждом из них можно последовательно определить все стороны и углы (см. рис.). После того как измерена сторона АВ первого треугольника (базис), все дело сводится к измерению углов между двумя направлениями. Построив сеть треугольников, можно вычислить по правилам тригонометрии расстояние от вершины одного треугольника до вершины любого другого, как бы далеко друг от друга они ни находились. Так решается вопрос об измерении больших расстояний на поверхности Земли. Практическое применение способа триангуляции — дело далеко не простое. Эту работу могут выполнять только опытные наблюдатели, вооруженные очень точными угломерными инструментами. Обычно для наблюдений приходится сооружать специальные вышки. Работы такого рода поручаются особым экспедициям, которые продолжаются по нескольку месяцев и даже лет.

Способ триангуляции помог ученым уточнить знания о форме и величине Земли. Произошло это при следующих обстоятельствах.

Знаменитый английский ученый Ньютон (1643—1727) высказал мнение, что Земля не может иметь форму точного шара, потому что она вращается вокруг своей оси. Все частицы Земли находятся под влиянием центробежной силы (силы инерции), которая особенно велика

Если нам нужно измерить расстояние от А до D (при этом точку В не видно из точки А), то мы измеряем базис АВ и в треугольнике A ВС измеряем углы, прилегающие к базису ( a и b). По одной стороне и прилегающим к ней двум углам определяем расстояние АС и BС. Далее из точки С мы с помощью зрительной трубы измерительного инструмента находим точку D, видимую из точки С и точки B . В треугольнике CUB нам известна сторона СВ. Остается измерить прилегающие к ней углы, а затем определить расстояние DB. Зная расстояния DB u AB и угол между этими линиями, можно определить расстояние от А до D.

Схема триангуляции: А B — базис; BE — измеряемое расстояние.

у экватора и отсутствует у полюсов. Центробежная сила у экватора действует против силы тяжести и ослабляет ее. Равновесие между силой тяжести и центробежной силой было достигнуто тогда, когда земной шар у экватора «раздулся», а у полюсов «сплющился» и постепенно приобрел форму мандарина, или, выражаясь научным языком, сфероида. Интересное открытие,

сделанное в то же время, подтвердило предположение Ньютона.

В 1672 г. один французский астроном установил, что если точные часы перевезти из Парижа в Кайенну (в Южной Америке, вблизи экватора), то они начинают отставать на 2,5 минуты в сутки. Это отставание происходит потому, что маятник часов около экватора качается медленнее. Стало очевидно, что сила тяжести, которая заставляет маятник качаться, в Кайенне меньше, чем в Париже. Ньютон объяснил это тем, что на экваторе поверхность Земли находится дальше от ее центра, чем в Париже.

Французская академия наук решила проверить правильность рассуждений Ньютона. Если Земля имеет форму мандарина, то дуга меридиана размером в 1° должна удлиняться при приближении к полюсам. Оставалось при помощи триангуляции измерить длину дуги в 1° на разном расстоянии от экватора. Измерить дугу на севере и на юге Франции поручили директору Парижской обсерватории Джованни Кассини. Однако южная дуга у него получилась длиннее северной. Казалось, что Ньютон не прав: Земля не сплюснута, как мандарин, а вытянута подобно лимону.

Но Ньютон не отказался от своих выводов и уверял, что Кассини ошибся при измерениях. Между сторонниками теории «мандарина» и «лимона» разгорелся ученый спор, который длился 50 лет. После смерти Джованни Кассини его сын Жак, также директор Парижской обсерватории, чтобы защитить мнение своего отца, написал книгу, где доказывал, что по законам механики Земля должна быть вытянута, как лимон. Чтобы окончательно решить этот спор, Французская академия наук снарядила в 1735 г. одну экспедицию к экватору, другую — к северному полярному кругу.

Южная экспедиция проводила измерения в Перу. Для измерения была выбрана дуга меридиана длиной около 3° (330 км). Она пересекала экватор и проходила через ряд горных долин и высочайших горных хребтов Америки.

Работа экспедиции продолжалась восемь лет и была сопряжена с большими трудностями и опасностями. Однако ученые выполнили свою задачу: градус меридиана у экватора был измерен с очень большой точностью.

Северная экспедиция работала в Лапландии (так до начала XX в. называлась северная часть Скандинавского и западная часть Кольского п-овов).

После сравнения результатов работы экспедиций выяснилось, что полярный градус длиннее экваториального. Следовательно, Кассини действительно ошибался, а Ньютон был прав, утверждая, что Земля имеет форму мандарина. Так кончился этот затянувшийся спор, и ученые признали правильность утверждений Ньютона.

В наше время существует особая наука — геодезия, которая занимается определением величины Земли при помощи точнейших измерений ее поверхности. Данные этих измерений позволили достаточно точно определить действительную фигуру Земли.

Геодезические работы по измерению Земли проводились и проводятся в различных странах. Такие работы выполнены и в нашей стране. Еще в прошлом веке русскими геодезистами была проделана очень точная работа по измерению «русско-скандинавской дуги меридиана» протяжением более 25°, т. е. длиной почти в 3 тыс.км. Ее назвали «дугой Струве» в честь основателя Пулковской обсерватории (под Ленинградом) Василия Яковлевича Струве, который задумал эту огромную работу и руководил ею.

Градусные измерения имеют большое практическое значение прежде всего для составления точных карт. Как на карте, так и на глобусе вы видите сеть меридианов — кругов, идущих через полюсы, и параллелей — кругов, параллельных плоскости земного экватора. Карта Земли не могла быть составлена без длительной и кропотливой работы геодезистов, определявших шаг за шагом на протяжении многих лет положение разных мест на земной поверхности и затем наносивших полученные результаты на сеть меридианов и параллелей. Чтобы иметь точные карты, требовалось знать действительную форму Земли.

Результаты измерений Струве и его сотрудников оказались очень важным вкладом в эту работу.

Впоследствии другие геодезисты с большой точностью измерили длины дуг меридианов и параллелей в разных местах земной поверхности. По этим дугам при помощи вычислений удалось определить длину поперечников Земли в плоскости экватора (экваториальный диаметр) и в направлении земной оси (полярный диаметр). Оказалось, что экваториальный диаметр длиннее полярного примерно на 42,8 км. Это еще раз подтвердило, что Земля сжата с полюсов. По последним данным советских ученых, полярная ось на ¹/_298,3 короче экваториальной.

Допустим, мы хотели бы изобразить отклонение формы Земли от шара на глобусе с поперечником в 1 м. Если шар по экватору имеет поперечник точно 1 м, то его полярная ось должна быть всего лишь на 3,35 мм короче! Это столь малая величина, что на глаз ее нельзя обнаружить.

Форма Земли, таким образом, очень мало отличается от шара.

Можно подумать, что неровности земной поверхности, и особенно горные вершины, высочайшая из которых Джомолунгма (Эверест) достигает почти 9 км, должны сильно искажать форму Земли. Однако это не так. В масштабе глобуса диаметром в 1 м девятикилометровая гора изобразится в виде прилипшей к нему песчинки диаметром около³ /₄ мм. Разве только на ощупь, да и то с трудом, можно обнаружить этот выступ. А с той высоты, на которой летают наши корабли-спутники, его можно различить разве по черному пятнышку тени, отбрасываемой им при низком стоянии Солнца.

В наше время размеры и форма Земли очень точно определены советскими учеными Ф. Н. Красовским, А. А. Изотовым и др.

Вот числа, показывающие размер земного шара по измерениям этих ученых: длина экваториального диаметра — 12 756,5 км, длина полярного диаметра — 12 713,7 км.

Изучение пути, пройденного искусственными спутниками Земли, позволит определить величину силы тяжести в разных местах над поверхностью земного шара с такой точностью, которой нельзя было достигнуть никаким другим способом. Это в свою очередь позволит внести дальнейшее уточнение в наши знания о размерах и форме Земли.

ЗЕМЛЯ — ОДНА ИЗ ПЛАНЕТ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

МЕСТО ЗЕМЛИ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ

Велика наша Земля. Многообразна ее природа, несметны богатства ее недр. И вместе с тем огромная Земля — лишь одна из планет, обращающихся вокруг Солнца.

Солнце по сравнению с Землей — гигантский раскаленный шар. Его поперечник в 109 раз больше поперечника Земли, а объем в 1301 тыс. раз превышает объем земного шара. Среднее расстояние от Земли до Солнца 149 500 тыс.км (приближенно). Поэтому Солнце представляется на небе в виде небольшого диска.

Солнце излучает в мировое пространство очень много света и тепла. Только ничтожную часть этого тепла и света — менее одной двухмиллиардной доли — получает Земля. Но и этого вполне достаточно, чтобы освещать и согревать Землю и все живущее на ней в течение миллиардов лет.

Все тела в природе обладают свойством притягивать друг друга. Это свойство тел называется «тяготением». Чем больше масса тела (т. е. чем больше в нем заключено вещества), тем больше и присущая ему сила притяжения.

Масса Земли очень велика — она составляет шесть секстиллионов тонн.

Могучая сила земного притяжения удерживает все находящееся на Земле. В наше время гигантские успехи науки и техники впервые позволили преодолеть земное притяжение и запустить в мировое пространство искусственные спутники Земли и космические корабли.

Масса Солнца в 333 тыс. раз больше массы Земли. Сила притяжения Солнца так велика, что подчиняет себе все планеты, заставляет их двигаться, или, как говорят, обращаться, вокруг Солнца. Планеты — это «вечные спутники» Солнца. Вокруг Солнца обращаются девять планет и среди них — Земля.

Сравнительные размеры Солнца, Земли и других планет.

Ближе всех к Солнцу (в среднем на расстоянии 58 млн.км) обращается планета Меркурий. Она значительно меньше Земли. На Меркурии нет атмосферы — значит, не может быть и жизни; у Меркурия всегда обращена к Солнцу одна и та же половина. Меркурий очень трудно наблюдать с Земли, чаще всего он теряется в лучах Солнца.

Дальше Меркурия (в среднем на расстоянии 108 млн.км от Солнца) обращается планета Венера — самое яркое светило на небе после Солнца и Луны. По размерам и массе Венера почти равна Земле. Венера окружена воздушной атмосферой. Плотные облака скрывают от нас ее поверхность.

Третья планета — это наша Земля. За ней, на расстоянии 228 млн.км от Солнца, обращается планета Марс. Эта планета значительно меньше Земли, но больше Меркурия. Марс окружен атмосферой, но менее плотной, чем атмосфера Земли. Прозрачность атмосферы Марса позволила астрономам многое узнать об устройстве его поверхности и выяснить, что на Марсе очень суровый климат. В настоящее время ученые обсуждают вопрос, могут ли существовать на Марсе некоторые виды растений. Есть ли жизнь на Марсе и на Венере — это один из волнующих вопросов науки. Выяснить его позволят, вероятно, поле-

ты человека на эти планеты. Наверно, такие полеты осуществятся еще в нашем веке.

Гораздо дальше от Солнца (в 5 раз дальше, чем Земля) обращается планета Юпитер. Это самая большая из планет солнечной системы, по объему в 1312 раз больше Земли. Несколько меньше Юпитера следующая за ним планета — Сатурн (в 9 раз дальше от Солнца, чем Земля). Далее идут две планеты: Уран (в 19 раз дальше от Солнца, чем Земля) и Нептун (в 30 раз дальше). Обе они меньше Сатурна, но гораздо больше Земли. Эти четыре планеты называют «планетами-гигантами». Они окружены обширными атмосферами из ядовитых газов. На этих планетах господствует холод (температура 150—220° ниже нуля), и понятно, что не приходится говорить о возможности жизни на них.

И, наконец, очень далеко (в 40 раз дальше, чем Земля от Солнца) обращается вокруг Солнца еще одна планета — Плутон, о природе которой еще очень мало известно.

Есть ли планеты еще более далекие, чем Плутон, или солнечная система «заканчивается» Плутоном, мы пока не знаем.

В солнечной системе имеется еще множество малых планет (большинство из них обращается вокруг Солнца между Марсом и Юпитером). Вокруг многих больших планет обращаются их спутники, подобные Луне — спутнику Земли (например, у Юпитера известно 12 спутников). Между планетами странствуют, тоже подчиняясь солнечному притяжению, кометы.

Солнце — одна из звезд, самая близкая к нам. Ближайшая после Солнца звезда отстоит от Земли на 40 триллионов километров. Световой луч (пробегающий в секунду 300 тыс.км) идет от ближайшей к Земле звезды 4 ¹/₃ года, тогда как от Солнца он приходит за 8 минут, а от Луны за 1,4 секунды.

Звезды отличаются гораздо большим многообразием, чем планеты солнечной системы. Есть звезды во много раз больше и массивнее Солнца и звезды меньше его. Известны звезды, излучающие гораздо больше тепла и света, чем Солнце, и звезды сравнительно «холодные». Несомненно, что вокруг многих звезд обращаются планеты, что на некоторых из планет существует жизнь. Но даже в самые мощные современные телескопы нельзя обнаружить планеты у близких звезд.

В ясную ночь на небе видна широкая полоса Млечного Пути. Это — огромное множество звезд, не различимых простым глазом в отдельности из-за удаленности. Млечный Путь и

все другие звезды, видимые на небе, образуют нашу Галактику — огромную звездную систему. В ней свыше 150 млрд. звезд, и Солнце— только одна из них. Солнце (а вместе с ним Земля и другие планеты) находится не в центре Галактики, а ближе к ее границе. Через всю нашу звездную систему луч света проходит приблизительно за 100 тыс. лет.

В сильные телескопы на небе можно увидеть очень мелкие туманные пятна. Это — звездные системы, подобные нашей Галактике, некоторые намного больше ее. Отстоят они от Земли так далеко, что свет от них доходит до нас за миллионы, сотни миллионов и даже миллиарды лет.

Еще в глубокой древности люди созерцали звездное небо. Уже тогда это было не простое любование величественной картиной неба. На небе подмечались изменения, которые тесно связаны с явлениями, происходящими на Земле.

Солнце каждое утро восходит над горизонтом, поднимается над ним, достигая наибольшей высоты в полдень, а затем идет к закату. Так повторяется каждые сутки. Солнце взошло — и начался день. Солнце зашло — кончился день, началась ночь.

С давних пор было замечено, что большая часть звезд каждый вечер появляется на восточной части неба, поднимается над горизонтом, достигая наибольшей высоты над ним в южной части неба, и потом заходит в западной части горизонта. В следующий вечер каждая звезда вновь восходит в той же точке неба, что и накануне.

Нужны были, однако, долгие и систематические наблюдения неба (они велись уже в глубокой древности), чтобы подметить, что Солнце изо дня в день, из месяца в месяц перемещается по небу, совершая по нему полный круг приблизительно за 365 ¹/₄ суток, т. е. за то время, когда на Земле происходит смена времен года. При этом Солнце каждый раз движется по небу по одному и тому же пути, мимо одних и тех же звезд. Если в тот или иной момент данного года Солнце находится вблизи таких-то звезд, то так было в это же время года много лет назад, так будет и через много лет.

Луна появляется в виде узенького серпа, потом «растет», достигает полнолуния и уменьшается вновь до серпа, затем в новолуние делается невидимой. И все это происходит за 29 суток.

Издавна были замечены «блуждающие» светила — планеты, которые перемещаются по небу. У людей складывалось мнение, что Земля неподвижна, а вокруг нее ежесуточно обращается весь небесный свод с бесчисленными звездами. Солнце совершает вокруг Земли сложное движение — суточное, вместе с небесным сводом, и годичное, перемещаясь среди звезд. Луна обращается вокруг Земли за 29 суток, а планеты в разные сроки.

Ошибочное представление, что Земля покоится в центре Вселенной, а небесные тела созданы только для того, чтобы освещать и согревать Землю, поддерживалось реакционным учением церкви.

ДВИЖЕНИЕ И ОБРАЩЕНИЕ ЗЕМЛИ

В XVI в. великий польский ученый Коперник опроверг ложное мнение о неподвижности Земли и ее центральном положении во Вселенной. Он доказал, что Земля — одна из планет, обращающихся вокруг Солнца. Одновременно она вращается вокруг своей оси. В основе открытия Коперника было правильное убеждение, что не всегда видимые движения тел являются их действительным движением. Когда, например, корабль плавно отходит от берега, то тем, кто находится на нем, кажется, что движется не судно, а берег.

Так же всем нам на Земле кажется, что Земля неподвижна, а Солнце и весь небесный свод движутся вокруг Земли. Но когда было установлено, что Земля движется вокруг Солнца и вращается вокруг своей оси, то наблюдаемые движения небесных светил получили правильное объяснение. Ежедневный восход Солнца на востоке и заход его на западе объясняются тем, что сама Земля вместе с нами ежесуточно вращается с запада на восток навстречу Солнцу. Годичное движение Солнца по небу — это отражение движения Земли вокруг Солнца.

Видимые движения планет — это не кажущиеся, а действительные их движения, но обращаются они не вокруг Земли, а вокруг Солнца. И только в отношении Луны оказалось, что она действительно движется вокруг Земли и является ее спутником. Земля совершает за 23 часа 56 минут 4,1 секунды полный оборот вокруг своей оси. Земная ось — это прямая линия, вокруг которой вращается Земля. Она пересекается с поверхностью Земли в двух точках, называемых полюсами (Северным и Южным). Время полного оборота Земли вокруг ее оси и есть сутки.

Схема движения Земли вокруг Солнца и смены времен года.

Земля сплюснута у полюсов (см. стр. 30). Такая форма Земли — одно из доказательств вращения ее вокруг оси.

Наблюдая кажущееся суточное вращение звездного неба, можно заметить, что оно как бы происходит вокруг некоторой оси, которую назвали осью мира. Она пересекает небесный свод (небесную сферу) в двух точках, которые называются Северным и Южным полюсами мира. Северный полюс мира находится около Полярной звезды.

Если мы мысленно перенесемся в южное полушарие, то там на небесной сфере найдем Южный полюс мира.

Плоскость, перпендикулярная оси мира и проходящая через глаз наблюдателя, называется плоскостью небесного экватора. Пересечение этой плоскости с небесной сферой дает линию небесного экватора. Нетрудно заметить, что звезды, расположенные около полюсов мира, движутся по небольшим окружностям; чем ближе к небесному экватору, тем больше их путь по небу. Это кажущееся движение звезд есть отражение вращения Земли вокруг своей оси.

При ежесуточных движениях звезды никогда не меняют своего расположения. (Более подробно об этом можно прочитать во 2 т. ДЭ).

Знание небесной сферы имеет большое значение для географической науки. Оно дает возможность определять точное положение на земном шаре любой точки, т. е. широту и долготу места.

Если путешествовать в северном полушарии Земли в направлении с севера на юг, то Полярная звезда (а с ней и полюс мира) оказывается все ближе к горизонту. Так было установлено, что высота Полярной звезды над горизонтом, выраженная в угловых мерах — градусах и минутах,— это географическая широта данного места на Земле.

на Земле сложнее, но и оно основано на наблюдениях небесных светил.

Земля движется вокруг Солнца не по кругу, а по замкнутой кривой — эллипсу, который мало отличается от круга.

Эллипс, по которому движется Земля вокруг Солнца, называется орбитой Земли. У эллипса есть центр, где пересекаются большая и малая оси. На большой оси по обе стороны от центра, на равном расстоянии от него находятся особые точки, так называемые фокусы. В одном из них расположено Солнце, поэтому расстояние от Земли до Солнца постоянно меняется. Земля ближе к Солнцу в начале января, а дальше от него — в начале июля. Если бы при движении Земли ее ось была бы расположена под прямым углом к орбите, а плоскость экватора совпадала бы с плоскостью орбиты, то солнечные лучи освещали и согревали бы Землю одинаково в течение всего года. Правда, по поверхности Земли они распределялись бы неравномерно. Как и теперь, на экваторе было бы жарко, а чем ближе к полюсам, тем холоднее. Но в каждой местности температура оставалась бы круглый год неизменной — не было бы ни зимы, ни лета, ни весны, ни осени, а день и ночь имели бы круглый год одинаковую продолжительность.

В действительности экватор Земли наклонен к ее орбите на 23°27'. Поэтому солнечные лучи в течение года по-разному освещают северное и южное полушария. На Земле из-за неравномерности освещения и нагревания ее солнцем происходят сезонные изменения погоды, которые мы называем сменой времен года.

Но одни и те же времена года в северном и южном полушариях наступают в разные календарные сроки.

В северном полушарии астрономы считают началом лета 22 июня, потому что это самый длинный день в этом полушарии. В это время

земная ось расположена таким образом, что северное полушарие наклонено к Солнцу, а южное — от Солнца. При таком положении Земли в наибольшей степени освещается и согревается ее северное полушарие. Южное полушарие «обижено» Солнцем: там 22 июня — начало зимы. И в те самые дни, когда мы, жители северного полушария, больше всего избалованы солнечным светом и теплом, из далекой Антарктиды приходят известия о морозах, достигающих 70°, а иногда и более 80°.

Совсем Противоположная картина наблюдается спустя полгода — 22 декабря. В это время Земля, двигаясь по своей орбите, будет находиться в точке, противоположной той, в которой она была 22 июня. Теперь южное полушарие будет в наибольшей степени освещаться Солнцем и получит больше тепла и света. В южном полушарии 22 декабря начинается лето, а в северном — зима.

В северном полушарии 22 июня — самый длинный день и самая короткая ночь, в южном — самый короткий день. 22 декабря, наоборот,— самый короткий день в северном полушарии и самый длинный в южном.

В течение года в каждом из обоих полушарий зимой и весной постепенно увеличивается день и уменьшается ночь, а летом и осенью — уменьшается день и увеличивается ночь. Длина дня зависит от широты места. К северу от полярного круга до полюса Солнце летом не опускается за горизонт. По направлению к экватору длина дня уменьшается. Зимой наблюдается обратная картина: за полярным кругом Солнце не восходит и ночь уменьшается по направлению к экватору. Два раза в год — 21 марта (начало астрономических весны в северном и осени в южном полушарии) и 23 сентября (начало астрономических осени в северном и весны в южном полушарии) — Земля занимает такое положение, когда ее северное и южное полушария освещаются одинаково. В эти дни в обоих полушариях день и ночь длятся по 12 часов. Эти дни поэтому и называются днями весеннего и осеннего равноденствия.

Таким образом, благодаря движению Земли вокруг Солнца и неизменному наклону земной оси к плоскости ее орбиты происходит смена времен года. Этим же объясняется изменение величины дня и ночи в течение года на разных широтах.

Так как солнечные лучи согревают и освещают Землю неравномерно, то на Земле не может быть единого климата, а есть несколько климатических поясов (см. стр. 223).

При движении Земли вокруг Солнца земная ось наклонена к плоскости своего пути под одним углом.

Вокруг Северного и Южного полюсов располагаются холодные пояса. Границы их — воображаемые линии, проходящие вокруг Земли на 66°, 5 от экватора. Эти линии называются полярными кругами — северным и южным.

Воображаемая линия, проходящая вокруг Земли и отделяющая жаркий пояс от умеренного пояса северного полушария, называется северным тропиком, а такая же линия в южном полушарии — южным тропиком. Оба тропика расположены на расстоянии 23°30' от экватора.

А не может ли так случиться, что вдруг орбита Земли изменится и условия освещения и нагревания нашей планеты станут иными, такими, что жизнь на ней будет невозможна? Нет, это не произойдет. Ведь Земля и другие планеты существуют уже несколько миллиардов лет и движутся по своим орбитам. Эти орбиты, как говорят астрономы, устойчивы, и в солнечной системе нет таких сил, которые могли бы «сдвинуть» планеты с их орбит.

Выгодно ли расположена Земля в солнечной системе и выигрываем ли мы от того, что живем на Земле, а не на какой-либо другой планете?

Чтобы ответить на этот вопрос, надо вспомнить, что для жизни необходимы свет и тепло, которые планеты получают от Солнца. И понятно, что, чем дальше планета от Солнца, тем меньше этих благ она получает от него.

Мы знаем, что на одной стороне Меркурия такая высокая температура, что никакие живые существа не выдержат этого жара, а на другой стороне очень низкая температура. На далеких

планетах, начиная с Юпитера, слишком холодно и слишком мало света, чтобы там могла существовать жизнь. Только три планеты — Венера, Земля и Марс — находятся на таких расстояниях от Солнца, при которых получают от него достаточно света и тепла.

Но свет и тепло — это еще не все. Для жизни нужна атмосфера без излишка вредных газов, с достаточным содержанием кислорода, нужна вода, которая в большом количестве входит в состав живых организмов. На Земле все это есть. В разреженной атмосфере Марса не обнаружено кислорода и нет признаков,

что на планете есть вода в жидком состоянии. Венеру окружает плотная атмосфера, но мы

не знаем, из каких газов состоят ее нижние слои и что делается на ее поверхности, а следовательно, не знаем, может ли там существовать жизнь. Таким образом, в солнечной системе Земля занимает очень выгодное положение и имеет, как говорят, оптимальные (наилучшие) условия для развития жизни.

Выгодное ли для земных обитателей положение занимает Солнце в нашей звездной системе (Галактике)? Оказывается, что это положение не имеет для нас значения. Условия жизни на Земле зависят от Солнца и совсем не зависят от других звезд. И если бы могло так случиться, что Солнце со своими планетами ушло из нашей звездной системы, то на Земле ничего не изменилось бы.

Наша Земля как бы песчинка в мировом пространстве. Но она занимает во Вселенной свое место. Она существует и будет существовать миллиарды лет. Земля — родина и обитель человечества, и поэтому первейшая задача людей — изучать свою планету и использовать ее богатства для своего прогресса.

ТОПОГРАФИЧЕСКИЙ ПЛАН, КАРТА И ГЛОБУС

ЧТО ТАКОЕ ТОПОГРАФИЧЕСКИЙ ПЛАН И КАРТА

Люди давно научились изображать территорию на подробном плане и карте. Эти изображения показывают местность не так, как мы ее видим в природе и на фотографии, т. е. не в перспективе. Мы видим развесистое дерево, пестрые цветы на лугу, озеро с белыми кувшинками и стайкой плавающих уток и т. д. Наш глаз видит, а объектив фотоаппарата отображает предметы, находящиеся на переднем плане, крупными, а дальние предметы — мелкими.

Не то на плане и на карте. На них все это изображается как бы с птичьего полета, сверху.

Мы знаем, что Земля имеет шарообразную форму, а поэтому земную поверхность невозможно изобразить на плоскости без искажений, т. е. при полном соблюдении подобия очертания морей, материков, островов и т. п. Однако небольшие территории можно принимать за плоскость и изображать на бумаге без учета кривизны земной поверхности. Такое уменьшенное изображение на плоскости отдельного небольшого участка земной поверхности, принимаемого за плоскость, называется

топографическим планом или просто планом. На нем сохраняется очертание всех элементов участка, но только в уменьшенном виде. Уменьшение это зависит от принятого для плана масштаба.

Масштабом называют отношение, показывающее, во сколько раз уменьшена каждая линия, нанесенная на план или карту, против ее действительных размеров на местности.

На плане масштаб одинаков во всех его частях.

Чем больше степень уменьшения изображенной на карте территории, тем более мелким называют масштаб карты, и наоборот: чем меньше степень уменьшения, тем более крупным называют масштаб карты. Поэтому на картах мелкого масштаба все элементы земной поверхности изображаются с меньшей подробностью, чем на картах крупного масштаба.

В отличие от плана картой принято называть уменьшенное изображение всей земной поверхности или отдельных ее частей на плоскости, построенное по определенным математическим правилам с учетом шарообразности Земли.

На карте масштаб в различных ее частях неодинаков, хотя не на всех картах эти колебания масштаба значительны по своей вели-

Аэрофотоснимок. Рамкой окружено место, где находился пионерский лагерь.

План окрестностей пионерского лагеря, вычерченный пионерами.

Топографическая карта района, изображенного на аэрофотоснимке.

чине. Кроме того, на карты всегда наносится градусная сетка (меридианы и параллели), а на планах обычно вычерчивают только стрелку, указывающую направление на север.

Как видно из самого определения плана и карты, это прежде всего уменьшенные изображения того или иного участка земной поверхности. Поэтому изобразить на них все, что есть на местности, невозможно. Для изображения на планах и картах тех или иных объектов применяют определенные условные знаки. Так, например, на топографических картах для обозначения хвойного леса используют знаки в виде елочки, границы леса выделяют точками, луговую растительность — парными черточками, плодовый сад — маленькими кружками, расположенными ровными рядами, и т. п.

На стр. 37 изображен план окрестностей пионерского лагеря. Кроме того, показаны топографическая карта с территорией лагеря и аэрофотоснимок этого же места.

Так как карта вычерчена в более мелком масштабе, чем план, то на ней умещается значительно большая территория.

Составить план своего двора, усадьбы, своей улицы, поселка или лагеря может каждый школьник, знающий географию.

Что нужно знать, чтобы читать топографическую карту, т. е. разобраться в том, что на ней изображено? Надо прежде всего научиться понимать условные знаки. Посмотрите на рисунки, помещенные между стр. 40—41. На одном изображена топографическая карта в обычных условных знаках, а на другом та же местность показана в виде картинки.

На топографических картах и планах неровности земной поверхности — рельеф — изображаются горизонталями. Горизонталью называют линию на карте, соответствующую линии на земной поверхности, все точки которой лежат на одной и той же высоте над уровнем моря. Если бы местность была затоплена водой до данного уровня, то очертания берегов совпали бы с соответствующей горизонталью.

Горизонтали проводятся через равное число метров по отвесной линии. В объяснении к плану или карте — легенде — всегда указывается расстояние между горизонталями, принятое для данного плана или карты, т. е. разность их высот, например 2, 5, 10 м.

Изображение рельефа горизонталями позволяет по карте решать много различных задач, которые возникают при изучении страны

или местности и при проектировании самых разнообразных инженерных сооружений (дорог, каналов, плотин, водохранилищ и т. п.). Холм или замкнутая впадина изображаются на плане и топографической карте в виде замкнутых горизонталей, одна внутри другой. Для того чтобы на карте отличить впадину

Так при помощи горизонталей изображаются возвышенности и впадины.

от холма, на горизонталях впадины ставятся коротенькие штрихи в сторону понижения склона. Чем выше холм или глубже впадина, тем больше проводится горизонталей. Зная расстояние между горизонталями по отвесной линии, нетрудно по числу их определить высоту холма или глубину впадины.

В тех местах, где склоны земной поверхности круты, горизонтали сближаются, и, наоборот, они удалены друг от друга там, где склоны более пологи.

Кто хорошо разбирается в условных знаках топографической карты, может читать карту, т. е. видеть за ней изображение местности и подробно рассказать о ней.

Если вы попали в незнакомую местность, но у вас есть топографическая карта, вы легко обойдетесь без проводника. Нужно прежде всего ориентировать карту (см. стр. 398), затем определить на ней место, где находитесь. Тогда станет ясно, куда и откуда идут дороги, какие протекают реки, где начинаются и кончаются леса, что находится за этими лесами и холмами, какие и где расположены поселки.

ГЛОБУС И КАРТА

Глобус — уменьшенное изображение земного шара. На глобусе хорошо видно, как. расположены материки, океаны, моря и их размеры. На глобусе во всех направлениях

сохраняется один и тот же масштаб и поэтому получается наиболее правильное изображение земной поверхности, без каких-либо искажений.

Но у глобусов есть крупный недостаток: они всегда делаются в мелком масштабе. Если бы мы захотели сделать глобус такого же масштаба, как стенная физическая карта СССР (1 : 5 000 000, или в 1 см 50 км), то диаметр его был бы равен примерно 2,55 м. Пользоваться таким глобусом, конечно, очень неудобно.

На обычных глобусах, применяющихся в школах, нельзя изобразить мелкие подробности в очертаниях материков, в строении речной сети, горных хребтов и т. п. Многие государства (например, Дания, Бельгия, Португалия) изображаются такими малыми фигурами, что на них едва хватает места для одного кружка — условного знака столицы. Поэтому создаются географические карты, на которых в масштабе более крупном, чем на глобусе, но более мелком, чем на топографической карте, изображается часть земной поверхности.

Однако поверхность шара нельзя развернуть, разостлать на плоскости без складок и разрывов. Чтобы это проверить, проделайте следующий опыт: возьмите какой-либо шар и оберните его бумагой так, чтобы по всей его поверхности лег только один слой бумаги. Сделать это не удастся: на бумаге неизбежно появятся складки. Попробуйте срезать их и после этого разверните бумагу! Она вся будет в вырезах. Поэтому при составлении карты приходится допускать некоторые неточности. Они сводятся к искажениям направлений, расстояний и площадей, неодинаковым в разных частях карты. Путем сложных математических расчетов и построений эти искажения стараются свести к минимуму.

ТИПЫ КАРТ

Географические карты различаются по содержанию и по масштабу. По содержанию карты бывают общегеографические и специальные, а по назначению — учебные, морские, туристические, справочные.

Наибольшее распространение имеют так называемые общегеографические карты. На них изображаются формы земной поверхности (рельеф), гидрография (моря, реки,

озера, болота), населенные пункты, пути сообщения, государственные и административные границы, объекты хозяйственного и культурного значения и т. п.

Специальные карты подробно передают какую-нибудь часть содержания общегеографических карт (например, плотность населения, рельеф, растительный покров и т. п.) или показывают то, что отсутствует на общегеографических картах (например, почвенный покров, геологическое строение, климат, животный мир).

Кроме того, на специальных картах некоторые элементы содержания общегеографических карт могут вовсе отсутствовать (например, рельеф на политических картах).

В школе на уроках географии вы пользуетесь как общегеографическими, так и специальными картами: политическими, политико-административными, физическими и др.

Посмотрите на политическую карту мира. Вы увидите на ней раскрашенные разными цветами площади различных государств. Внимательно рассматривая карту, нетрудно заметить, что на ней хорошо выделяются величина и положение СССР среди других государств. На политической карте мира очень хорошо видно, какое громадное и вместе с тем целостное государство представляет собой Советский Союз и как относительно малы государства Западной Европы.

Возьмите политико-административную карту СССР. На этой карте также путем раскраски показаны величина и взаимное расположение входящих в состав СССР союзных и автономных республик, краев, областей, а также положение их центров, связанных со столицей железнодорожными и другими путями сообщения.

Физическая карта отображает главным образом рельеф земной поверхности, а также важнейшие реки и их главные притоки. Для изображения рельефа на физических картах служит окраска. Так, например, низменности, расположенные на высоте до 200 м над уровнем моря, закрашивают зеленым цветом, а самые высокие части горных хребтов — чаще всего различными оттенками коричневого цвета.

Реки наиболее мощные, а также имеющие важное экономическое значение выделяются на физических картах утолщенными линиями.

В зависимости от масштаба общегеографические карты подразделяют на топогра-

фические (масштабы от 1 : 1000 до 1 : 100 000), обзорно-топографические (масштаб до 1 : 1 000 000) и обзорные (масштаб мельче 1 : 1 000 000).

Самые подробные и точные общегеографические карты — карты топографические. Они предназначаются главным образом для использования при проектировании и строительстве различных инженерных сооружений (гидростанций, дорог, промышленных предприятий), при поисках полезных ископаемых, изучении лесов, болот и т. д.

КАРТОГРАФИЧЕСКИЕ ПРОЕКЦИИ

Без тех или иных искажений, как вам уже известно, нельзя изобразить на бумаге значительную часть поверхности Земли. Наука создала много различных способов приближенного изображения шарообразной поверхности Земли на плоскости, т. е. построения карт. Каждый из таких способов называется картографической проекцией. Каждая проекция имеет свойственные ей искажения. Некоторые проекции особенно сильно искажают площади. На такой карте малый участок земной поверхности может изображаться большей площадью, чем другой, на самом деле более крупный, чем первый.

В основе любой картографической проекции лежит тот или иной способ изображения градусной сетки. На глобусе градусная сетка образуется меридианами и параллелями. Каждый меридиан пересекается со всеми остальными в двух точках — полюсах. Длины всех меридианов на глобусе равны. Экватор — окружность на поверхности глобуса, все точки которой отстоят от обоих полюсов на равных расстояниях. Параллели — также окружности на поверхности глобуса; все точки одной какой-либо параллели отстоят от экватора на одном и том же расстоянии. Длины параллелей различны: они увеличиваются при приближении к экватору и уменьшаются к полюсам. Все точки одного и того же меридиана имеют одинаковую долготу, но различную широту. Все точки одной параллели, наоборот, имеют одинаковую широту, но различную долготу.

Изображение градусной сетки на плоскости, т. е. на карте, называется картографической сеткой.

В зависимости от выбранной картографом проекции меридианы и параллели на картах изображаются в виде то прямых, то кривых линий.

Приступая к составлению карты той или иной части земной поверхности, картограф должен прежде всего выбрать картографическую проекцию, в которой он будет делать карту. Этот выбор зависит от назначения карты. Например, если составляется политическая карта Европы, то следует выбрать такую проекцию, которая прежде всего давала бы достаточно точное представление о размерах территории того или иного государства, т. е. такую проекцию, которая позволяет сравнивать территории стран по площади.

Поэтому карту следует вычерчивать в проекции, при которой все площади уменьшаются в одно и то же число раз (не искажаются). Такие проекции называются равновеликими.

Для целей навигации (вождения кораблей и самолетов) удобнее всего равноугольные проекции, в которых углы между различными направлениями на земной поверхности изображаются в натуральную величину, хотя при этом не сохраняются отношения между площадями.

Чтобы яснее представить себе приемы, при помощи которых картограф строит такую проекцию, мысленно проделаем следующий опыт. Возьмем тонкий полый стеклянный шар, начертим на одной половине его географическую сетку и нанесем очертания материков, границы

Схема построения цилиндрической проекции. Жирная линия — линия касания шара цилиндром. Карта восточного полушария в меркаторской проекции.

отдельных стран, моря, реки и горные хребты. Затем с этой же стороны шара поместим экран из прозрачной бумаги, касающийся шара в одной из точек экватора, а с другой стороны осветим шар лампой, которую будем держать на уровне экватора. На экран будет падать тень от линий, проведенных на шаре. Изображенные на поверхности глобуса континенты, моря и т. п., как говорят, спроектируются на плоскую поверхность экрана. Обведя на экране полученное изображение карандашом или тушью, мы получим карту в так называемой азимутальной экваториальной проекции. В этой проекции обычно строятся карты полушарий.

Если приложить экран к точке Северного или Южного полюса глобуса, а лампу держать против другого полюса, то спроектируется карта в азимутальной полярной проекции. Она дает верное представление о приполярных областях.

Искажения на этих картах будут возрастать по мере удаления от полюса.

Рассмотрим другую проекцию. Наденем на глобус цилиндр из прозрачной бумаги так, чтобы бумага касалась глобуса по линии экватора, и осветим глобус изнутри. Тогда на боковой поверхности цилиндра мы увидим изображение поверхности шара. Такая проекция называется цилиндрической.

Если мы развернем боковую поверхность цилиндра, то увидим, что меридианы и параллели превратились в пересекающиеся под прямыми углами параллельные линии. Искажения очертаний земной поверхности при цилиндрической проекции увеличиваются по мере удаления от экватора к полюсам. Поэтому для изображения полярных стран эту проекцию применять нельзя, однако она удобна для изобра-

Схема построения азимутальной экваториальной проекции и карта восточного полушария в этой проекции.

Схема построения азимутальной полярной проекции к карта Антарктиды в этой проекции.

Схема конической проекции на секущем конусе. Жирными линиями обозначены параллели сечения шара конусом. На этих параллелях сохраняется точный масштаб. Справа — карта СССР в конической равнопромежуточной проекции В. В. Каврайского.

Положение глобуса и секущего цилиндра, на котором строится проекция М. Д. Соловьева. Жирная линия показывает линию пересечения шара с цилиндром. По этой линии сохраняется точный масштаб. Справа — карта СССР в проекции М. Д. Соловьева.

жения стран, расположенных вблизи экватора.

В разное время были предложены другие виды цилиндрических проекций. Нередко применяется цилиндрическая проекция Меркатора, которую нельзя получить таким простым путем, как это было только что объяснено; для получения ее картографической сетки нужны специальные вычисления.

Проекция Меркатора сильно увеличивает размеры полярных стран, но зато она позволяет легко определять нужное направление, что особенно важно в мореплавании и в авиации. Однако капитан, прокладывая по карте путь судна, всегда должен помнить, что карта Меркатора сильно искажает расстояние; так, например, расстояние от Мурманска до Уэлена на Чукотке кажется таким же, как расстояние от Панамы до о-ва Цейлон, а в действительности первое примерно в два с половиной раза меньше. На меркаторской карте мира Гренландия изображается больше Южной Америки; в действительности же Южная Америка в 8 раз больше Гренландии.

Для изображения стран, расположенных и средних широтах, обычно применяется коническая проекция. Чтобы представить себе способ ее построения, наденем на наш стеклянный глобус бумажный конус, который будет касаться поверхности глобуса по одной из параллелей.

Если мы вычертим на поверхности конуса изображения, нарисованные светом лампы,

помещенной с противоположной стороны глобуса, а затем развернем конус, то получим карту в форме сектора (см. рис. на стр. 41, внизу). В конической проекции меридианы изображаются прямыми линиями, которые расходятся лучами из одной точки, а параллели показаны дугами кругов с общим центром в той точке, которая была вершиной конуса. В этой проекции точный масштаб сохраняется на параллели, по которой конус касался глобуса. Чем дальше от этой параллели, тем больше на карте искажаются очертания земной поверхности.

Для уменьшения искажений очертаний земной поверхности проектирование часто ведется не на касательный, а на секущий конус, тогда точный масштаб сохраняется по двум параллелям сечения шара конусом. Многие карты СССР выполнены в конической проекции.

Профессор М. Д. Соловьев разработал особую, косую перспективно-цилиндрическую проекцию для карты Советского Союза. На этой карте северные части СССР растянуты с запада на восток, поэтому она удобна для обозрения северных районов нашей страны. В этой проекции сделаны карты в атласе для начальной школы. Проекция М. Д. Соловьева менее всего искажает средние широты. Поэтому она удобна для изображения на карте территории Советского Союза.

Названные выше проекции наиболее простые. В современной картографии употребляется несколько десятков самых разнообразных сложнейших проекций, специально вычисленных и построенных применительно к назначению и содержанию карт.

КАК СОЗДАЕТСЯ КАРТА

Карты создаются либо непосредственно в результате топографических съёмок местности, либо на основе других карт, т. е. в конечном счете опять-таки в результате съемки.

В настоящее время подавляющее большинство топографических карт создается с помощью метода аэрофотосъемки, который по-

зволяет в короткий срок получить топографическую карту огромной территории. С летящего самолета с помощью особых фотографических аппаратов делается много снимков (аэрофотоснимков) местности. Потом эти аэрофотоснимки обрабатывают на специальных приборах. Таким образом, прежде чем стать картой, серия аэрофотоснимков проходит очень длинный и сложный путь.

На аэрофотоснимках отображается множество деталей земной поверхности, из которых далеко не все включаются в содержание топографических карт. Поэтому фотоснимки тщательно изучают и выделяют на них населенные пункты, различные дороги, реки, озера, леса и другие объекты. Процесс изучения аэрофотоснимков называется топографическим дешифрированием аэрофотоснимков. Таким путем получают контурную часть создаваемой карты. Но как быть с рельефом? Ведь на аэрофотоснимке не обозначено непосредственно положение горизонталей. Для изображения рельефа земной поверхности с помощью аэрофотоснимков существуют два метода съемки: контурно-комбинированный и стереотопографический.

При первом методе на аэрофотоснимках изображают рельеф горизонталями. Для этого в полевых условиях, т. е. непосредственно на местности, при помощи особых геодезических приборов (мензулы и кипрегеля) определяют высоты важнейших точек поверхности и затем на аэрофотоснимки наносят положение горизонталей.

Для сокращения объема трудоемких наземных работ в поле и повышения их качества применяется метод стереотопографической съемки. Он основывается на том, что два соседних аэрофотоснимка, сделанных с движущегося самолета, частично перекрываются один другим, т. е. на каждом из них частично изображается один и тот же участок местности. Если такие снимки рассматривать затем в стереоскоп, можно увидеть стереоскопическое, т. е. рельефное, изображение снятой местности, или, как говорят, ее стереоскопическую модель. Советские ученые разработали способы определения высоты точек местности по стереоскопической модели и сконструировали для этого специальные приборы. Создание топографических карт этим методом называется стереотопографической съемкой.

Все мелкомасштабные общегеографические и специальные карты создаются на основе других карт, только более крупного масштаба.

Карта на куске моржовой шкуры, сделанная жителем Чукотки. Внизу карты — три корабля направляются в устье реки; левее их — охота на медведя, а немного выше — трое чукчей нападают на чужеземца. Ряд черных пятен вдоль берега залива изображает холмы. Среди островов кое-где видны чумы. Наверху — по льду залива идет человек и ведет за собой пять запряженных в нарты оленей. Справа, на тупом выступе, изображено чукотское стойбище. Между стойбищем и черной цепочкой гор — озеро. Ниже, в заливе, чукчи охотятся на китов.

О ЧЕМ РАССКАЗЫВАЕТ КАРТА

Географические карты содержат огромный научный материал. Если сопоставить различные карты (общегеографические и специальные) одной и той же территории, рассмотреть и изучить их, то можно получить всестороннее и достаточно подробное представление об этой местности.

Таким образом, географические карты являются богатейшим источником сведений. Но пользоваться им может только тот, кто обладает определенным запасом географических знаний.

Умеющий читать карту, глядя на какой-либо из ее участков, может ясно представить себе изображенную на нем местность, с горами, долинами, горными или равнинными реками, озерами, городами и селами, железными дорогами.

Рассматривая, например, физическую карту Кавказа, можно по градусной сетке установить, что Кавказ расположен на широте Балкан-

ского, Апеннинского и Пиренейского п-овов. И хотя до жаркого пояса (северного тропика) около 2 тыс.км, летнее полуденное солнце поднимается на Кавказе довольно высоко над горизонтом и летом здесь должно быть значительно жарче, чем, например, в Москве. Зима на Кавказе также должна быть теплее, чем в Москве.

Кавказ далек от Атлантического океана, но расположен между значительными водными пространствами Черного и Каспийского морей.

Близость этих морей не может не оказывать сильного влияния на характер природы Кавказа.

Географическое положение и рельеф Кавказа позволяют судить о его климате. Холодные ветры, дующие с северо-востока, севера и северо-запада, задерживаются высокими горами Большого Кавказского хребта. Значит, в Закавказье должно быть тепло. Если теплые влажные ветры дуют с Черного моря, то они встречают препятствие в виде Сурамского хребта. Тот же Сурамский хребет мешает продвижению на запад сухих ветров с востока, направляющихся из Средней Азии. Сопоставляя все эти данные, можно, не читая учебника, заключить, что климат Рионской низменности и всего Черноморского побережья Кавказа, над которым собираются облака с влагой, занесенной западными ветрами, должен быть очень влажным.

Куринская же низменность бедна осадками. Значит, климат западной части Закавказья по своему характеру приближается к морскому, а восточной — к континентальному.

Дальнейшее вдумчивое изучение физической карты Кавказа позволит составить общее представление о всей его природе. Еще более подробные сведения о Кавказе можно получить, рассматривая в дополнение к физической карте специальные карты Кавказа (геологические, климатические, политико-административные и другие).

Чтобы хорошо знать природную и хозяйственную обстановку местности, надо иметь точную, подробную географическую карту этого места. В нашем советском социалистическом хозяйстве географическая карта имеет очень большое значение. Для практических целей нужны подробные карты рельефа, почв, растительности, климатические и другие.

ИЗ ИСТОРИИ КАРТОГРАФИИ

Уже в глубокой древности человек хорошо знал окружающую его местность и умел ее изобразить с помощью острых обломков камней и костей на песке, снегу, бересте, написать на папирусе. По этим картографическим рисункам древний человек определял пути Кочевок, места охоты и т. д.

До нас дошли карты рабовладельческого Вавилона. Чтобы строить каналы, собирать налоги, нужны были чертежи местности. Вавилоняне писали не на папирусе, а на мягкой глине. На одной из глиняных табличек изображено разветвление реки, которая протекает между двумя горными цепями. На карте видны города. Эта карта была создана 4500 лет назад. Еще большая территория изображена на вавилонской карте VII в. до н. э. На ней в виде плоского круга нарисованы Вавилония и Ассирия. Сверху вниз течет Евфрат, по обоим берегам которого раскинулся величественный Вавилон.

Карты были известны древним египтянам. После каждого разлива Нила специальные

чиновники фараона восстанавливали смытые границы полей. Здесь уж без карты нельзя было обойтись. Карты рисовали на папирусе. Но папирус боится малейшей сырости и быстро превращается в труху. Вот почему до наших дней дошла только одна древнеегипетская карта. Она вычерчена почти 3400 лет назад. На ней показаны рудоносные горы, бассейн для промывки золота, жилища и храм, где хранится драгоценный металл.

Большого развития достигла картография в древней Греции. Многочисленные бухты и острова, изрезанность побережья способствовали развитию мореплавания. Уже 2500— 3000 лет назад греки плавали в дальние страны. Они побывали во многих заморских землях. Древние греки представляли себе Землю в виде выпуклого диска, со всех сторон омываемого рекой Океаном. Об этом свидетельствует вырезанная 2500 лет назад на медной доске карта Гекатея.

Дальнейшее развитие картографии связано с изменением представлений о форме Земли.

Предположение древних греков о том, что Земля плоская, сменяется учением о ее шарообразной форме. Вслед за этим появляется понятие о картографических проекциях, меридианах и параллелях.

Особенно много в области картографии сделал знаменитый ученый древности, географ и астроном Клавдий Птолемей. Он жил во II в. в египетском городе Александрии. Птолемей составил подробную карту Земли, какой до него еще никто не создавал. Во многом его карта мира была фантастичной, и все же вплоть до XV в. никто не создал лучшей.

На этой карте изображены три части света: Европа, Азия и Африка.

До Скандинавии на севере, за истоки Нила на юге, до Китая на востоке простирается известная ему земля. Западные берега Европы омывает Атлантический океан, с неведомых гор катит свои волны в Каспийское море р. Ра (Волга), мощные, причудливо извивающиеся потоки образуют Нил. Индийский океан выглядит на карте Птолемея в виде огромного озера, окруженного со всех сторон сушей. Восточные берега Азии близко подходят к европейским. Возможно, что из-за ошибки Птолемея Колумб смело пустился в плавание через Атлантический океан на поиски «близких» восточных берегов Азии. Карта Птолемея была снабжена градусной сеткой.

Древний Рим вел многочисленные войны с соседними и отдаленными странами. Поэтому для военных, а также административных целей были составлены дорожные карты. Этими картами пользовались в пути, поэтому их и называли дорожными. Были карты до 7 м длины, а шириной — всего 33 см. Разворачивал путник такой свиток и видел, сколько времени ему еще идти до нужного места. До наших дней сохранилась дорожная карта, вычерченная более 1700 лет назад. На этой карте изображен маршрут от Англии до Индии. На юге и севере землю омывает океан. Неважно, что моря и реки вытянуты с запада на восток, а берега тоже искажены. Главное было показать дорогу: она-то уж обязательно приведет к нужному месту.

В средние века достижения науки античного времени были забыты. Церковь вступила в борьбу с научными представлениями о строении и происхождении мира. Строго преследовалось церковниками учение о шарообразной форме Земли. Совершенно фантастическим становится изображение Земли.

прямоугольника, окруженного со всех сторон океаном. За океаном находится недоступная для людей земля — рай.

Основным видом средневековых карт становятся монастырские. Эти карты иллюстрировали богословские сочинения. Они были далеки от действительности и лишены научной основы. На большинстве карт того времени восток изображался наверху. Такое расположение основывалось на религиозных представлениях — на востоке находятся святые места и он как бы венчает собой карту. По монастырским картам можно было «найти» дорогу только в «рай» или в «ад». Понятно, что они были совершенно непригодны. Упадок картографии в этот период объясняется тем, что тогда образовалось множество не связанных друг с другом государств. Чуть ли не в каждой деревне было свое государство. Точно высокой каменной стеной были отгорожены друг от друга эти владения. Между ними часто не существовало дорог. Ни к чему были и точные карты. Тогда больше всего ценились красивые карты. Они изготовлялись в одном-двух экземплярах. Больше и не требовалось. Такие карты рассматривали как дорогие картины. Их раскрашивали яркими красками, океаны украшали рыбами и кораблями.

В XIII — XIV вв. в Европе появляются компас и навигационные морские карты —портоланы. Они помогали мореплавателям в открытом море или при плавании близ берегов. На этих картах очень точно изображались берега. Вместо меридианов и параллелей на них чертились компасные сетки, которые указывали положение стран света.

Внутренние части стран мореплавателей не интересовали, поэтому их оставляли пустыми или же заполняли сценами из жизни населяющих их народов.

В эпоху великих географических открытий, с конца XV в., мореплаватели отправлялись в дальние страны. Не редкостью стали путешествия в Африку, Азию, Америку. Мореплаватели стали нуждаться в точной географической карте с параллелями и меридианами, чтобы можно было определить, где находится корабль, сколько ему еще плыть, какие земли возможно встретить в пути. Только такие карты могли служить путеводителями отважным путешественникам.

В этот период картографы изобрели много новых способов построения географических карт. Наибольшую известность приобрела проекция голландского картографа XVI в. Герарда

Меркатора. Свое собрание карт Г. Меркатор назвал в честь мифического Атласа. На титульном листе «Атласа» Меркатора 1595 г. мы видим Атласа, занятого своим любимым делом — изготовлением глобусов. И теперь собрание карт мы называем атласом.

С каждым годом все больше и больше уточняются карты. Все меньше и меньше места остается для картинок с диковинными зверями, рыбами с человеческими головами, одноглазыми циклопами. Наконец, в XVIII в. они навсегда исчезают с географических карт.

В XVIII и XIX вв. разрабатываются научные основы картографии. Особое внимание уделяется картографическим проекциям. Прежде чем нарисовать карту, проводятся математические расчеты.

Применение в наше время методов аэрофотосъемки намного облегчило создание карты. Аэрофотосъемка позволила нанести на карту очертания малодоступных для человека мест.

КАРТА В РОССИИ

Первые робкие шаги картографии нашей страны следует отнести к III тысячелетию до н. э. Во время раскопок у г. Майкопа (Северный Кавказ) нашли серебряную вазу. На ней изображена горная цепь, откуда берут начало две реки, впадающие в озеро. На горах растет лес, вокруг озера и у подножия гор бродят различные животные. Уже по этой карте древний человек узнавал, где он найдет богатые охотничьи угодья.

Когда в Европе еще господствовала отсталая средневековая география, больших успехов достигла картография в Армении. В VII в. появилась «Армянская география», использовавшая карты Птолемея и местные материалы. Интересные карты были вычерчены несколько позднее нашими среднеазиатскими географами.

В XV в. Московское государство освободилось от гнета монголов. В XVI в. оно стало многонациональной страной. Хозяйственная деятельность государства требовала создания подробной карты. Такая карта под названием «Большой Чертеж» была вычерчена, вероятно, во второй половине XVI в. К сожалению, она не сохранилась, до нас дошло только приложение к этой карте — «Книга Большому Чертежу». Из «Книги Большому Чертежу» мы знаем, что на карте было изображено много поселений, оборонительных сооружений, рек, до-

рог. «Большой Чертеж» охватывал огромную территорию: от Северного Ледовитого океана до Черного моря, от Днепра и Западной Двины до Оби. На карту были нанесены Каспийское и Аральское моря.

В XVII в. сильно расширилась территория Русского государства. Очень интересовала русских богатая неведомая Сибирь. Уже к середине этого века отважные землепроходцы и промышленники прошли вдоль всего побережья Северного Ледовитого океана и вошли в воды Тихого океана. Множество сибирских

Чертеж всей Сибири, составленный С. У. Ремезовым в 1698 г.

рек исходили они. Во время путешествий составлялись описания и чертежи. Но нужна была карта, на которой можно было увидеть всю обширную Сибирь. По указу царя тобольский воевода П. И. Годунов составил в 1667 г. общую карту Сибири. Это первый известный нам чертеж Сибири. На этой карте не найти Таймыра, Чукотки, Камчатки. В то время эти земли не были известны. На карте мы видим могучие сибирские реки, озера, волоки, соединявшие реки, по которым шли на восток отважные русские люди. По карте можно было узнать и о населяющих Сибирь народах.

По расспросам «памятных бывальцев», «достоверных писцов», по отдельным картам «искусный чертежщик» Семен Ремезов вычертил в 1698 г. «в меру убравши» (т. е. в одном масштабе), по компасу «Чертеж всей Сибири». Карта была очень больших размеров: «в вышину трех аршин, поперек четырех аршин» (около 2 × 3 м).

В 1701 г. Ремезов выпускает «Чертежную книгу Сибири». Это был первый русский географический атлас из 23 карт.

Трудами Семена Ремезова заканчивается первый этап в истории русской картографии. За очень короткий срок на карту была нанесена громадная территория России. Эти карты открыли всему миру нашу необъятную страну.

С начала XVIII в. в России начинает быстро развиваться картография. Петр I стремился овладеть берегами Азовского и Черного морей. А для этого нужны были карты р. Дона и побережий этих морей. Петр лично участвовал в съемке Дона.

По всей стране разослали «съемщиков». Их можно было видеть на берегах Балтики, Каспия, в Средней Азии, на Камчатке. Благодаря работам «съемщиков» очень быстро составлялась карта всей страны.

Картографию петровского времени подытожил замечательный русский картограф Иван Кирилов, выпустивший в 1734 г. «Атлас Всероссийской империи».

В это же время началась очень большая работа по составлению карт внутренних частей страны.

В 1745 г. вышел «Атлас Российской», изданный Академией наук. В нем есть карта всей страны и 19 карт отдельных частей России.

С именем М. В. Ломоносова связан новый период в истории русской картографии. Он уделял много внимания обучению картографов. В одной из рукописей М. В. Ломоносова сохранилась карта Северного Ледовитого океана, на которой намечен морской путь через «Океан Сибирский» на Камчатку.

Часть чертежа города Кунгура, составленного С. У. Ремезовым.

Мечта М. В. Ломоносова об освоении этой трассы была осуществлена только в советское время.

В XIX в. составлением новых карт России занималось в основном военное ведомство. В 70-х годах русские картографы начали заменять устаревшие карты новыми, очень точными топографическими картами.

Накануне Великой Октябрьской социалистической революции отечественные картографы вычертили топографические карты чуть ли не половины России. Такими масштабами работ не могла похвалиться ни одна другая страна.

СОВЕТСКАЯ КАРТОГРАФИЯ

С первых лет существования Советской власти картография начала служить народу. Чтобы правильно и разумно использовать при-

родные богатства, нужно детально изучить территорию страны и иметь точные подробные топографические карты. 15 марта 1919 г. за подписью В. И. Ленина издан декрет о создании Высшего геодезического управления. Главная задача этого учреждения состояла в топографическом изучении территории молодой Советской республики в интересах развития народного хозяйства.

Уже в 1920 г. было составлено много карт, которые помогли осуществить гениальный ленинский план государственной электрификации страны. Вслед за этим для осуществления индустриализации страны были изданы специальные карты, которые наглядно показали, в чем состоят наши планы строительства социалистического общества.

Крупным событием в истории советской картографии явился «Большой советский атлас мира». Когда в 1937 г. в Париже открылась Международная выставка, буржуазные журналисты писали, что русские ничем не удивят мир. Они не могли себе представить, что мы

выпустим лучшее в мире собрание географических карт. А ведь первый том «Большого советского атласа мира» был создан в невиданно короткий срок — всего за три с половиной года. В то же время «Большой атлас» в Италии составлялся десять лет.

Картографы-моряки составили в трех томах прекрасный «Морской атлас». Его первый том был удостоен Государственной премии. В 1954 г. был издан однотомный «Атлас мира».

Кроме этих атласов, являющихся блестящим вкладом в мировую картографическую науку, издан ряд других великолепных атласов. Это «Атлас офицера», «Атлас мира» и «Атлас СССР» карманного формата, школьные атласы, атласы отдельных республик, областей, краев. В результате все отрасли науки и хозяйства получили нужные им карты.

Партия и Советское правительство всегда уделяли много внимания развитию картографии нашей Родины. Советские картографы обеспечивают все отрасли науки и народного хозяйства необходимыми картами и атласами.

ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ

ПУТЕШЕСТВИЕ К ЦЕНТРУ ЗЕМЛИ

Лето обычно открывает перед вами, наши юные читатели, большие возможности для самых интересных наблюдений в природе.

В овраге или на речном обрыве можно наблюдать, как тонкий слой почвы с корнями растений переходит в более плотную землистую или щебенистую массу — грунт. В него еще проникают корни растений, а глубже обычно залегают напластования глин, песков или твердых каменных пород.

Эти разнообразные горные породы слагают самую верхнюю твердую оболочку

земного шара, или земную кору. В толще ее залегают сокровища недр: уголь, нефть, руды железа и других металлов, драгоценные и поделочные камни. В поисках полезных ископаемых люди уже тысячелетия назад научились проникать глубоко в земную кору. При этом рудокопы заметили, что, чем глубже горные выработки, тем выше в них температура. Кроме того, наблюдения за действующими вулканами привели человека к мысли, что на значительной глубине горные породы находятся в расплавленном состоянии. Пытаясь объяснить

грозную деятельность вулканов, люди сложили о них много легенд. Древние греки считали вулканы владением бога огня Гефеста. Особенный интерес возбуждал вулкан Этна на о-ве Сицилия. Извержение Этны, по представлению греческого поэта Пиндара (V в. до н. э.), вызывает стоглавый Тифон (в древнегреческой мифологии — грозное огнедышащее чудовище, порожденное богиней земли Геей), заключенный в недра горы в наказание за то, что поднял восстание против Зевса.

Философ Эмпедокл (V в. до н. э.), ссылаясь на действующие вулканы и горячие источники, высказал мысль о расплавленном состоянии внутренних частей Земли. Эмпедокл изучал вулкан Этну, по склонам которого временами текли мощные потоки лавы, заливавшие окрестности на десятки километров. Он предпринял отчаянно смелое путешествие в глубь кратера Этны и погиб в жерле вулкана.

С той далекой поры человечество прошло большой путь развития. Накопилось много фактов, которые ученые начали обобщать в стройные гипотезы.

В науке XVIII в. господствовало представление, что внутри земного шара находится огненно-жидкое ядро. Основываясь на этом предположении, ученые логично объясняли повышение температуры при опускании в недра Земли, а также вулканические явления. Одна-

ко стройное учение о происхождении и устройстве Земли было создано только в конце этого века Кантом и Лапласом.

Немецкий философ Иммануил Кант, а несколько позднее французский астроном и математик Пьер Симон Лаплас предложили гипотезу, в которой они пытались дать картину возникновения планет солнечной системы.

Кант полагал, что до образования солнечной системы существовала туманность, состоявшая из отдельных движущихся частиц. Столкновения этих частиц между собой привели с течением времени к упорядочению движения. Вследствие сближения частиц и их сжатия туманность постепенно раскалялась. Вращающаяся раскаленная газовая туманность приобрела сплюснутую форму и по своим размерам превосходила планетную систему. Затем при увеличении скорости вращения от туманности постепенно отделились слои вещества и образовали ряд колец. Каждое из них под действием сил взаимного притяжения слагавших его частиц постепенно превратилось в шаровидное тело — планету. Сначала планета была раскаленной, но потом в результате излучения тепла в мировое пространство стала остывать. Центральная часть туманности после сжатия и отделения от нее ряда колец стала Солнцем.

Согласно гипотезам Канта и Лапласа, земное ядро должно быть огненно-жидким, а земная кора — продукт остывания некогда огненно-жидкого шара.

Однако несколько позднее стали раздаваться, правда очень робко, голоса ученых, несогласных с гипотезой Канта—Лапласа. К этому меньшинству у нас в России принадлежал выдающийся ученый академик В. И. Вернадский. Он считал, что Земля никогда не была огненно-жидкой. В настоящее время эта точка зрения принята наукой. Большинство современных геофизиков и геологов отрицают стадию огненно-жидкого состояния Земли при ее образовании и объясняют разогрев земных оболочек в основном процессами радиоактивного распада.

Интересная космогоническая¹ гипотеза возникновения планет была разработана коллективом советских ученых под руководством академика О. Ю. Шмидта. По этой гипотезе планеты образовались из облаков космической пыли, которая обращалась некогда вокруг Солнца. О. Ю. Шмидт считал, что такое пылевое облако вследствие столкновения

¹ Космогония — наука о происхождении и развитии небесных тел и их систем.

его частиц должно было быстро преобразоваться в сплющенный слой, окружавший Солнце. Под влиянием сил взаимного притяжения этот слой превратился :в систему отдельных сгустков, а в дальнейшем из них сформировались планеты. По предположению О. Ю. Шмидта, Земля всегда была холодной, поэтому земная кора вовсе не «шлак», который появился на поверхности раскаленной жидкой массы земного шара. Составная часть нашей планеты — земная кора — сначала была холодной и лишь впоследствии «тала нагреваться в результате различных, прежде всего радиоактивных, процессов.

Но не одни гипотезы помогают теперь ученым познавать внутреннее строение земного шара. Для этого разработаны очень точные геофизические¹ методы исследования. Они основаны на изучении колебаний земной коры, возникающих при землетрясениях или искусственных взрывах. Их изучением занимается особая ветвь геофизики, получившая название сейсмологии. При землетрясениях или искусственных взрывах в Земле возникают сейсмические волны. Линии, вдоль которых распространяются сейсмические колебания, называются сейсмическими лучами. Существуют два вида колебаний: продольные и поперечные.

Продольные волны распространяются в твердом теле от места взрыва или центра землетрясения, вызывая последовательные сжатия и разрежения частиц вещества Земли, при этом частицы колеблются в направлении распространения волны. Поперечные волны— это колебания частиц в теле Земли, происходящие перпендикулярно направлению сейсмического луча.

Очаги землетрясений находятся в глубинах земного шара, иногда в нескольких сотнях километров от поверхности. Сейсмические волны приходят на сейсмическую станцию и записываются при помощи приборов, которые называются сейсмографами. При этом регистрируются не только прямые волны, идущие непосредственно от очага землетрясения или места взрыва, но и волны, испытавшие преломления или отражения на внутренних границах Земли, которые разделяют горные породы с разными свойствами.

Каждое землетрясение вызывает колебательное движение, распространяющееся от очага во все стороны,

Если бы Земля была однородным телом, то сейсмические волны распространялись бы прямолинейно и с одинаковой скоростью. Изучение скоростей распространения различных волн в Земле показало, что земной шар состоит из ряда приблизительно концентрических зон, имеющих различную плотность и, вероятно, различный состав.

Вспомните увлекательный роман Жюля Верна «Путешествие к центру Земли». Писатель рассказывает о строении земной коры, состоящей главным образом из пластов осадочных горных пород, и об истории развития жизни на ней, как представляли это себе ученые во второй половине XIX в.

Попробуем и мы совершить путешествие к центру Земли.

Самые верхние слои земной коры состоят преимущественно из пластов осадочных горных пород, образовавшихся путем осаждения различных мелких частиц, главным образом в морях и океанах. В этих пластах захоронены остатки животных и растений, населявших в прошлом земной шар. Они с течением времени превратились в окаменелости, позволяющие от пласта к пласту восстанавливать историю развития жизни на Земле. Общая мощность (толщина) осадочных пород не превышает 15—20 км.

¹ Геофизика — наука о физических свойствах Земли и физических процессах, происходящих в ее твердой, жидкой и воздушной оболочках.

В осадочных породах земной коры встречаются остатки животных организмов, населявших прежде нашу планету.

Средняя скорость распространения в них продольных колебаний от 2 до 5 тыс.м/сек.

А что же находится под осадочными горными породами? На этот вопрос дают ответ, с одной стороны, обнажения горных пород или буровые скважины, а с другой стороны — сейсмические волны. Оказалось, что они распространяются в глубине Земли с различными скоростями на континентах и на дне океана. Отсюда ученые сделали вывод, что на Земле существуют два главных типа твердой земной коры: континентальный и океанический.

Мощность коры континентального типа в среднем 30—40 км, а под многими горами достигает местами 80 км. Континентальная часть земной коры распадается на ряд слоев, число и мощность которых изменяются от района к району. Обычно ниже осадочных пород выделяют два главных слоя: верхний — «гранитный», близкий по физическим свойствам и составу к граниту (он богат кремнекислотой), и нижний, состоящий из более тяжелых пород, — «базальтовый» (предполагается, что, он состоит главным образом из базальта). Толщина каждого из этих слоев в среднем 15—20 км. Однако во многих местах не удается установить резкую разницу между гранитным и базальтовым слоями, поэтому некоторые исследователи высказали предположение, что состав коры меняется с глубиной постепенно.

Океаническая кора гораздо тоньше (5—8 км). По составу и свойствам она близка к веществу нижней части базальтового слоя континентов, т. е., видимо, состоит из базальтов или пород, богатых магнием и железом. Но этот тип коры свойствен только глубоким участкам дна океанов, не менее 4 тыс.м. На дне океанов есть области, где земная кора имеет строение континентального или промежуточного типа.

Многие сведения о физических свойствах горных пород и скорости прохождения в них сейсмических волн получены в лабораториях. Ученые используют эти данные для объяснения записей сейсмографов и для установления границ между слоями с различными свойствами. Базальтовый слой отделяется от ниже залегающих пород поверхностью, получившей название поверхности А. Мохоровичича¹. Скорость сейсмических волн глубже этой поверхности сразу резко увеличивается до 8,2 км/сек, что обусловлено, вероятно, увеличением плотности вещества Земли.

Поверхность Мохоровичича, наблюдаемая во всех областях земного шара, условно считается нижней границей земной коры. Под ней находится оболочка Земли, или мантия. Она идет до глубины 2900 км. Оболочка Земли разделяется на 3 слоя: верхний, промежуточный и нижний. Промежуточный слой характеризуется сильным возрастанием скоростей сейсмических волн и увеличением электропроводности вещества Земли. Большинство ученых считают, что в промежуточном слое изменяется состав вещества или слагающие его минералы переходят в иное состояние, с более плотной «упаковкой» атомов.

Нижний слой оболочки отличается однородностью по сравнению с верхним слоем.

Небольшое понижение скорости сейсмических волн наблюдается на глубине 100—150 км. Предполагают, что в этом слое температура близка к температуре плавления; это подтверждается очень малым числом очагов землетрясений. Ученые допускают, что верхняя часть мантии по химическому и минералогическому составам близка к горным породам, богатым

¹ По имени открывшего ее югославского ученого.

магнием и железом, имеющим значительную плотность. Вблизи земной поверхности известны такие породы. Они получили специальное название перидотитов.

Мы имеем некоторые доказательства реального существования этой подкоровой оболочки. Так, в алмазных копях Южной Африки и Якутии встречаются в изобилии вынесенные с больших глубин куски перидотитовых пород.

На большинство геологических процессов, происходящих в верхних частях земной коры, активно влияют процессы глубинных недр. Ученые все более и более убеждаются, что движения земной коры, вызывающие образование гор, трещин, разрывов, землетрясения и вулканизм, обусловлены источниками энергии и выделениями вещества в верхних частях мантии. Поэтому изучение верхних частей мантии имеет огромное научное и практическое значение. В США был разработан проект бурения земной коры под океанами до мантии. Со специально построенных барж в 1961 г. в районе небольшого о-ва, около северо-западного побережья Мексики, было начато бурение. Под слоем морской воды в 3600 м пройдена буровая скважина на глубину около 200 м. Затем по техническим причинам работы были прекращены. В настоящее время выбирается новое место для бурения скважины.

Современная геофизика разработала способы, которые дают возможность исследовать распределение материала Земли по плотности и упругости в глубоких частях недр Земли.

Изменение плотности оболочки (мантии) Земли связано, вероятно, не столько с изменением состава, сколько с давлением, которое на глубине достигает огромной величины.

Так, например, давление на единицу поверхности равно:

Под мантией находится земное ядро. Внешняя часть земного ядра обладает свойствами жидкости: через него не проходят поперечные волны. Радиус земного ядра около 3471 км. При переходе от оболочки (мантии) к ядру резко изменяются физические свойства вещества. Причина этого, вероятно, изменение атомной структуры вещества Земли под влиянием высоких давлений.

Температура внутри Земли с глубиной повышается до 2000—3000°, при этом наиболее быстро она возрастает в земной коре, далее идет замедление, и на больших глубинах температура остается, вероятно, постоянной.

Плотность Земли возрастает с 2,6 на поверхности до 6,8 на границе ядра Земли. В самом ядре плотность возрастает до 10, а в его центральных частях превышает 12.

До недавнего времени считали, что ядро имеет железный состав, подобный железным метеоритам, а оболочка — силикатный, соответствующий каменным метеоритам. Некоторые ученые предполагали, что причина резкого скачка плотностей и резкого уменьшения твердости у границы ядра Земли объясняется не изменением химического состава вещества, а физико-химическим процессом — частичным разрушением электронной оболочки атомов при давлении в 1,4 млн. атмосфер. Отрыв электронов от ядер под действием огромного давления и высокой температуры вызывает резкое уплотнение вещества и придает ему новые свойства.

Такой процесс ученые назвали переходом вещества в металлическую фазу. Однако опыты с давлениями до 3 млн. атмосфер, прове-

Схема строения нашей планеты: 1 — атмосфера; 2 — стратосфера; 3 — тропосфера; 4 — гидросфера; 5 — гранитный слой; 6 — базальтовый слой; 7 — подкоровая часть внутренней оболочки Земли (поверхность Мохоровичича); 8 — внутренняя оболочка Земли; 9 — ядро Земли (ядрышко).

денные недавно в СССР, пока не подтвердили возможность такого изменения вещества в ядре Земли.

В ядре на расстоянии 5100км от поверхности заключено еще внутреннее ядро Земли, или ядрышко. Оно, вероятно, находится в твердом состоянии. Надо иметь в виду, что условия существования материи в больших глубинах земного шара резко отличны от условий на земной поверхности и тех, которые пока мы смогли создать в лабораториях.

Геофизики высказали предположение, что континенты возникли в связи с выделениями огромных количеств энергии, периодически происходящими в земной оболочке (мантии) на глубинах 600—700 км. Следствием этого является процесс разделения (дифференциация) вещества Земли, который приводит к обеднению отдельных участков оболочки Земли кремнекислотой, окисью алюминия, щелочными металлами и выносу их наверх — в земную кору, где они образуют континенты. Таким образом, в земном шаре, основываясь на сейсмических данных, можно выделить следующие зоны, отличающиеся по физическим свойствам: земная кора, верхняя мантия, переходный

слой, нижняя мантия, внешнее ядро и внутреннее ядро.

До сих пор нет единых общепризнанных взглядов на состав мантии и ядра.

Изучая земной шар в целом, ученые уже давно выделили ряд присущих ему оболочек: воздушную оболочку, или атмосферу, жидкую оболочку, или гидросферу (гидро — вода), и литосферу (литос— камень) — твердую оболочку, или, как ее теперь называют, земную кору. В начале XX в. учение о внешних оболочках Земли развил выдающийся русский ученый В. И. Вернадский. Он выделил еще прерывистую ледяную оболочку и биосферу — область, занятую живыми организмами. Геофизики разработали, как вы уже знаете, учение о внутреннем строении Земли тоже в виде ряда глубинных оболочек и центрального ядра.

С каждым годом данные геофизики позволяют все лучше и лучше разбираться в строении земного шара, а это в свою очередь дает возможность установить связь ряда важнейших геологических процессов, протекающих в земной коре, с процессами, происходящими в глубинах земного шара. Вот почему так важно и так интересно изучать строение нашей планеты.

Таинственный мир под ногами

Ученые давно стремятся раскрыть тайны глубин нашей планеты. Человек проник в космос, поднявшись почти на 300 км от Земли, но он не знает, что находится у него под ногами на глубине даже десяти километров.

Ведь самая глубокая скважина проникла в недра на глубину менее 8 км. Сейчас разрабатываются проекты сверхглубокого бурения земной коры. В СССР предполагается бурить скважины на глубину 10 —15 км в ряде районов — в Прикаспийской низменности, в Карелии, на Курильских о-вах и в других местах. В США намечено бурение скважины под океаном, где земная кора тоньше, чем на материке. Вблизи берегов Южной Калифорнии провели пробное бурение. При этом встретили большие трудности: буровой инструмент надо опускать сквозь слой воды толщиной в несколько километров с корабля, который должен очень точно стоять на одном месте.

В нашей стране для выполнения гигантских планов развития хозяйства, намеченных Программой партии, требуется много разнообразного минерального сырья. Мы знаем, что на большой глубине в Европейской части СССР залегают слои каменных пород, абсолютный возраст которых свыше 900 млн. лет. В подобных слоях в Южной Африке залегает самое крупное в мире золоторудное месторождение. Это не случайно, так как именно золото чаще всего встречается в древнейших горных породах. Вполне вероятно, что в пределах Европейской части СССР на больших глубинах появятся в будущем золотодобывающие предприятия. Возможно, что на глубине име-

ются большие скопления редких элементов, которые широко применяются новейшей техникой.

Трудно сейчас предсказать, какие минералы могут быть обнаружены сверхглубоким бурением, но, несомненно, это будут ценнейшие полезные ископаемые. Развитие глубинного бурения подводит нас также вплотную к широкому использованию тепловой энергии Земли. Температура глубинных подземных источников достигает 200°. Их можно использовать для выработки электроэнергии, для отопления городов, для выращивания овощей в теплицах.

Исследования глубин Земли помогут выяснить закономерность в распространении полезных ископаемых в земной коре и создать более точные карты прогнозов, обосновывающие правильное направление поисков минерального сырья.

Глубинное бурение позволит ответить на многие загадки в истории Земли. По содержащимся в слоях окаменелостям животных и растений можно будет с большей полнотой восстановить недостающие страницы в истории развития жизни на Земле, особенно в наиболее отдаленные эпохи. Вероятно, ученые смогут ответить на такие важные вопросы: почему одни участки суши поднимаются, а другие опускаются; почему происходят землетрясения; из каких слоев изливается на поверхность лава; движутся ли материки или устойчиво стоят на месте. Ответы на эти вопросы имеют не только познавательное, но и большое практическое значение. Вот почему бурение первой сверхглубокой скважины можно сравнить по значению для науки с запуском первого искусственного спутника Земли в космос.

ЗЕМЛЯ — БОЛЬШОЙ МАГНИТ

Удивительная способность магнита притягивать железо была известна еще в глубокой древности. Свойство магнита указывать юг и север было открыто позже.

Еще в III в. изготовляли особые «югоуказатели» в виде маленького человечка с вытянутой рукой.

Эта фигурка — древнейший компас—укреплялась на вращающемся магните.

Значительно позднее (в VIII — IX вв.) арабы стали применять компас для мореплавания. В то время арабские торговые корабли часто плавали из Азии в Европу.

Европейские мореплаватели пользовались компасом примерно с XIII в., но не знали, так же как китайцы и арабы, почему один конец магнитной стрелки показывает на север, а другой — на юг.

Вплоть до начала XIX в. на вопрос о причине земного магнетизма часто отвечали так: Земля сама большой магнит. Внутри Земли как бы «спрятан» очень сильный магнит. Он и управляет поведением стрелки компаса, заставляя ее устанавливаться вдоль магнитных силовых линий, опоясывающих земной шар и создающих магнитное поле Земли.

Направление этих силовых линий и указывает стрелка компаса.

Мореплаватели, правда, давно уже заметили, что северный конец стрелки не совсем точно указывает на север, а южный — на юг. Еще Колумб, когда плыл в Америку, обнаружил, что географический меридиан не совпадает с магнитным, вдоль которого устанавливается стрелка компаса. Угол между этими двумя направлениями называется магнитным склонением. Каждое место на Земле имеет свой угол склонения, и штурман корабля или самолета должен иметь точную карту магнитных склонений. Такая карта составляется по показаниям компаса. Известно, например, что в районе Москвы угол склонения равен 7° к востоку, а в Якутске — около 17° к западу. Это значит, что северный конец стрелки компаса в Москве отклоняется на 7° вправо от географического меридиана, проходящего через Москву, а в Якутске — на 17° влево от соответствующего меридиана.

Магнитная ось Земли наклонена к географической примерно под углом в 11°,5, поэтому географические полюсы также не совпадают с магнитными.

Магнитную стрелку можно заставить колебаться и не на острие, как это делается в компасе. Ее можно закрепить на горизонтальной оси, тогда она будет качаться в вертикальной плоскости. Такую стрелку называют стрелкой наклонения. Действительно, она показывает, под каким углом к горизонту действует на нее в данном месте магнитная сила Земли, т. е. каково магнитное наклонение. На Северном и Южном магнитных полюсах острие стрелки направлено прямо

вниз: магнитное наклонение здесь наибольшее— оно равно 90°. Углы магнитного наклонения хорошо изучены на всей Земле. Если обнаруживаются резкие изменения углов наклонения, то это указывает, что в данном месте под поверхностью Земли скрыты намагниченные горные породы или железные руды.

Земля представляет собой большой магнит, от полюсов которого расходятся силовые линии магнитного поля. Стрелки компаса на поверхности Земли ориентируются по направлению к магнитным полюсам.

Магнитная разведка (см. стр. 99) залежей железа или других магнитных руд в сущности сводится к поискам мест резких магнитных аномалий, т. е. таких мест, где магнитная сила земного поля по величине или направлению резко отклоняется от нормы. Сейчас магнитную разведку ведут даже с самолетов. Под Курском, в Сибири, на Урале, на Кольском п-ове обнаружены сильные магнитные аномалии, там же найдены залежи железных руд.

Стрелка компаса в течение суток ведет себя неспокойно. Она сдвигается немного в сторону, колеблясь в общем около положения равновесия. Это значит, что магнитное поле Земли за сутки немного меняется. Суточные колебания магнитной стрелки всегда больше летом, чем зимой.

Причина этих изменений магнитного поля Земли — электрические токи, текущие в атмосфере на большой высоте. Вызваны они солнечным излучением.

Иногда электрические токи в атмосфере становятся особенно сильными. Происходит это, когда с поверхности Солнца с огромными скоростями выбрасываются потоки мельчайших частиц. Они проникают в земную атмосферу и

порождают в ней электрический ток. Стрелка компаса начинает вздрагивать и все больше и больше отходит от положения равновесия. Такое явление называют магнитной бурей. Она может продолжаться несколько часов и даже суток. Когда магнитная буря утихает, стрелка компаса возвращается к положению равновесия. Во время сильных магнитных бурь нарушается нормальная работа телеграфа, телефона и радио.

Магнитные бури часто наблюдаются на широте 66—67° (в зоне полярных сияний) и часто возникают одновременно с полярными сияниями. По-видимому, оба эти явления вызваны одними и теми же причинами.

За изменениями земного магнитного поля нужно постоянно наблюдать. Для этого организована специальная Служба земного магнетизма. Вот уже более ста лет по данным многочисленных экспедиций и по измерениям на магнитных станциях составляются подробные карты магнитного склонения и наклонения и таблицы суточного и годового хода изменений магнитного поля Земли.

Многолетние наблюдения показали, что положение магнитной стрелки по отношению к географическому меридиану также со временем меняется: конец стрелки медленно перемещается к западу или востоку. Это так называемые вековые изменения магнитного поля Земли. Их всегда приходится учитывать при составлении магнитных карт.

Для вождения кораблей и самолетов, разведки полезных ископаемых и для очень многих научных целей нужны точные карты магнитного склонения и наклонения.

Магнитные бури и суточные изменения магнитного поля объясняются, как мы знаем, солнечным излучением и выбрасыванием мощных фонтанов частиц с поверхности Солнца. Но до сих пор остается невыясненной основная причина, создающая постоянный магнетизм Земли. Наша планета действительно ведет себя как большой магнит.

В средние века поведение магнитной стрелки объяснялось силами, идущими с неба, при этом Полярной звезде приписывалось главное влияние на магнитную стрелку.

Серьезные исследования магнетизма начались позднее. В 1600 г. в Англии были опубликованы шесть книг Вильяма Джильберта «О магните, магнитных телах и о большом магните— Земле». Джильберт намагнитил металлический шар (он назвал его терреллой)

и исследовал показания стрелки компаса возле него. И все же ответа на основной вопрос, почему Земля намагничена, Джильберт дать не мог.

В начале XIX в. французский физик Ампер высказал интересную догадку. Он знал, что электрический ток может влиять на магнитную стрелку. Ампер первый понял, что, если внутри Земли будет течь электрический ток с востока на запад, тогда вокруг Земли появится магнитное поле и земной шар будет похож на джильбертовскую терреллу. Но течет ли на самом деле ток в Земле и какая причина делает его постоянным?

Чтобы ответить на эти вопросы, геофизики зарывали глубоко в землю металлические пластины и при помощи телеграфных проводов соединяли их над землей, включив в эту цепь гальванометр. Прибор действительно обнаруживал ток, но чрезвычайно слабый и к тому же непостоянный. Тогда для объяснения источника земного магнетизма попытались привлечь

Глубоко под землей закопаны две металлические пластины, соединенные проводами с телеграфной линией. К одному из проводов, ведущих к пластине, подключен миллиамперметр.

Условное изображение атомов в виде колец. Стрелками показано направление осей электронных орбит. В ненамагниченном состоянии атомы и оси орбит электронов расположены беспорядочно.

на помощь атмосферные электрические токи. Они текут из воздуха в Землю. Однако известно, что на 1 км² Земли приходит атмосферный ток силой всего в 0,000001 ампера. Даже если учесть, что в каждую секунду над всей Землей происходит 100 разрядов молний, все равно постоянное магнитное поле Земли такими причинами невозможно объяснить.

Теоретически удалось доказать, что на 99% магнитное поле Земли вызывают причины, скрытые внутри планеты. Внешние электрические токи могут помочь объяснить лишь различные малые изменения земного магнитного поля.

В самом начале XX в. делалась попытка объяснить магнетизм Земли ее суточным вращением. Известно, что Земля заряжена отрицательным электричеством. Ее вращение создает ток, а электрический ток всегда окружен магнитным полем. Но теоретически вычисленная напряженность такого поля оказалась в десятки миллионов раз слабее истинного магнитного поля Земли.

И все же физики попытались спасти гипотезу о самонамагничивании Земли из-за ее вращения. Для этого они привлекли на помощь новые сведения о строении атома. Как известно, электроны в атомах вращаются по замкнутым орбитам. Оси этих орбит по-разному наклонены в различных атомах. На рисунке показано, как они расположены внутри ненамагниченного металлического стерженька. Но если стержень привести в быстрое вращение, то оси электронных орбит будут стремиться стать параллельно друг другу — совершенно так же, как, подчиняясь законам механики, это делают обычные волчки, запущенные внутри вращающейся коробки. В таком случае быстро вращающийся стержень должен намагнититься, так как электронные токи в атомах окажутся из-за поворота осей одинаково направленными. Их магнитные поля будут складываться, усиливая друг друга, и на концах стержня появятся магнитные полюсы.

В 1919 г. удалось намагнитить стержень, быстро его вращая.

Не происходит ли то же самое в металлах, находящихся в земной коре? Ведь суточное вращение Земли может «навести порядок» в

Внутри коробки запущены детские волчки. Слева — коробка неподвижна. Справа — коробка вращается. Оси волчков в ней стали параллельно оси вращения коробки.

расположении орбит атомов магнитных веществ земной коры. Электронные орбиты должны, по-видимому, повернуться так, чтобы стать параллельными плоскости экватора. Легко было проверить, что при этом Южный магнитный полюс появится на географическом севере, как это имеет место на Земле.

Зная скорость вращения нашей планеты и примерное распределение магнитных материалов в Земле, удалось подсчитать интенсивность намагничивания.

Она оказалась в миллиарды раз меньше действительной. Так еще одна гипотеза потерпела неудачу.

В 1939 г. американский физик Эльзассер предложил новую теорию происхождения земного магнетизма: Земля намагничена термоэлектрическими токами, текущими в жидком земном ядре.

Температура в нем достигает нескольких тысяч градусов, а давление доходит до миллионов атмосфер.

Когда быстро вращают металлический стержень, то внутри него атомы располагаются так, что оси электронных орбит становятся параллельными друг другу и оси вращения стержня. Вокруг стержня идут силовые линии магнитного поля.

Известно, что термоэлектрический ток возникает, когда один спай двух металлов нагрет больше, чем другой. По мнению Эльзассера, в земном ядре имеются подходящие условия для возникновения термотока. В ядре перемешаны различные металлы, так что всегда имеется кон-

такт двух металлов — хотя и в жидком состоянии. Кроме того, температура на различных глубинах в ядре, несомненно, разная. А это как раз и нужно для поддержания термотока в земном ядре: соприкосновение разнородных металлов и перепад температуры.

Струи расплавленного металла текут из центра ядра по радиусам к поверхности. Вращение Земли искривляет путь струи, превращая ее в кольцо, охватывающее земную ось. Механики называют силу, искривляющую путь такой струи из-за вращения Земли, кориолисовой силой.

Эльзассер пытался доказать, что вдоль вихря расплавленного металла должен течь с востока на запад термоэлектрический ток, подмагничивающий Землю.

На самом деле сложное движение вещества ядра Земли и циркулирующих в нем термотоков пока не поддается точному расчету. Да и не все предположения Эльзассера достаточно обоснованы. И хотя он на протяжении многих лет пробовал улучшить методы расчета, задача все-таки оказалась до конца не решенной. Тем не менее она подготовила появление современной, более совершенной теории земного магнетизма, предложенной в 1947 г. советским физиком Я. Френкелем. Ученый нашел сходство между процессами, происходящими в земном ядре, и работой динамо-машины с самовозбуждением. Когда такая динамо-машина начинает работать, ее магнит (он называется статором) совсем слабо намагничен. Но по мере того как якорь машины, на котором намотаны витки проволоки, быстро вращается в слабом поле статора, в нем возникает индукционный ток. Он мал и непригоден еще для использования. Его заставляют течь по обмотке машины так, чтобы он намагничивал, т. е. усиливал, поле статора. Витки якоря продолжают вращаться, но теперь уже в более сильном магнитном поле, и в них наводится более сильный индукционный ток. С каждым новым оборотом машины происходит «подхлестывание», или самоусиление, поля.

Как снежный ком, который катится с горы и р азрастается до размеров огромной лавины, так и динамо-машина с самовозбуждением доводит поле своего магнита до предельного постоянного состояния. С этого момента машина начинает нормально работать.

Если якорь машины вращает газовая или водяная турбина, то все устройство в целом называют турбогенератором.

Внутри Земли как бы действует турбогенератор.

своеобразным природным турбогенератором. Роль турбины в нем играют тепловые потоки: они поднимают из недр ядра во все стороны большие массы расплавленного металла, обладающего свойством жидкости. Кориолисова сила «закручивает» их вокруг земной оси, образуя, таким образом, гигантские витки внутри «земной динамо-машины». В этих замкнутых потоках горячего металла, как и в витках проволоки на якоре обычной динамо-машины, должен был когда-то давно возникнуть индукционный ток. Он постепенно подмагничивал земное ядро. Первоначальное очень слабое магнитное поле усиливалось до тех пор, пока с течением времени не дошло до своего предельного значения. Этот предел был достигнут в далеком прошлом. И хотя земной турбогенератор продолжает свою работу, кинетическая энергия бурных потоков жидкого металла тратится теперь не на подмагничивание земного ядра, а целиком превращается в теплоту.

Что касается слабого начального магнитного поля, без которого земной турбогенератор не смог бы начать работать, то его происхождение обосновать нетрудно. Для этого достаточно вспомнить попытку объяснить магнетизм Земли ее суточным вращением. Она была признана неудачной только потому, что давала

земному шару ничтожно малое намагничивание. Но в природном «турбогенераторе» начальное поле может быть как угодно малым, ведь со временем оно увеличится до необходимых размеров.

Еще не все трудности новой теории преодолены. Не удается, например, подсчитать величину индукционного тока в земном ядре, Не выяснено пока, до какого предела должно усиливаться магнитное поле в ядре. Мало известны еще законы движения хорошо проводящего электрический ток металла в магнитном поле земного ядра.

Тем не менее идея внутриземного «турбогенератора» привлекла много последователей. Настойчиво эту теорию в последние годы разрабатывает и Эльзассер.

Теория Френкеля особенно заманчива потому, что она пригодна для объяснения магнитных полей любых космических тел: Солнца, звезд, планет, туманностей и т. д. Быть может, внутри всех этих небесных тел также работают «космические турбогенераторы» с самовозбуждением.

Интерес к магнитным полям небесных тел чрезвычайно большой.

Именно они управляют движением заряженных частиц, пересекающих огромные просторы Вселенной.

За пределами земной атмосферы, в магнитных полях далеких туманностей, приобретают колоссальные скорости ядра легких атомов — водорода, гелия, лития и др. Происхождение космических лучей связано именно с этими частицами.

Вот почему в контейнере ракеты, посланной на Луну в 1959 г., и на борту третьего спутника, запущенного в 1958 г., были установлены сверхчувствительные магнитометры. Они могли измерять магнитные поля на громадных расстояниях от Земли.

Магнитометры работали в полете и передавали сведения при помощи телеметрической аппаратуры.

Так, например, было обнаружено, что Луна не намагничена.

Ученым еще не удалось полностью разгадать истинную причину магнетизма Земли и других небесных тел.

Но можно с уверенностью сказать, что сейчас наука близко подошла к решению этой трудной задачи.

В МИРЕ КРИСТАЛЛОВ

Начнем с простого опыта. Возьмите четверть стакана воды и сыпьте в него понемногу чистую поваренную соль, помешивая ложечкой. Сначала соль хорошо будет растворяться в воде, потом все хуже и хуже, и в конце концов новые порции соли совсем перестанут растворяться, сколько бы ни размешивать раствор.

Вылейте раствор соли на блюдце, лучше на металлическое, например на жестяную крышку от банки, и подогрейте на плитке или просто поставьте в теплое место. Вода постепенно начнет испаряться, а на блюдце появятся крупинки соли. Смотрите внимательнее: эти крупинки растут. Вот уже и вся вода испарилась. Рассмотрите-ка оставшиеся крупинки соли в лупу. Что удивительного в них? Каждая крупинка — это правильный кубик, ровный, с гранями гладкими и блестящими, как зеркало. Это выросли кристаллы поваренной соли.

Посмотрите в лупу на сахарный песок. Каждая крупинка — это тоже кристаллик с ровными, гладкими гранями, но уже не простые кубики, а кристаллик более сложной формы. В лупу да и простым глазом можно разглядеть, как поблескивают в кусковом сахаре отдельные грани слипшихся вместе многих мелких кристалликов — правильных многогранников. Эти кристаллики сахара тоже выросли сами из растворенного или расплавленного сахарного сиропа.

Нетрудно вырастить самому и другие кристаллы. Синий медный купорос можно достать

Мелкие кристаллики квасцов, выращенные из раствора.

в хозяйственном магазине; белые калиевые квасцы — в магазине химикалий. Наверняка найдутся различные вещества в школьной лаборатории. Растворите их в горячей воде — столько, сколько сможет раствориться, а потом поставьте банку с раствором в холодное, спокойное место. На следующий день вы увидите, что в банке выросли кристаллы — красивые ровные многогранники. Опустите в такую банку нитку, и кристаллики нарастут на ней. Такими кристаллическими бусами хорошо украсить новогоднюю елку — их гладкие, блестящие грани будут сверкать и переливаться при свете огней.

Такие же правильные многогранные кристаллы встречаются часто и в мире камней. Нередко в земле находят камни такой формы, как будто их вырезал, отшлифовал и отполировал искусный мастер. Кристаллы— это камни с природной, т. е. не сделанной рукой человека, правильной, симметричной, многогранной формой.

Несколько лет назад наши геологи нашли глубокую пещеру, свод и стены которой были покрыты огромными голубоватыми кристаллами флюорита такой поразительной красоты и совершенства, каких не видели до тех пор нигде в мире. Вход во флюоритовый грот находится в отвесной скале над горным озером. Чтобы попасть в него, геологам пришлось висеть на веревках на 200-метровой высоте. Но труд был вознагражден прекрасной картиной, открывшейся перед их глазами. Самой замечательной была группа кристаллов весом

около 200 кГ, она включала более ста идеально прозрачных, блестящих, чуть голубоватых кубов, ребро каждого было не менее 10-12 см.

Кристаллы слюды бывают 7 м ширины при 3 м длины. Кристаллы полудрагоценного минерала берилла достигают 5,5 м длины. Такая колонна толщиной в 1,5 м — внушительное зрелище. В Испании огромные кристаллы берилла используют как столбы у ворот. Рассказывают, что один кристалл полевого шпата был так велик, что в нем была заложена целая каменоломня. Кристаллы горного хрусталя (кварца) — это нередко столбы в полтора-два человеческих роста, весом в тонну и больше. Несколько лет назад в «Правде» сообщалось, что геологи на Алтае нашли самый большой на земле кристалл горного хрусталя. Высота этого «кристаллика» с двухэтажный дом, а весит он 70 Т. Вокруг этого гиганта частоколом стояли кристаллы того же горного хрусталя высотой в метр и более.

Поваренная соль тоже встречается в виде очень больших кристаллов каменной соли. В пустынях Средней Азии и Ирана есть целые горные хребты из кристаллической каменной соли. Причудливы и удивительны формы этих соляных скал, отсвечивающих холодным блеском. Ни кустика, ни травинки нет на склонах соляных гор, лишь иногда по соляному руслу, между соляных берегов журчит соленый ручеек.

Раньше кристаллы считали редкостью, «игрой природы». Конечно, великаны-многогранники встречаются не так уж часто, но кристаллы меньших размеров окружают нас повсюду.

В граните даже без лупы легко различить пластинки слюды, кристаллики кварца и полевого шпата. Песчаник и песок состоят из окатанных кристаллов кварца, а мрамор — из кристаллов кальцита. Почти все минералы на земле и почти все горные породы состоят из кристаллов.

На свежем изломе металла тоже нетрудно разглядеть простым глазом или в лупу отдельные зернышки кристаллов. Если эти кристаллики слишком мелки, тогда, чтобы «разглядеть»

Мелкие кристаллики, видимые на изломе металла.

их, привлекают на помощь рентгеновские лучи. С помощью этих замечательных лучей, проникающих сквозь предметы, непрозрачные для обычного света, установили, что все твердые металлы и почти все камни — кристаллы. На Земле нет некристаллических металлов. Оказалось также, что из кристаллов состоят очень многие другие тела: в глине, каучуке, саже, костях, волосах, иглах дикобраза, клыках мамонта, в волокнах шерсти, шелка, целлюлозы обнаружено кристаллическое строение.

Мы живем в мире кристаллов. Наши дома и города построены из камня и металла, т. е. в основном из кристаллов. Мы ходим по кристаллам, добываем кристаллы из земли, создаем изделия из кристаллических материалов, посылаем в космос кристаллические приборы, едим кристаллы, лечимся кристаллами и даже сами частично состоим из кристаллов.

Нет такого места на Земле, где бы не было кристаллов. И не толь-

ко на Земле! Из межпланетного пространства иногда прилетают к нам осколки небесных тел — метеориты. Они тоже сложены кристаллами. Советские астрономы установили недавно, что облака Юпитера и Сатурна состоят, по-видимому, из кристаллов аммиака, а кольца Сатурна покрыты кристаллами инея. И есть даже данные для предположения, что сердцевина таких звезд, как «белые карлики» (см. т. 2 ДЭ), тоже представляет собой кристаллическое вещество.

СТРОЕНИЕ КРИСТАЛЛОВ

Но как же найти кристалл, если он даже не виден? И как же отличить кристалл от некристалла? Может быть, по многогранной форме? Но у мелких сросшихся вместе кристаллических зерен в металле или в булыжнике внешняя форма совсем неправильная. И в то же время стекло может быть многогранным — ну, например, граненые стеклянные бусы. Однако стекло — вещество некристаллическое. В чем же дело?

В том, что кристаллы сами, без помощи человека, принимают свою форму, они вырастают многогранниками, а стекло должно быть огранено рукой человека.

Это основное различие между кристаллами и некристаллами объясняется их внутренним строением, тем, как расположены в них мельчайшие частички вещества — атомы, ионы, молекулы. Все в мире сложено из этих мельчайших частиц. Везде и во всем, в камнях и металлах, в дереве и в теле человека, в капле дождя и в облаке дыма — везде движутся мельчайшие частички. Во всей Вселенной не найдется ни одного атома, ни одной молекулы, которые бы не двигались непрерывно.

Движения эти, однако, не все одинаковы. В газе и в жидкости движение частиц беспорядочно. Отдельные частицы сближаются, сталкиваются, расходятся, опять налетают друг на друга и снова отскакивают в стороны, иногда и очень далеко друг от друга. Быстро двигающиеся частицы газа или жидкости разлетались бы совсем в разные стороны, если бы не было сил, которыми они притягиваются друг к другу. В газе эти силы совсем малы. Именно поэтому газ так легко расширяется, частицы его расходятся. В жидкости силы притяжения, действующие между частицами, тоже еще невелики, но все же побольше, чем в газе.

Что происходит, когда жидкость или газ, застывая, превращаются в твердое тело, например, когда вода, замерзая, становится твердым льдом, когда водяные пары кристаллизуются в узоры инея или в чудесные звездочки снежинок или же когда застывает расплавленная сталь? Меняется ли при этом движение частиц? Да, меняется, и очень заметно. В твердых телах частицы тоже движутся, но уже не беспорядочно, а строгим, правильным, симметричным строем. Каждая частица движется только в пределах отведенного ей участка и не может никуда уйти за его пределы. Строй частиц в кристаллическом твердом теле похож на пчелиные соты или на строительные леса: вправо и влево, вперед и назад, вверх и вниз тянутся ровные, правильные, бесконечные ряды частиц. Они выстроены, как физкультурники в строю, но не стоят строго неподвижно, а колеблются около своих мест, как физкультурники, переминающиеся с ноги на ногу, нетерпеливо ожидая команды: «Разойтись!»

Но разойтись, выйти из строя частицы кристаллического твердого тела могут лишь при определенных условиях: если, например, нагреть кристалл так, чтобы он начал плавиться. Под теплыми лучами весеннего солнца начнет таять лед, разрушится строй частиц в кристалле льда и ослабеют силы, удерживающие частицы на их местах. Скрылось солнце, снова подморозило, закружились в воздухе снежинки: это опять частицы собрались правильным строем, ровными, симметричными, правильными рядами.

Так расположены атомы углерода в кристалле графита (слева и алмаза (справа).

Порядок и симметрия — вот что характерно для твердого кристаллического тела. Во всех кристаллах частицы расположены правильным, четким строем, выстроены симметричным правильным узором. Пока есть этот порядок — существует кристалл. Нарушен порядок, рас-

сыпался строй частиц — это значит, что кристалл расплавился, превратившись в жидкость, или испарился, перешел в пар.

Внутреннее строение кристаллов определяет их внешнюю форму. Кристалл растет так, что каждая новая частичка как бы пристраивается к строю, находит свой участок, свое положение в строгой системе.

Но кристалл не перестает быть кристаллом и тогда, когда его внешняя форма не многогранна. Если обломать у кристалла все углы, обточить, обкатать все его грани, а потом поместить этот обломок снова в раствор или расплав так, чтобы он мог расти, то кристалл восстанавливает свою многогранную форму, вырастает снова многогранником. Почему? Потому, что, обломав кристалл снаружи, мы почти не нарушили его :внутреннее строение, кристалл не перестал быть кристаллом, он не потерял способности самоограняться. С помощью лучей Рентгена мы можем убедиться в том, что строение невзрачного обломка или обкатанной песчинки столь же удивительно симметрично и закономерно, как строение гигантского кристалла, найденного в глубинах Земли или выращенного искусственно ученым в лаборатории.

Почему же не все кристаллы вырастают многогранными?

В глубинах Земли находится магма, т. е. сложный раствор-расплав множества различных веществ, из которого при остывании образуются разные минералы с разным кристаллическим строением. Почему из однородной магмы получаются разные минералы? Потому, что каждое кристаллическое вещество застывает или плавится только при строго определенной температуре. Вы знаете, конечно, что вода (при нормальном давлении) замерзает при 0°. Если понижается температура, то точно при 0° вода начнет замерзать, превращаться в кристаллы льда. Пока вся вода не замерзнет, температура ее не будет понижаться дальше. Если, наоборот, нагревать кристалл льда до 0°, он останется неизменным. Как только температура достигнет 0°, кристалл сразу начнет таять. Сколько бы мы ни грели дальше, температура льда не будет повышаться, пока весь лед не растает. Лишь когда весь кристалл, растаяв, превратится в воду (иначе говоря, пока не распадется строй всех частиц), температура воды может начать повышаться.

Любое кристаллическое вещество плавится и кристаллизуется при строго определенной температуре плавления: железо — при 1530°,

олово — при 232°, кварц — при 1713°, ртуть— при минус 38°.

У некристаллических твердых тел нет постоянной температуры плавления (а значит, и температуры кристаллизации), при нагревании они постепенно размягчаются.

Когда в глубинах Земли магма застывает медленно, химические вещества, из которых она состоит, затвердевают не все сразу, а поочередно, потому что температура их кристаллизации различна. Сначала кристаллизуются те, у которых температура кристаллизации повыше, потом следующие, и так постепенно магма, застывая, распадается на разнородные, почти всегда кристаллические минералы.

Если этим минералам ничто не мешает при росте, то они вырастают в виде правильных многогранников. Но если много кристаллов растет вместе, то, увеличиваясь, они начинают теснить друг друга. Если кристалл столкнулся с соседним кристаллом, то дальше в эту сторону он уже расти не может. В результате кристалл вырастает в одни стороны больше, чем в другие; так получаются не многогранники, а бесформенные зерна. Отдельные кристаллики бывают хорошо видны в микроскоп или даже простым глазом, но правильных многогранников среди них мало, а чаще и совсем нет.

Интересно, что одно и то же вещество может встречаться и в кристаллическом и в некристаллическом виде.

Расплавим какое-нибудь вещество, ну, скажем, сахар. Что произойдет, когда этот расплавленный сахар будет остывать и затвердевать? Оказывается, что если расплав застывает медленно, спокойно, то он затвердевает в виде кристаллов. Так образуются те мелкие кристаллики сахара, из которых состоит сахарный песок или кусковой сахар. Если же остывание происходит очень быстро, например, если вылить расплавленный сахар в холодную воду или на очень холодное блюдце, то образуется сахарный леденец, некристаллический сахар.

Легко понять, почему это так происходит. Представьте себе, что нужно построить правильными рядами беспорядочную толпу быстро двигающихся людей. Это легко сделать, если дать людям время и возможность разойтись на определенные расстояния, выровнять ряды. Если же сразу крикнуть «Стой!», то, конечно, никакого порядка не получится. То же происходит и при застывании расплава. В жидком

расплаве частицы движутся совершенно беспорядочно. Если расплав застывает медленно, они постепенно собираются в ряды, в ровный строй: образуются кристаллы. Если же застывание происходит очень быстро, то частицы не успевают построиться правильными рядами и расплав затвердевает некристаллическим. Так, например, образуется обычное стекло.

Любопытно, что с течением времени некристаллическое вещество может «переродиться», или, точнее говоря, закристаллизоваться. Пусть леденец полежит спокойно месяца два-три. Он покроется рыхлой корочкой. Посмотрите на нее в лупу: это мелкие кристаллики сахара. В некристаллическом сахаре начался рост кристаллов. Подождите еще несколько месяцев — и уже не только корочка, но и весь леденец закристаллизуется.

С течением времени все некристаллические вещества перерождаются в кристаллические, частицы в них собираются в правильные ряды. Только срок для разных веществ различен: для сахара это несколько месяцев, а для камня — миллионы лет. Даже наше обыкновенное оконное стекло может закристаллизоваться. Очень старое стекло становится иногда совершенно мутным, потому что в нем образуется масса мелких непрозрачных кристаллов. На стекольных заводах иногда в печи образуется «козел», т. е. глыба кристаллического стекла. Это кристаллическое стекло очень прочное. Легче разрушить печь, чем выбить из нее упрямого «козла». Исследовав кристаллическое стекло и расположение атомов в нем, ученые стали создавать новый очень прочный материал из стекла: кристаллическое стекло, или «ситалл».

МОЖНО ЛИ ПЕРЕСТРОИТЬ КРИСТАЛЛИЧЕСКУЮ СТРУКТУРУ

Природа бесконечно разнообразна и не любит повторений. Строй атомов железа совсем непохож на структуру кристалла льда. В каждом веществе своя структура — свой порядок расположения атомов. И от того, каков этот порядок, зависят свойства вещества. Одни и те же атомы, частицы одного сорта, располагаясь по-разному, образуют вещества с совсем разными свойствами.

Много лет назад был такой случай в Ленинграде (тогда еще Петербурге): на одном из складов солдатского обмундирования «простудились» и «заболели» солдатские пуговицы. В те времена пуговицы для шинелей делали из олова. На холодном, неотапливаемом складе лежали большие запасы белых блестящих пуговиц. Когда первые несколько пуговиц потемнели, никто на это не обратил внимание. Пуговицы продолжали темнеть, теряли блеск и через несколько дней рассыпались в порошок. Но самым странным было то, что испорченные пуговицы как бы заражали своих соседей, которые начинали темнеть, тускнеть и рассыпаться. В несколько дней горы ярко блестящих белых пуговиц превратились в бесформенную груду серого порошка. Все имущество склада погибло от «оловянной чумы», как прозвали эту «болезнь» белого олова.

Что же это за «болезнь»? Это всего лишь перестройка порядка атомов в кристаллах олова. Есть два вида кристаллов олова. Первый — это обыкновенное серебристо-белое олово, которое может образовывать большие кристаллы, но те же самые атомы олова могут перестроиться и образовать кристаллы другой разновидности, так называемого серого олова. Свойства этих двух видов олова совершенно различны. Белое олово — ковкий металл, серое — хрупкий. Переходя из белой разновидности в серую, олово рассыпается в порошок. Поэтому белое олово употребляется для прип оев, лужения и различных изделий, а из серого ничего нельзя сделать. И белое и серое олово — это кристаллы олова. Они состоят из одних и тех же атомов. Химические свойства олова остаются те же, но изменяется кристаллическая структура: перестраивается порядок атомов и в результате меняются физические свойства вещества. Перестройка кристаллической структуры белого олова в структуру серого олова может начаться при большом морозе. «Оловянная чума» была одной из причин гибели экспедиции капитана Скотта на Южный полюс в 1911—1912 гг. Все запасы жидкого топлива, взятые этой экспедицией, находились в сосудах, паянных оловом. В условиях суровой антарктической зимы белое олово превратилось в порошок серого олова, сосуды распаялись. Отважные исследователи остались без топлива. Вот какие трагические последствия может вызвать изменение кристаллической структуры вещества! Возьмем другой пример. Сажа, или копоть,— мягкий черный порошок. Он скапливается на внешней стороне дна кастрюли, в печных трубах или выбрасывается клубами дыма из труб. Это углерод. Уголь тоже состоит из атомов углерода.

Кристалл алмаза из Якутии (сильно увеличено).

Графит, мягкий стерженек карандаша, оставляющий след на бумаге, представляет собой кристаллы углерода. Посмотрите рисунок на стр. 62. Кристаллическая структура графита состоит как бы из слоев, причем расстояния между этими слоями гораздо больше, чем между отдельными атомами внутри каждого слоя. Такие слои сравнительно легко сдвигаются, скользят один по другому. Именно этим свойством кристаллов графита мы пользуемся, когда пишем графитовым карандашом: слои кристаллов графита сдвигаются и чешуйки графита пристают к бумаге. Только, конечно, каждая такая чешуйка представляет собой не один, а очень много атомных слоев: ведь расстояния между слоями атомов в кристалле составляют стомиллионные доли сантиметра, а оставшиеся на бумаге следы графита видны простым глазом.

Но есть и другая форма кристаллического углерода — алмаз. Это самый дорогой и самый красивый из драгоценных камней. Маленькие граненые алмазы видел каждый: это крохотный кристаллик, вставленный в оправу режущего инструмента стекольщика.

Алмаз — самый твердый из всех известных на земле минералов. Алмазными пилами распиливают камни. Алмазными бурами вгрызаются в глубь земли при глубоком бурении. Тонкая проволочка из таких твердых металлов, как углеродистая и хромоникелевая сталь, вольфрам, твердые сплавы, тоже изготовляется с помощью алмаза: чтобы вытянуть в тонкую нить металлическую проволочку, ее нужно проволочить через узкое отверстие, потом через еще более узкое и дальше еще и еще через

Искусственно выращенные кристаллы сегнетовой соли.

все более узкие отверстия. Чтобы проволока получилась ровной, нужно эти отверстия делать в очень твердой основе, иначе металл будет растачивать края отверстия. Незаменимым материалом для таких волочильных досок (фильеров) оказывается алмаз. Сквозь дырочки в алмазе вытягивают проволочки диаметром до тысячных долей миллиметра. Так, например, делают вольфрамовые нити для спиралей электроламп.

Алмазным порошком шлифуют и полируют твердые камни, закаленную сталь, твердые и сверхтвердые сплавы.

Самые ответственные детали двигателей в автомобильном, авиационном и многих других производствах обрабатываются алмазными резцами и сверлами.

В производстве используют крохотные мутные кристаллики алмаза, потому что прозрачные кристаллы алмаза, даже и совсем небольшие, ценятся очень дорого.

Вся мировая добыча алмаза за год (без СССР) уместится на одной грузовой машине. Не удивительно, что с давних пор возникла заманчивая идея: превратить графит в алмаз.

Казалось, задача проста: нужно только изменить порядок расположения атомов углерода. Но оказалось, решить ее не так-то легко. В природе алмаз образуется в глубинах Земли, где температура доходит до 3,5 тыс. градусов, а давление в 200 тыс. раз больше, чем на поверхности Земли. Более восьмидесяти лет упорно трудились ученые разных стран, но атомные постройки углерода не сдавались

человеку. Интересно, что сначала задача была решена теоретически. Физики рассчитали давление и температуру, при которых легкая атомная постройка графита перейдет в несокрушимую крепость алмаза. При таких условиях отказываются служить обычные материалы: массивная сталь перестает быть надежной защитой, водород проходит сквозь стенки стальной бомбы, как воздух через рогожный мешок. И все же эта трудная задача была решена советскими учеными. Теперь в нашей стране организовано промышленное производство советских искусственных кристаллов алмаза и инструмента из них. Искусственные алмазы значительно дешевле натуральных, а по твердости даже превышают их. Срок службы инструмента с алмазной заточкой в десятки раз больше обычного. Обработка трущихся деталей алмазом вдвое увеличивает срок службы этих деталей.

А это значит, что собранные из таких деталей автомобиль, трактор, компрессор и многие другие машины будут работать без капитального ремонта вдвое дольше.

БЕСПОРЯДОК В ПОРЯДКЕ И ПОРЯДОК В БЕСПОРЯДКЕ

Уже много лет ученых тревожила одна из загадок природы. Зная, каков порядок расположения атомов в кристалле, ученые рассчитали, какова должна быть прочность атомного «каркаса». И вдруг оказалось, что все технические металлы на самом деле гораздо менее прочны, чем получается по расчету. Так, например, чистое железо или чистое олово должны быть в сто, а то и в тысячу раз прочнее, чем то железо и то олово, с которым имеет дело техника.

Но почему же реальный, технический металл не столь прочен, как получается по расчету?

Оказалось, что в идеальном порядке атомных построек в каждом кристалле можно встретить дефекты, нарушения: либо как бы оборвана, не закончена атомная плоскость, либо как бы сдвинут ее порядок. Обнаружилось, что такие дефекты всегда существуют в любом кристалле. Очень тонкие, очень малые нарушения, но ведь, «где тонко, там и рвется». Поэтому, если на кристалл снаружи действуют силы, кристалл поддается им прежде всего в тех местах, где порядок нарушен. Представьте себе, что в ажурном каркасе высотного

дома одна из балок оказалась с изъяном: из-за нее легко может рухнуть вся постройка. Так и в кристалле из-за дефектных мест атомные постройки разрушаются намного легче, чем должно быть по расчету.

Техническое железо выдерживает вес в 20 кГ на 1 мм², а могло бы оно выдерживать 1400 кГ при том же сечении. И только из-за того, что какие-то атомы железа сошли со своих мест, приходится тратить семьдесят тонн железа там, где можно было бы обойтись и одной! Естественно, что техника крайне заинтересована в создании высокопрочных кристаллов. Очевидно, это должны быть кристаллы с совершенно идеальным порядком, без единого нарушения атомного строя. Задача очень трудная, но первые успехи уже есть. Удалось получить кристаллы железа и других металлов, в 100—1000 раз более прочные, чем природные. Пока такие кристаллы очень малы: это нитевидные кристаллы — «усики», тоньше человеческого волоса. Больших бездефектных кристаллов пока выращивают мало, но и высокопрочные «усики», несомненно, громадное достижение науки.

И еще одну задачу в настоящее время решают ученые. Можно научиться, так сказать, наводить порядок в беспорядке: так растить кристаллы, чтобы дефекты, нарушения атомных построек располагались не случайно, а в нужном порядке. Так могут быть созданы кристаллы с заранее заданными свойствами — магнитными, электрическими, механическими.

КРИСТАЛЛЫ РАБОТАЮТ

Строением кристаллов объясняются и многие удивительные их свойства. У кристаллов кварца и некоторых других веществ открыто интересное свойство: пьезоэлектричество. Если сдавить пластинку, вырезанную из кристалла кварца, то на ней появляются электрические заряды. Усилится давление, и величина заряда возрастает. Когда растягивают пластинку, электрический заряд ее тотчас же меняет знак: там, где был плюс, появится минус. Если приложить к такой пластинке электрический заряд, тогда все получается наоборот: кристалл сжимается или расширяется, смотря по знаку заряда. Если же прикладывать к кварцевой пластинке попеременно электрические заряды разных знаков,

то пластинка будет то сжиматься, то расширяться, т. е. начнет колебаться.

Таким образом, кристалл кварца может превратить механические колебания в электрические, и обратно.

Пластинки, специально вырезанные из кристаллов кварца, так называемые пьезокварцы, очень широко применяются в радиотехнике. Они контролируют и поддерживают постоянство частоты приемных и передающих радиостанций. Без них не могли бы работать радиостанции.

Применение таких пластинок позволило создать прибор невиданной точности, а именно кварцевые часы. За триста лет эти часы ошибаются всего лишь на одну секунду!

Пьезокварцевые пластинки мгновенно и точно откликаются на изменения давления, от самых ничтожных до десятков тонн. Поэтому их вставляют в приборы, измеряющие давление: меняется давление и на пластинке появляются электрические заряды, которые улавливаются и усиливаются электрическими приборами. Приборы с пьезокварцем дают возможность изучать изменения давления в мощных паровых машинах и двигателях внутреннего сгорания, давление в дуле артиллерийского ствола в момент выстрела и давление в момент взрыва бомбы, даже давление крови в кровеносных сосудах человека или давление соков в стеблях растений. Пьезоэлектрические кристаллы применяются в микрофонах, телефонах и многих других приборах.

Промышленности нужно огромное количество пьезокварцевых пластин. Для этого требуются многие тонны кристаллов кварца. Наша Родина богата месторождениями кварца. И тем не менее еще недавно кварца в промышленности не хватало, потому что чистые, прозрачные кристаллы кварца, горного хрусталя, нужные для пьезотехники, встречаются в природе редко.

Уже давно пытались ученые вырастить искусственные кристаллы горного хрусталя.

Около 70 лет тому назад одному итальянскому профессору удалось вырастить кристаллики кварца размером в несколько миллиметров. По тем временам это был колоссальный успех. Но проходили десятки лет, ученые многих стран бились над этой проблемой, а кристаллы кварца больших размеров не получались. Чего

только не пробовали, чтобы вырастить эти неподатливые кристаллы! Их размер едва достигал двух-трех миллиметров. Ну, а из такой крупинки пьезокварцевую пластинку ведь не сделаешь!

Несколько лет назад советские ученые разрешили и эту задачу.

В лабораториях научились создавать и другие кристаллы, которые успешно соперничают с кварцем в технике.

Если открыть крышку любых часов, можно увидеть, что колесики часов опираются на крохотные красные камушки — кристаллики рубина. Этот драгоценный камень уступает

по твердости и красоте только алмазу. Посчитайте, сколько людей носят часы и сколько, значит, нужно кристаллов, чтобы обеспечить советскую часовую промышленность! В нашей стране есть заводы, которые производят необходимое количество великолепных кристаллов искусственного рубина.

Совсем недавно весь мир облетело сообщение о новом применении кристаллов рубина: если осветить специально приготовленный кристаллик рубина светом несложной газоразрядной лампы, из кристалла вырвется луч света такой ослепительной мощности, что, направив его на Луну, можно разглядеть на ее поверхности любую деталь. Красный луч света из рубинового генератора пробивает стальные листы.

Неисчислимы применения кристаллов в технике: полупроводниковые приборы, элементы памяти в электронно-счетных машинах, солнечные батареи, приборы, считающие ядерное излучение, призмы и объективы фотоаппаратов и телескопов и многие, многие другие приборы и установки.

КАК ОБРАЗУЮТСЯ МИНЕРАЛЫ И ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

На берегу реки или на склоне горы вы встречаете обломки различных горных пород и минералов. В них часто можно видеть плотно прилегающие друг к другу зерна.

Обломки некоторых пород по внешнему виду напоминают темное стекло и кажутся однородными. Однако под микроскопом можно обнаружить, что они состоят из очень мелких зерен. Встречаются такие породы, у которых ярко выражена слоистость. Часто в них заметны окаменевшие раковины.

Почему горные породы так отличаются друг от друга? Объясняется это различным происхождением их. Одни породы образовались из расплавленной огненно-жидкой магмы, почему и называются магматическими или изверженными. К примеру, назовем гранит, базальт, туф, пемзу. Другие породы образовались на дне древних морей

Различные формы залегания магматических пород.

и озер. Постепенно, в течение многих миллионов лет, здесь накоплялись толщи песка, глины, остатков организмов. Так образовались осадочные породы. В результате движений земной коры морское дно стало сушей.

Из осадочных пород вам хорошо знакомы глина, мел, песчаник, известняк. Осадочные и магматические породы в связи с движениями земной коры могли опускаться в глубокие недра и там, подвергаясь сильному давлению и нагреванию, изменялись. Так создавались новые породы. Геологи называют их метаморфическими¹. К ним относятся мрамор, глинистый сланец, гнейс.

Таким образом, по своему происхождению горные породы разделяются на магматические, осадочные и метаморфические. Все они состоят из минералов.

Минерал — природное химическое соединение элементов с определенными, лишь ему присущими свойствами. Например, в результате соединения натрия и хлора образуется поваренная соль, а при соединении кремния и кислорода — кварц. В природе встречаются и минералы, состоящие из одного элемента, например самородное золото, серебро, сера и др. Минералы отличаются по цвету, твердости, плотности и другим свойствам.

Количество минералов очень велико: около трех тысяч разновидностей. Правда, половина из них встречается редко.

МАГМАТИЧЕСКИЕ (ИЗВЕРЖЕННЫЕ) ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

На больших глубинах от поверхности Земли находятся очаги раскаленной магмы. При образовании гор в земной коре возникают глубокие трещины, по которым поднимается магма, заполняя образовавшиеся пустоты. Постепенно магма охлаждается и кристаллизуется. Если это происходит на значительной глубине, формируются кристаллические зернистые породы. Они называются глубинными магматическими. Когда же магма изливается через жерла вулканов (см. стр. 119) или трещины в земной коре, образуются излившиеся магматические породы. Они представляют собой

¹ От греческого слова «метаморфоо»— изменяю, превращаю.

пористую шлакообразную массу (пемза) или стекловатую (обсидиан).

Магматические горные породы часто совершенно непохожи одна на другую. Они бывают разнообразны и по цвету: почти белые, желтовато-розовые, зеленые, красные, коричневые, черные. Одни породы плотные, как стекло, другие состоят из видимых простым глазом зерен минералов.

Откуда такое разнообразие пород, если все они образовались из магмы? Разобраться в этом вопросе поможет нам состав магмы. В нее входят в основном кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, натрий, калий и магний. На эти элементы приходится в общем свыше 97% состава магмы, а на долю остальных элементов менделеевской таблицы — всего только около 3%.

Различные элементы, из которых состоит расплавленная магма, распространены в ее массе неравномерно. Они постепенно перемещаются на значительные расстояния и накапливаются в отдельных ее участках. Такие перемещения могут быть связаны с разной плотностью элементов кристаллизующейся магмы: более легкие поднимаются, как бы «всплывают», а более тяжелые — погружаются. Возможно также, в силу очень сложных физико-химических процессов происходит разделение магматических масс на несмешивающиеся расплавы различного состава. Разделению магмы способствуют и перемещения ее летучих частей (газов), которые переносят отдельные элементы. Кроме того, магма, проплавляя породы, обогащается содержащимися в них элементами.

В связи с перегруппировкой различных элементов в одних местах обособляется магма одного состава, в других — другого. Проникая в трещины земной коры, разная по составу магма образует различные магматические породы. Например, если магма была богата железом, формируются темно-зеленые, почти черные породы, содержащие черную слюду, а из темно-зеленых породообразующих минералов — пироксен, роговая обманка и оливин. Если же магма была бедна железом, то при ее кристаллизации образуются породы серого, розового и других светлых тонов. В них преобладают такие минералы, как кварц, полевой шпат. Сочетаний минералов очень много, а в связи с этим много и разновидностей магматических пород.

Глубинные магматические породы образуются на расстоянии трех и более километров от поверхности Земли. Они имеют ярко выраженное зернистое строение. Размеры зерен минералов от нескольких миллиметров до 5 см. Обычно, чем больше была масса остывшей магмы и чем глубже она находилась, тем лучше закристаллизовывались минералы (образовывались более крупные зерна). Наиболее распространена изверженная глубинная порода — гранит. В нем вы хорошо различаете слюду, зерна розовато-серого полевого шпата и полупрозрачного, похожего на стекло, кварца. Зернистому строению гранита вполне отвечает и его название (от латинского слова «гранум» — зерно).

В земной коре распространено много разновидностей глубинных магматических пород, которые хотя в общем и похожи на граниты, но отличаются по минеральному составу. Таковы, например, сиениты, в которых по сравнению с гранитами больше полевого шпата, диориты — богатые роговой обманкой и биотитом. Бывают породы промежуточного состава — гранодиориты, граносиениты и др. Эти породы окрашены чаще в розовые, серые и темно-серые цвета. Кроме того, встречаются более темные явно кристаллические породы — темно-зеленые габбро, состоящие в основном из плагиоклаза¹ и темноокрашенного пироксена; темно-зеленые, почти черные перидотиты — древние кристаллические породы, состоящие в основном из оливина.

Объем внедрившейся в земную кору магмы, из которой при остывании образуются горные породы, бывает очень велик. Выходы гранитов занимают иногда тысячи квадратных километров. В некоторых районах СССР, например на Кавказе, можно целый день ехать на автомашине вдоль Главного хребта и почти все время видеть граниты. Они образовались из магмы, которая поднималась по многим трещинам и расплавляла встречавшиеся на ее пути породы. При застывании магматического расплава образуются гранитные тела, похожие на подземные горы. Такие массивы гранитов и других изверженных пород называются батолитами.

Когда магма не доходит до поверхности Земли, она начинает давить на вышележащие слои, вспучивая их. Так образуются грибообразные тела — лакколиты. В виде небольших гор лакколиты местами уже обнажились в результате разрушения и сноса покрывавших их осадочных пород. Например,

¹ Плагиоклазы — минералы, содержащие окиси алюминия, кремния, натрия и кальция.

в Крыму — Медведь-гора и на Кавказе в районе Пятигорска — горы Бештау, Железная, Машук, Кинжал, Верблюд.

Существует много и других форм крупных глубинных магматических тел. Например, тела плитообразной формы — дайки. Обычно они имеют небольшую толщину, или мощность (5—10 м), но вытягиваются иногда на тысячи метров. При образовании даек в трещины проникает в общем небольшое количество магмы. Соприкасаясь с холодными массами горных пород, она быстро охлаждается — и, не успевая полностью закристаллизоваться, образует мелкозернистые породы — бескварцевые порфириты, светлые кварцевые порфиры¹ и др.

Излившиеся магматические породы образуются из магмы, которая вылилась на поверхность Земли. Ее называют лавой. Магма, температура которой свыше 1000°, на земной поверхности быстро остывает, превращаясь в породу, похожую на темное стекло. Это так называемое вулканическое стекло, или обсидиан. Если лава изливается в огромном количестве, остывание ее замедляется: она успевает частично кристаллизоваться, образуя стекловатую массу с мелкими кристалликами различных минералов. Правда, мелкокристаллическое строение излившейся породы можно обнаружить только под микроскопом.

Огромные массы излившейся лавы образуют иногда мощные покровы. При этом лава успевает закристаллизоваться, и порода получает зернистое строение. Таковы, например, базальты — самая распространенная излившаяся порода на Земле. В Восточной Сибири на площади около 1 млн. км² встречаются покровы темно-зеленых, почти черных базальтов мощностью до 200 м. На о-ве Исландия базальтовые покровы еще внушительнее — 3000 м. Примерно это соответствует высоте дома в ... тысячу этажей. Можно себе представить, сколько лавы излилось здесь на поверхность Земли! Нередко отдельные массивы базальтов отличаются своеобразным строением. Базальтовый массив бывает разбит на столбы с шести- или пятиугольным сечением. На о-ве Стаффа, к западу от берегов Шотландии, находятся выходы базальта в так называемой Фингаловой пещере. Шотландская легенда повествует, что пещера эта была сооружена некогда великаном для своего повелителя — Фингала. В действительности Фингалова пещера — сооружение древнего исчезнувшего вулкана, из жерла

Столбы базальта в Фингаловой пещере на острове Стаффа.

¹ Порфиры — породы с отчетливо видимыми кристаллами, погруженными в основную мелкокристаллическую или стекловатую массу.

которого вылились огромные потоки базальтовой лавы, а морские волны постепенно выбили в них глубокий грот.

Выходы столбчатого базальта в СССР встречаются у побережья Северного Тимана, в Армении около оз. Севан и на склонах потухшего вулкана Арагац, на Алтае, в районе Забайкалья и в других местах.

Кроме базальтов, среди излившихся пород распространены светлоокрашенные андезиты и липариты, состоящие в основном из кварца и полевого шпата.

КАК ПРИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ МАГМЫ ОБРАЗУЮТСЯ ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ

Магма земных недр содержит разные химические элементы, из которых образуются минералы. Они начинают выделяться из магмы в самом начале ее застывания при кристаллизации расплава.

Вы уже знаете, что при охлаждении магмы кристаллизуются кварц, полевой шпат и другие так называемые породообразующие минералы, из которых в основном состоят изверженные горные породы.

Рудные минералы — минералы хрома, никеля, меди и др., а также платина скопляются в магме, из которой образуются темноокрашенные породы — дуниты, пироксениты и др.

В силу различных причин (например, повышенной плотности и др.) рудные минералы перемещаются и собираются в нижних частях остывающих магматических тел либо концентрируются в других местах магматических очагов. Рудных минералов накапливается так много, что образуются месторождения полезных ископаемых (хромовых, медных и других руд). Такие месторождения называются магматическими: в них минералы кристаллизуются прямо из магмы, температура которой достигает 800—1000—1500°. Однако большинство рудных минералов не формируется при столь высокой температуре, а вытесняется породообразующими минералами и зачастую скапливается в больших количествах.

Если бы мы смогли заглянуть в «лабораторию» земной коры, то увидели бы такую картину: магма начинает постепенно охлаждаться, кристаллизоваться и из нее образуются гор-

ные породы, например граниты. Они состоят в основном из трех минералов — кварца, полевого шпата и слюды. Когда начинают расти зерна минералов, то на постройку их идут только одни «кирпичики». Например, растет зерно кварца (SiO₂). Оно строится из кремния (Si) и кислорода ( O₂). При этом образуется крепкая постройка — кристаллическая решетка (см. стр. 62). Другие химические элементы словно выталкиваются кварцем. То же самое происходит при формировании полевого шпата и слюды. Элементов-«изгнанников» в магме в общем много. Среди них отметим рудные элементы — литий, бериллий, бор, цирконий, ниобий, а также свинец, золото, цинк, вольфрам, серебро, уран, кобальт, висмут и многие другие. Эти элементы вытесняются из участков закристаллизовавшейся магмы в места, где она еще остается жидкой. Рудных элементов и газов накапливается здесь очень много, пока не начнут действовать силы давления, которые приводят к сжатию земной коры и образованию трещин. Тогда магма вместе с находящимися в ней рудными элементами и газами устремится в трещины. Там она остывает и при температуре 600—800° начинает кристаллизоваться, образуя пегматитовые жилы. Возле стенок жилы порода имеет мелкозернистое строение, а в направлении к центру — более крупнозернистое. Изменение зернистости связано с тем, что пегматитовый расплав, попадая в трещины и соприкасаясь с холодными горными породами стенок, быстро остывает. Чем дальше от стенок, тем медленнее охлаждается магма и тем лучше она закристаллизовывается. По-

Схема строения пегматитовой жилы: в центре полость с кристаллами кварца и других минералов.

рода в пегматитовой жиле состоит в основном из кварца и полевого шпата. Оба эти минерала кристаллизуются одновременно, причем кварц выделяется в виде причудливых угловатых зерен, пронизывающих полевой шпат и придающих породе характерный рисунок, который напоминает древнееврейские письмена. Отсюда и ее название — «письменный гранит» или «еврейский камень».

В направлении к центральной части пегматитовых жил зерна полевого шпата и кварца укрупняются. Размер отдельных зерен бывает более 20 см ! В центральной части пегматитовых жил нередко встречаются пустоты, образовавшиеся в результате скопления газов в жидком расплаве. Стенки пустот зачастую усеяны прозрачными бледно-голубыми или винно-желтыми топазами, зелеными или розовыми турмалинами, ярко-красными гранатами, шестиугольными пачками светлой или черной слюды, большими кристаллами дымчатого кварца, желтовато-розового полевого шпата и другими минералами. Пустоты достигают иногда более двух метров. В них вырастают гигантские кристаллы.

Раньше в пегматитовых жилах искали главным образом красивые драгоценные камни, а теперь так называемые редкоземельные минералы. Встречающиеся в них элементы улучшают качество металлов, которые широко используются в технике.

Рудная жила, образовавшаяся в трещине горной породы.

Среди элементов-«изгнанников» есть такие, которые не могут кристаллизоваться в пегматитовых жилах из-за слишком высоких температур (600—800°). Таковы, например, ртуть, сурьма, свинец, цинк, золото, серебро, медь, кобальт, висмут, вольфрам и другие элементы. Они отделяются от пегматитового расплава и постепенно охлаждаются вместе с остатками кристаллизующейся магмы. Когда температура понизится до 600—400° и ниже, а в земной коре

появятся трещины, в них устремятся газы и пары воды вместе с растворенными рудными элементами. Соприкасаясь с холодными стенками трещин, водяные пары начнут конденсироваться. Из горячих водных растворов выделятся рудные минералы. Такие жилы называют гидротермальными. Они содержат кварц, кальцит и другие нерудные минералы. В этих жилах концентрируются и ценные рудные минералы, содержащие золото, вольфрам, медь, олово и другие элементы. Из гидротермальных жил добывают различные металлические и неметаллические полезные ископаемые.

ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Весной во время таяния снега или летом после сильного дождя со всех возвышенных мест стекают струйки воды. Они сливаются в ручейки, которые стремительно несут свои воды в реки.

Каждый год с поверхности Земли ручьи и реки сносят в моря огромное количество глинистых, песчаных и других минеральных частиц.

В морской воде, кроме глинистого материала, содержится небольшое количество химических соединений кальция. Этот элемент входит в известковые панцири многих обитателей морей и океанов. Когда морские организмы отмирают, из их остатков образуются слои известковистых пород. Постепенно они уплотняются, твердеют, каменеют. Из известкового материала слагаются пласты известняков, а из глинистых частиц — глинистые сланцы. Зачастую из морской воды выпадают одновременно глинистые и известковые частицы, образуя мергель.

Некоторые осадочные породы почти целиком состоят из скоплений игл морских ежей и члеников морских лилий, раковин, скелетов и панцирей отмиравших морских организмов. Так, например, хорошо известный вам писчий мел, который добывается возле Белгорода и в других районах, состоит из остатков мельчайших организмов — фораминифер. Нередко встречаются пласты известняка-ракушечника — ценного строительного камня.

Глубоководные осадки океанов состоят из кремнистого ила, который образуется при отмирании мельчайших водорослей диатомей (с кремнистым панцирем), а также простейших

Выход пластов осадочных горных пород близ Новороссийска.

одноклеточных организмов радиолярий с прочной кремневой оболочкой. При затвердении диатомовый ил превращается в крепкую горную породу диатомит. Из ила, содержащего, кроме диатомей, остатки мельчайших животных организмов, образуется близкая по виду и составу к диатомиту горная порода — трепел.

Слева — расположение зерен кварца в песчанике; справа — в кварците.

Морские отложения, состоящие из остатков растительных и животных организмов, называются органогенными осадочными породами. Они образуются обычно в глубоководных частях морских бассейнов, куда выносятся растворенные в воде химические соединения кальция, кремния и других элементов. В мелководных прибрежных частях бассейнов накапливаются более крупные и тяжелые частицы разрушенных пород — слои песка, а ближе к берегу — хорошо окатанная морскими волнами галька.

Пласты песка на дне моря под давлением лежащих над ними пород постепенно уплотняются, промежутки между песчинками заполняются известковым и другим материалом, содержащимся в морской воде. Он плотно цементирует песчинки. Образуются крепкие породы — песчаники. Уплотненные и сцементированные известковыми и другими растворами крупные обломки пород называются брекчией, а слои уплотненной гальки — конгломератами.

На дно океанов выпадают также растворенные в морской воде окислы железа, марганца, алюминия. Местами из них образуются мощные пласты железных, марганцевых и бокситовых (алюминиевых) руд, которые переслаиваются пластами различных горных пород.

Среди осадочных пород встречаются пласты каменного угля. Они образовались из остатков торфа и древесной растительности, которые в огромных количествах накапливались в при-

брежных заболоченных участках. Со временем их покрыли мощные толщи глин, песчаников, известняков и других осадочных пород. Растительные остатки под огромным давлением и без доступа воздуха постепенно изменялись, обогащались углеродом (обуглероживались) и наконец превратились в каменный уголь.

Нефть, вероятно, тоже органического происхождения. Остатки мельчайших животных и растительных организмов накапливались на дне древних морей, образуя органические илы. Они постепенно перекрывались другими осадками, уплотнялись и без доступа воздуха за длительное время превратились в нефть. Вместе с нефтью часто встречаются большие скопления горючих газов.

Не менее интересно возникновение в природе и других полезных ископаемых. В заливах, соединяющихся с морем узким проливом, быстро испаряется вода, повышается насыщенность ее солями, особенно в районах жаркого сухого климата. Когда раствор перенасыщается, соли выпадают на дно залива. Так образуются пласты мирабилита, иначе глауберовой соли, каменной соли, гипса и других полезных ископаемых.

Осадочные породы залегают не всегда горизонтально. Слои осадочных пород можно наблюдать в горных выемках и ущельях, в руслах рек и глубоких оврагах. В результате мощных давлений, которые возникают в земной коре, осадочные породы во многих местах смяты в складки.

Отложившиеся на морском дне осадки уплотняются под огромным давлением, и в них образуются из глинистых минералов мелкие чешуйки прозрачной слюды — серицит и хлорит. Если в осадках содержался кремнистый материал, может сформироваться кварц, а из известковистых частиц — кальцит. Если в осаждавшемся известковистом материале был магний, то возникает уже другая горная порода — доломит.

Осадки накапливаются также в озерах и болотах, но мощность пластов здесь в общем невелика.

В результате выветривания пород на склонах возвышенностей образуются отложения песка, глины и обломков горных пород. Иначе протекает этот процесс в пустыне. Сильные ветры выносят массы песка. Песчинки ударяются о скалы и трутся одна о другую. Зерна слабых, непрочных минералов истираются в тонкую пыль, которая выдувается ветром далеко за пределы пустыни и там откладывается в виде

мягкой породы — лёсса. В пустынях накапливаются пески, состоящие из зерен кварца и других твердых минералов.

В северо-западных районах Европейской части нашей страны встречаются значительные скопления валунов, которые были принесены сюда ледниками, покрывавшими некогда огромные территории не только Европы, но также Азии и Северной Америки.

МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Горные породы, независимо от того, где они образовались — в глубинах Земли или на ее поверхности, не остаются неизменными. Поясним это примерами. На дне морей отлагаются различные осадки. За миллионы лет накапливаются огромные толщи осадков в сотни и даже тысячи метров. Породы, которые лежат сверху, давят с огромной силой на нижележащие, и рыхлые осадки постепенно уплотняются. Один кубический метр горной породы весит в среднем 2500 кГ. А столб породы высотой в 100м оказывает давление на 1м² лежащих под ним пород в 100 раз больше — 250 тыс.кГ ! Добавьте к этому еще давление воды морского бассейна. Под действием такого огромного давления осадочные породы не только уплотняются и твердеют, но и частично начинают закристаллизовываться.

В земной коре на глубине в несколько километров породы находятся под воздействием высокой температуры, достигающей сотен градусов. Кроме того, отдельные участки земной коры подвергаются мощному давлению изнутри, сказывается влияние и других геологических факторов. В результате этих процессов пласты мощностью в тысячи метров сминаются в сложные складки. При этом некоторые породы, например известняки, находящиеся в толще земной коры, начинают медленно течь, как ледник, сползающий с высоких гор.

В условиях огромного давления и высокой температуры горные породы и минералы приобретают новые свойства. Этот процесс называется метаморфизмом. Например, из песчаников, состоящих в основном из зерен кварца, образуются новые плотные породы — кварциты. Они состоят из перекристаллизовавшегося кварца, зерна которого так плотно сливаются одно с другим, что между ними не остается промежутков.

Если кварциты образуются из песчаников, в которых содержатся окислы железа, то получаются железистые кварциты. Огромные месторождения их находятся в Кривом Роге, в районе Курской магнитной аномалии и в других местах.

В процессе метаморфизма известняки перекристаллизовываются в мраморы. Гранитные магматические породы превращаются в гнейсы. В состав этой наиболее распространенной метаморфической породы входят в общем те же минералы, что и в гранит, от которого она отличается более или менее отчетливо выраженной полосчатостью строения.

Иногда горные породы метаморфизируются только под воздействием магмы и горячих растворов. При внедрении в земную кору магма, соприкасаясь с горными породами, часть их расплавляет. Горячие растворы, пары воды и газы, которые несут с собой соединения раз-

личных элементов, воздействуют на окружающие породы: они растворяют и выносят одни минералы, а другие отлагают на их место.

Земная кора под воздействием солнца, воздуха, воды и организмов непрерывно изменяется. За миллионы лет с поверхности Земли сносились слои огромной мощности. Рудные месторождения постепенно обнажались или оказывались на меньшей глубине. В них под воздействием атмосферы, грунтовых вод и других факторов также образуются одни минералы из других. Только очень немногие вещества, как золото, платина и некоторые другие, не изменяют своего химического состава. Таким образом, минералы и горные породы образуются как в недрах Земли, так и на ее поверхности.

ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ

В наш век, век открытия атомной энергии и мощной техники, требуется огромное количество всевозможных полезных ископаемых.

Полезным ископаемым называется всякое минеральное вещество неорганического или органического происхождения, которое находится в земной коре и может быть использовано человеком для своих нужд в естественном состоянии (например, каменный уголь, поваренная соль, некоторые строительные материалы) или после переработки (например, руды металлов или апатитовые руды).

Полезные ископаемые образуют месторождения, т. е. такие скопления минерального вещества в земной коре, которые экономически выгодно разрабатывать. Это значит, что минеральное сырье должно быть определенного качества и в достаточном количестве, а для добычи и транспортировки его существовали бы благоприятные условия.

По физическому состоянию полезные ископаемые делятся на твердые (железные руды), жидкие (нефть) и газообразные (горючие газы).

В зависимости от особенностей своего состава и характера использования в различных отраслях народного хозяйства полезные ископаемые разделяются на: 1) горючие, 2) металлические, 3) неметаллические (нерудные).

Значение полезных ископаемых исключительно велико для любого государства. Поэтому можно без преувеличения сказать, что состояние горной промышленности и тесно с ней связанных отраслей промышленного производства может служить мерилом национального богатства, могущества и независимости страны.

Если исходить из общих запасов различных металлов и других важных полезных ископаемых (уголь, нефть и др.) в недрах земли, то они, конечно, велики и об их истощении говорить пока не приходится. Важно другое, что эти грандиозные запасы полезных ископаемых далеко не все могут быть использованы, так как их добыча пока не везде возможна.

За свою недолгую историю человечество добыло из недр земли колоссальное количество различных полезных ископаемых.

Люди стали использовать минералы и горные породы еще на заре своего существования. На протяжении многих сотен тысячелетий первобытный человек научился пользоваться камнем как орудием труда и защиты. По данным археологических раскопок установлено, что первыми видами минерального сырья, которые использовал первобытный человек, были неметаллические полезные ископаемые — кремень, роговик, кварц, кварцит и некоторые

другие твердые минералы и горные породы. Из камня изготовляли ножи, наконечники стрел и копий, топоры, долота, скребки и пр.

Наряду с камнем применялась глина. Искусные руки первобытного человека лепили из глины гончарную посуду, различные украшения и даже фигурки богов. Примерно в неолитическое время человек познакомился с золотом и медью.

Научившись различать наиболее полезные для себя камни, первобытный человек начал их собирать.

Горные промыслы были широко развиты у наиболее культурных народов древнего мира — индийцев, вавилонян, египтян, греков и других. В нашей стране на Украине, Урале, Алтае, в Закавказье, Казахстане, Забайкалье и в других местах найдены следы древних рудников, называемых археологами «чудскими копями». Некоторые из рудников относятся к концу каменного века. В период бронзового века, во II и I тысячелетиях до н. э., в Калбинском и Нарымском хребтах уже добывалась оловянная руда. Около 3500 лет назад в Приуралье выплавляли медь из малахитовых руд. В I тысячелетии до н. э. на территории Северного Казахстана велась добыча золота и медных руд, а в Средней Азии — серебряно-свинцовых руд.

В эпоху бронзы наши предки использовали для украшений различные поделочные и драгоценные камни.

С началом железного века племена, населявшие лесные районы средней и северной полосы Русской равнины, научились выплавлять железо из болотных железных руд. Следы начала железного века сохранились во многих местах — в верховьях Днепра, Волги, среднего течения Оки, в Карелии.

Таким образом, общее количество видов полезных ископаемых, применявшихся в первобытном обществе и позднее — в древнем мире, было невелико. Из металлов использовались золото, серебро, медь, железо, свинец, олово и цинк. Шире применялись неметаллические ископаемые.

Список полезных ископаемых, используемых современной промышленностью, непрерывно расширяется. Многие минералы и горные породы, которые еще сравнительно недавно не считались «полезными ископаемыми», теперь приобрели особую ценность в связи с достижениями науки и техники. Так, например, в течение многих веков такие ценные металлы, как никель, кобальт, вольфрам, платина, уран

и другие, выбрасывались. Можно сказать, что в земных недрах неполезных ископаемых нет, любая горная порода или бедная металлом руда может найти применение, если будут изобретены дешевые способы их переработки.

За годы Советской власти в СССР было открыто такое множество месторождений различных полезных ископаемых, что теперь наша страна занимает одно из первых мест в мире по запасам важнейших видов минерального сырья: нефти, железа, марганца, меди, свинца, вольфрама, калийных солей и многих других.

Недра Советского Союза хранят разнообразные ископаемые повсюду: от Новой Земли до Памира и от крайних западных областей нашей страны до далекой Колымы.

В Программе КПСС, принятой на XXII съезде, указано, что дальнейшее быстрое увеличение производства металла и топлива по-прежнему остается одной из важнейших народнохозяйственных задач. К 1980 г. наша черная металлургия достигнет уровня, позволяющего выплавлять примерно 250 млн.Т стали в год. Особенно увеличится производство легких, цветных и редких металлов. Нефть и газ будут в большом количестве использоваться химической промышленностью. Широко станет применяться атомная энергия в народном хозяйстве, медицине и науке.

ГОРЮЧИЕ ИСКОПАЕМЫЕ

Без горючих ископаемых не могут существовать промышленность, сельское хозяйство и особенно транспорт.

Основные виды горючих ископаемых — торф, бурые и каменные угли, горючие сланцы, нефть и горючие газы. Горючие ископаемые часто называют каустобиолитами¹ .

С древних времен известен торф как горючий материал. Крупные разработки торфа были предприняты еще в XII — XIII вв. в Шотландии и Нидерландах. Значительно позднее (XVI — XVII вв.) добыча торфа началась во Франции, Швеции и Германии.

В России первые попытки организовать добычу торфа относятся к XVIII в.

¹ Это название происходит от трех греческих слов: «каустос»— горючий, «биос»— жизнь и «литое»— камень; дословно — это горючие камни, образовавшиеся в результате жизнедеятельности организмов.

Торф представляет собой полуперегнившую растительную массу, образовавшуюся на дне болот или заболоченных озер. Торф состоит из неполностью разложившихся растений (осоки, тростника, камыша, болотного разнотравья, мха), часто остатков различных деревьев (ели, ольхи, березы), продуктов полного разложения растительных остатков, называемых гумусом, и минеральных веществ — песка, глины, ила.

В естественном состоянии торф содержит много воды (примерно 80— 90%). Чем выше степень разложения растительных остатков, тем торф богаче углеродом, а следовательно, и калорийность его выше. Лучшие сорта торфа дают только 2% золы.

По количеству выделяемого тепла торф превосходит дрова, но значительно уступает каменному углю и нефти, поэтому перевозить его на дальние расстояния экономически невыгодно. Удобнее сжигать его на месте в топках электростанций, заводов и фабрик.

В Советском Союзе имеется много электростанций, которые используют в качестве топлива торф. К их числу, например, относятся такие электростанции, как Шатурская имени В. И. Ленина под Москвой, «Красный Октябрь» и «Дубровская» вблизи Ленинграда, Балахнинская у г. Горького и некоторые другие.

За последние годы у нас и за рубежом уделяется большое внимание химической переработке торфа. Из него получают много ценных продуктов: газ, кокс¹, бензин, керосин, деготь, древесный спирт, аммиак, карболовую и уксусную кислоты, масло для пропитки железнодорожных шпал, воск и другие вещества. Торф применяют на строительстве как теплоизоляционный материал и в сельском хозяйстве (подстилка для скота, удобрение и т. п.).

Торфяники распространены почти повсюду (за исключением пустынь). Обычная мощность торфяных залежей 2—3 м, но иногда она достигает 10—12 м. Торф обладает замечательным качеством — запасы его в природе восстанавливаются. Этим он отличается от других горючих ископаемых. Ежегодный прирост торфа на всей площади торфяника равен

¹ Кокс — горючий материал, получаемый путем сухой перегонки каменного угля и торфа без доступа воздуха.

1 —3 мм. Мировые запасы торфа пока не учтены. Ориентировочно считается, что на территории СССР сосредоточено более 60% мировых ресурсов торфа.

Наиболее богаты торфяными залежами Сибирь и Европейский Север. Добыча торфа в СССР полностью механизирована.

Ископаемый уголь как топливо был известен человеку еще в каменном веке. Упоминания о каменном угле встречаются в сочинении знаменитого философа древней Греции Аристотеля, жившего в IV в. до н. э.

В широких масштабах добыча каменного угля в европейских странах началась примерно в XVII в. В нашей стране основные каменноугольные бассейны были открыты в XVIII в. В 1721 г. Григорий Капустин нашел уголь в Донбассе, а Иван Палицын — в Подмосковном бассейне. Годом позже Михаил Волков открыл уголь Кузбасса.

Первооткрывателями самых крупных в России каменноугольных бассейнов были простые русские люди.

С тех пор как изобрели паровую машину и нашли способ плавить руды вместо древесного угля на каменном, последний стал одним из самых важных горючих ископаемых. В наше время ежедневно тысячи поездов везут каменный

Схема расположения главных месторождений угля на земном шаре.

уголь на металлургические заводы, где его сжигают в коксовых печах и домнах. Каменный уголь сжигают в топках паровозов, пароходов, тепловых электростанций и других паросиловых установок. Из каменного угля получают бензин, смолу, пластмассы, светильный газ, аммиак и многие сотни других ценных продуктов.

Цвет ископаемых углей изменяется от светло-бурого до черного. Угли бывают матовые и блестящие, рыхлые и твердые, как камень. Химический состав ископаемых углей тоже различен. Все свойства углей зависят от материала, из которого они образовались, и от дальнейших изменений. Одни угли образовались из остатков древесной и травянистой растительности, другие — из водорослей, спор и остатков микроорганизмов.

Великий русский ученый М. В. Ломоносов первый в геологической науке пришел к выводу, что каменный уголь образовался из древних торфяников при участии «подземного огня».

Залежи каменных углей образовывались во многие периоды жизни Земли — в каменноугольный, пермский, юрский, а также в третичное время. По химическому составу, внешним признакам, теплотворной способности и некоторым другим особенностям ископаемые угли разделяются на бурые, каменные и антрациты.

Бурые угли встречаются как в форме плотных, так и землистых рыхлых масс; цвет их темно-бурый или почти черный. Блеск в изломе обычно матовый или тусклый. Твердость небольшая. Нередко в изломе глыбы бурого угля можно невооруженным глазом увидеть растительные остатки.

Калорийность бурых углей от 2000 до 6200 калорий. В большинстве своем бурые угли дают много золы (до 40%) и содержат много серы (1 — 2%).

Каменные угли — черные, реже буровато-черные массы; иногда они обладают жирным или смоляным блеском. Излом — раковистый или занозистый. Угли пачкают руки. В микроскоп видно, что они также образовались из растений.

В техническом отношении каменные угли разделяются на спекающиеся (коксовые угли), слабоспекающиеся (слабококсовые угли) и не-

спекающиеся (тощие порошковатые угли). Калорийность каменных углей колеблется в пределах 6600—8750 калорий.

Антрациты — это плотные смоляносерые или железо-черные массы с металлическим блеском. Иногда на поверхности скола наблюдаются радужные переливы. Руки антрациты не пачкают. Твердость значительно выше, чем у каменных углей. Антрацит загорается очень трудно и горит только при сильной тяге. Калорийность его достигает 8650 калорий.

Советский Союз по запасам угля — богатейшая страна мира.

За последние 50—60 лет очень важное промышленное значение приобрели горючие сланцы.

Горючими сланцами называют любые сланцевые глинистые породы, которые содержат в своем составе горючие органические вещества и имеют зольность свыше 30—40%. Горючие сланцы обладают невысокой теплотворной способностью — 1500—3000 калорий. Они сравнительно легко перерабатываются в искусственное жидкое топливо — нефть, бензин.

Горючие сланцы образовались в разное геологическое время, и некоторые из них — самые древние представители твердых горючих ископаемых на Земле (например, шунгитовые сланцы в Карелии и кукерские сланцы в Эстонии). Цвет горючих сланцев различный — от желтоватого до коричневого и синевато-серого. Хороший горючий сланец обычно легко загорается от спички коптящим желтым пламенем, распространяя характерный запах смолы. Главная масса добываемых горючих сланцев поступает на сухую перегонку, при которой получается сырое сланцевое масло, газ и аммиачная вода. Из сырого масла извлекаются нефть или бензин и различные минеральные масла. Газ используется для освещения, отопления и в энергетике. Образующаяся при сжигании зола идет на изготовление различных строительных материалов — цемента, кирпича и т. д.

Мировые запасы горючих сланцев (в пересчете на жидкое топливо) во много раз больше запасов природной нефти и других ее заменителей.

Нефть человечество знает давно. Еще древние египтяне употребляли нефть как средство для бальзамирования тел умерших. В древней Греции нефть также применяли, и она называлась «сицилийским маслом». В нашей стране еще в VIII в. жители Апшеронского п-ова, не имея дров, использовали для отопления своих жилищ землю, пропитанную нефтью. Земля эта горела и спасала людей от холода.

Хотя нефть уже давно была знакома человеку, однако широко ее использовать начали только со второй половины прошлого столетия. Особое значение нефть и ее продукты получили теперь.

Нефть — маслоподобная жидкость, вероятно, органического происхождения. Цвет ее обычно темный, но встречаются нефти светлых и светло-желтых, зеленовато-коричневых или красновато-коричневых оттенков. Запах нефти керосиновый, иногда со слабым или сильным сернистым «душком».

Теплотворная способность нефти очень высока — 1 кГ при сжигании дает 10 тыс. калорий.

В этом отношении она выше антрацитов и к тому же еще сгорает без остатка. В химическом составе нефти основное место занимает сложная смесь углеводородов, причем углерода в нефти от 84 до 88%, а водорода — около 14%. Кроме того, в состав нефти входят также кислородные, сернистые, азотистые соединения и некоторые неорганические (минеральные) примеси. Нефти различных месторождений часто имеют и различный химический состав.

Месторождения нефти встречаются во всех отложениях, начиная с кембрия до третичных включительно. Нефть залегает в пористых осадочных породах морского происхождения — песках и песчаниках, часто изогнутых в складки, в форме свода. Встречается нефть и в известняках, где заполняет пустоты и трещины. Залежи нефти часто находятся под большим

давлением газа; поэтому, если при бурении не принять предохранительных мер, может образоваться мощный нефтяной фонтан и огромное количество нефти и газа безвозвратно потеряется. Открытый фонтан нефти считается катастрофой на нефтяном промысле.

Трудно найти такую отрасль народного хозяйства, где бы не применяли нефть и продукты ее переработки. И действительно, нефть служит источником энергии, тепла и света, сырьем для химической промышленности и т. д.

Из нефти вырабатывается много продуктов: бензин, газолин, керосин, мазут, различные смазочные масла, спирт, синтетический каучук, пластмассы и т. д.

Советский Союз по запасам нефти занимает первое место в мире (больше половины мировых запасов).

В сотни городов и многие тысячи районных поселков и колхозных деревень нашей страны пришел природный горючий газ. Сейчас миллионы квартир газифицированы. На газ переведено большое число промышленных предприятий Москвы, Ленинграда, Харькова, Киева, Саратова и других городов.

Горючий природный газ — важный источник для получения бензина и ценное сырье для многих отраслей химической промышленности — производства пластмасс, искусственных тканей и т. д.

Горючие природные газы — это смесь различных газообразных углеводородов, азота, окиси углерода, углекислого газа, кислорода и водорода с некоторой примесью сероводорода и фосфористого водорода. Теплотворная способность горючего газа очень большая и достигает 11 400 калорий.

Горючий газ доставляется с мест добычи в районы потребления по газопроводам, длина которых иногда превышает 2 тыс.км (например, Бухара — Урал).

Наша страна обладает огромными запасами природных горючих газов — самого дешевого высококалорийного топлива и ценнейшего источника сырья для химической промышленности.

Схема расположения главных месторождений черных металлов на земном шаре.

1. Распределение газа, нефти и воды в антиклинали. 2. Ловушка для нефти в разбитых трещинами известняках с пустотами. 3. Слои песка переходят в глины. В местах их выклинивания образуется ловушка для нефти.

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ИСКОПАЕМЫЕ

Черные металлы и их сплавы

Железо — наиболее распространенный металл в земной коре, но его начали применять позднее некоторых других металлов, например золота, меди, олова, свинца, цинка. Это, по-видимому, объясняется тем, что руды железа мало похожи на металл. Первобытному человеку было трудно догадаться, что из них можно получить металл, пригодный для изготовления нужных ему вещей.

Прошло очень много времени, пока человек научился извлекать железо из руд и делать из него чугун и сталь.

В настоящее время железные руды относятся к тем полезным ископаемым, без которых не может обходиться ни одна сколько-нибудь развитая в промышленном отношении страна. Железные руды служат сырьем для черной металлургии. Мировая добыча этих руд примерно 350 млн.Т в год.

Из железных руд выплавляются чугун (с содержанием 2,5—4% углерода), сталь (1,5— 0,2% углерода) и железо (0,2—0,4% углерода), а также сталистые чугуны (2,5—1,5% углерода).

Наиболее широко применяется в промышленности сталь, значительно меньше — чугун и железо.

Чугун выплавляется из железных руд в домнах, работающих на коксе или каменном угле; сталь и железо переплавляются из чугуна в бессемеровских конверторах, в отражательных мартеновских печах или по способу Томаса (см. т. 5 ДЭ).

Значение черных металлов и их сплавов в жизни человеческого общества исключительно велико. Сотни миллионов тонн чугуна и стали

используются для строительства железных дорог, мостов, железобетонных зданий, для производства различных машин, электровозов, вагонов, автомобилей, тракторов, кораблей. Из железа изготовляются всевозможные предметы широкого потребления. Нет такой отрасли промышленности и сельского хозяйства, где не применялись бы железо и его сплавы.

В природе встречаются сотни минералов, в состав которых входит железо, но лишь немногие из них являются железной рудой. Это магнетит, гематит, бурый железняк и некоторые другие, которые образуют крупные месторождения, занимающие площади в десятки и сотни квадратных километров.

Магнитный железняк, или магнетит, в химическом отношении представляет соединение окиси железа с закисью железа. В природе он встречается и в форме хорошо образованных кристаллов, и особенно часто в виде сплошных или зернистых масс. Цвет магнетита железо-черный. Замечательное свойство этого минерала — магнитность.

По содержанию металлического железа магнетит наиболее богатая железная руда (до 72% железа).

Крупные месторождения магнетитовых руд в нашей стране известны на Урале (горы Магнитная, Высокая, Благодать), на Кольском п-ове, в ряде районов Сибири (Горная Шория, в бассейне р. Ангары и др.).

За последние годы в Казахстане были открыты и разведаны крупные месторождения богатых магнетитовых руд в Кустанайской области: Соколовско-Сарбайское, Качканарское и многие другие.

Гематит, или красный железняк, имеет большее значение для черной металлургии, чем магнетит. В химическом от-

ношении гематит — окись железа. В природе он образует ряд разновидностей (кристаллические, чешуйчатые и плотные скрытокристаллические массы). Окраска гематита от вишнево-красной до железо-черной с сильным металлическим блеском.

Гематитовые руды образуют огромные залежи особенно среди древнейших гнейсов и метаморфических сланцев.

Из общей добычи железной руды в СССР около 70% приходится на гематитовые руды. Крупнейшее месторождение этих руд в нашей стране — Криворожское, огромные запасы гематита таятся и в районе Курской магнитной аномалии. Здесь уже начата промышленная разработка железных руд. В Центральном Казахстане разведано и подготовлено к эксплуатации крупное Караджальское месторождение богатых гематитовых руд, на базе которого построен Карагандинский металлургический завод.

Важный источник получения железа — это так называемые бурые железняки, или лимониты, получившие такое название по характерной бурой окраске. В химическом отношении они представляют собой соединение окиси железа с водой.

Бурые железняки образуют сплошные плотные, ноздреватые и землистые массы, различные натечные формы в виде почек и гроздьев, а также массы горохообразного сложения. Эти руды образуются из соединений железа, которые извлекают поверхностные воды из разрушающихся горных пород. Бурые железняки считаются промышленной рудой, если они содержат не менее 30% железа. К числу наиболее крупных месторождений бурых железняков в СССР относятся: Керченское в Крыму, Бакальское и Орско-Халиловское на Урале.

Ценной особенностью бурых железняков некоторых месторождений СССР является присутствие в них примесей ванадия, марганца, хрома, никеля, кобальта и других металлов.

Современная техника нуждается не только в обычном чугуне, железе и стали, но и в металле, который обладает повышенной вязкостью, хорошей ковкостью, большой упругостью и другими ценными свойствами. Оказывается, что

Схема расположения главных месторождений цветных металлов на земном шаре.

все эти свойства приобретает сталь, если в состав ее в качестве примеси ввести марганец, хром, титан, ванадий и некоторые другие металлы.

К группе черных металлов наряду с железом относят марганец и хром, так как они большей частью используются в черной металлургии.

Марганцевые руды представляют собой соединения марганца с кислородом. В природе они встречаются в виде черных землистых масс. Важнейшие минералы марганца — пиролюзит, браунит, псиломелан, манганит.

Содержание марганца в промышленных рудах колеблется в пределах 15—40%.

Кроме черной металлургии, марганцевые руды применяются в химической промышленности, для изготовления сухих батарей, в керамическом и стекольном производствах.

Наиболее крупные месторождения марганцевых руд у нас в Чиатуре (Грузия), Никополе (УССР), на Урале и в Казахстане.

Единственная руда металла хрома — хромистый железняк, или хромит,— по внешнему виду похожа на магнетит, но, в отличие от него, не обладает магнитными свойствами. Хром применяется в металлургической и химической промышленности. Хромит идет на изготовление огнеупорных материалов. В Советском Союзе много высококачественных хромовых руд на Северном и Южном Урале.

В черной металлургии используются также титаномагнетитовые руды, которые придают особую прочность стали.

Цветные и благородные металлы

В группу цветных металлов входят медь, свинец, цинк, олово, алюминий, магний и некоторые другие. После железа это главные металлы современной промышленности. Они используются в огромных количествах.

В любой современной машине — автомобиле, тракторе, комбайне, танке и самолете — наиболее важные части сделаны из различных цветных металлов и их сплавов.

Цветные металлы широко используются в строительстве, в научных и заводских лабораториях.

Медь — металл красновато-желтого цвета. Ценные качества меди — высокая ковкость и электропроводность. Благодаря им она имеет

исключительное значение в электротехнической промышленности (провода, арматура), в машиностроении, судостроении, изготовлении химической аппаратуры (перегонные котлы, холодильники и т. д.), точных приборов, чеканке монет и т. д.

Кроме того, медь образует ряд сплавов с оловом, цинком, никелем (бронза, мельхиор, латунь и т. д.).

В природе встречается более 150 минералов, содержащих медь, но главное промышленное значение имеют медный колчедан, или халькопирит, борнит, халькозин, ковеллин и отчасти самородная медь.

Как правило, разрабатываются руды с содержанием даже 1—2% меди. Если в медной руде содержатся и другие металлы, добывать ее выгодно, когда в ней и менее 0,5% меди.

В Советском Союзе медные месторождения известны на Урале, в Казахстане, на Кавказе и Узбекистане.

Свинец и цинк встречаются в природе совместно, главным образом в виде сернистых соединений (сульфидов), образующих свинцовые и цинковые руды. Обычно эти руды содержат и другие металлы — медь, серебро, золото, висмут, олово, селен, теллур, кадмий, индий. Поэтому месторождения свинца и цинка называют полиметаллическими. Они встречаются как среди осадочных, так и среди изверженных пород, образуя в них пластообразные залежи, линзы, гнезда и жилы.

Главные рудные минералы полиметаллических месторождений — свинцовый блеск (галенит), цинковая обманка (сфалерит), халькопирит (медный колчедан), пирит (серный колчедан) и др. Минералы свинца и цинка обычно преобладают над другими рудными минералами и служат рудой для получения свинца и цинка.

Свинец — темно-серый блестящий металл, мягкий и ковкий, с низкой температурой плавления (327°,4). Он широко применяется во всех отраслях промышленности — в производстве баббитов (для заливки подшипников), типографского сплава, аккумуляторов, в рентгенотехнике — и служит необходимым материалом для обмотки электрических кабелей, предохраняя последние от разъедающего действия воды.

Цинк — синевато-белый блестящий металл. Он используется для получения сплавов латуни и бронзы, которые необходимы

машиностроению; для цинкования железного листа, труб и телеграфных проводов.

На территории СССР известны многочисленные месторождения свинца и цинка в Казахстане, Средней Азии, Западной и Восточной Сибири, на Дальнем Востоке.

Олово — мягкий металл серебристо-белого цвета, с сильным блеском, обладает хорошей ковкостью и тягучестью. Главный промышленный минерал олова — касситерит, или оловянный камень (соединение олова с кислородом). Он встречается в кварцевых и пегматитовых жилах. Олово имеет разнообразное применение — в радиотехнике и электротехнике (для изготовления конденсаторов), при изготовлении жести для консервных банок. Из оловосодержащих сплавов делают типографские шрифты и бронзовые втулки. Месторождения оловянных руд промышленного значения известны во многих районах Сибири и Дальнего Востока, а также и в других местах.

Никель — серебристый металл, хорошо полируется и сохраняет красивый металлический блеск на воздухе и в воде. Добавка никеля к сталям сильно повышает их вязкость и упругость, что в особенности ценно, например, для брони танков. Применяются также сплавы никеля с медью и с цинком в различных отраслях техники. Наиболее важные рудные минералы, из которых извлекается никель,— пентландит и гарниерит. В СССР встречаются месторождения никелевых руд на Кольском п-ове, Урале и в Сибири.

Алюминий никогда в природе не встречается в металлическом виде, а только в виде окиси, т. е. соединения алюминия с кислородом. Это легкий металл, плотность его 2,7. Он дает прочные и легкие сплавы с цинком, никелем, магнием, марганцем. По качеству эти сплавы близки или даже несколько превосходят высокосортные стали, поэтому широко применяются в авиационном, автомобильном и электротехническом производстве.

В большом количестве алюминий идет на изготовление посуды и других изделий, измельченный — используется в качестве краски.

Алюминий получается из бокситовых руд — каменистых или землистых глиноподобных пород кирпично-красного, желтого или серовато-белого цвета, в составе которых содержится глинозем (40—70%), окись и закись железа и кремнезем.

Промышленные месторождения бокситов в СССР известны в районе города Бокситогорска (Ленинградская область), на Среднем и Северном Урале, в Казахстане, Сибири (Салаир и др.).

Помимо бокситов, сырьем для получения алюминия могут служить такие минералы: алунит, нефелин, кианит и силиманит.

Залежи алунитовых пород имеются в Западной Украине, Казахстане, Азербайджане. Наиболее крупные залежи нефелиновых руд известны на Кольском п-ове и в Красноярском крае.

Магний — серебристо-белый ковкий металл, более чем в полтора раза легче алюминия. Сплавы магния с алюминием, цинком и с другими металлами широко используются в самолетостроении и автомобилестроении. Инструменты и отдельные части машин, изготовленные из магниевых сплавов, отличаются большой прочностью и легкостью. Главные виды магниевого сырья — магнезит (соединение магния с углекислотой), доломит (соединение магния и кальция с углекислотой), карналлит (двойная соль хлористого калия и магния с кристаллизационной водой). Минералы, содержащие магний, широко распространены в земной коре, и месторождения их многочисленны. Магний извлекают из солей морской воды. Ежегодная мировая добыча «морского» магния (без СССР) составляет более 250 тыс.Т.

Золото, платину и серебро называют благородными металлами. Это очень стойкие металлы: они не растворяются в большинстве кислот и щелочей и не соединяются с кислородом воздуха. Поэтому изделия из этих металлов сохраняются без каких-либо изменений в течение многих тысячелетий. Первое место по своему значению занимает золото, за которым следует платина, а затем уже — серебро.

По мнению многих ученых, золото применялось первобытным человеком раньше меди.

Золото — блестящий, очень тяжелый металл красивого ярко-желтого цвета. Золото очень тягуче и ковко; из 0,1 Г можно вытянуть тонкую проволочку длиной в 261 м или расплющить его в тончайшие листочки (фольгу) толщиной в 0,0002 мм. Золото встречается в природе главным образом в самородном состоянии, причем оно почти всегда содержит в своем составе серебро, медь и некоторые другие металлы. Величина отдельных золотин колеблется от пылевидных крупинок до самородков весом в десятки килограммов. Самый крупный самородок под названием «Желанный гость» был найден в Австралии, весил он 70,91 кГ.

Месторождения золота разделяются на коренные и россыпные. В коренных месторождениях золото заключено в самой породе (например, золото-кварцевые жилы, мышьяково-колчеданные руды и др.) и в россыпях — в песках и галечнике, образовавшихся за счет разрушения коренных пород.

Главные области применения золота — чеканка монет и ювелирные изделия; небольшое количество используется в зубоврачебном деле и в фарфоровой промышленности в качестве краски.

По приблизительным подсчетам за все время существования человечества добыто примерно 50 тыс.Т золота.

Значительная часть его хранится в банках в виде монет и слитков.

Мировые запасы золота очень велики, но точно еще не подсчитаны. Советский Союз располагает многочисленными месторождениями золота, главным образом в Сибири, Казахстане, на Дальнем Востоке, Урале.

Платина — благородный металл серебряно-белого цвета, встречающийся в природе в самородном виде. Платина ковка и тягуча. Плавится при 1770°. Характерная особенность платины — обязательное присутствие в ней примеси редко встречающихся металлов — палладия, осьмия, иридия, родия и рутения.

Спутники платины (платиноиды) высоко ценятся в технике. Так, например, палладий употребляется для изготовления мелких радиодеталей, телефонного и телеграфного оборудования. Иридий — для изготовления наконечников точных приборов и «вечных» перьев. Осьмий используется в медицине. Родий — в гальванопластике, а рутений в сплаве с иридием — для изготовления термоэлементов. Платина была очень давно известна индейцам Южной Америки, которые добывали ее из россыпей на территории современной Колумбии. Впервые в России она была обнаружена в 1819 г. на Урале.

Платина, так же как и золото, встречается в виде мелких зерен, чешуек, пластин и реже — в форме самородков до 9 кГ весом. Платина применяется для изготовления лабораторной и заводской аппаратуры, в некоторых химических производствах, в зубоврачебном деле, рентгенологии, фотографии, а также в качестве драгоценного металла в ювелирных изделиях.

В СССР платина добывается на Урале, Кольском п-ове, в Сибири и других местах, как в коренных месторождениях, так и из россыпей.

Серебро — металл характерного серебряно-белого цвета, менее ценный, чем золоте и платина. С большинством тяжелых металлов серебро образует сплавы. Так, например, сплав серебра с медью применяется для чеканки монет и выделки серебряных изделий. Чистое серебро употребляется для серебрения и в кинофотопромышленности.

Многочисленные соединения серебра также применяются в химических и физических лабораториях.

В самородном виде серебро встречается редко. Обычно его находят в виде соединений с серой, сурьмой, мышьяком. Больше половины мировой добычи серебра извлекается не из собственно серебряных руд, а попутно из свинцово-цинковых и отчасти из медных и золотых руд.

В СССР месторождения серебросодержащих руд в основном находятся в Казахстане, Средней Азии, Сибири, на Урале, Дальнем Востоке и Кавказе.

Редкие и рассеянные металлы

В настоящее время из 104 химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева в промышленности используется около 80 элементов, в том числе большая группа редких и рассеянных металлов. К ним относятся литий, бериллий, титан, вольфрам, молибден, висмут, тантал, скандий, ванадий, галлий, германий, рубидий, иттрий, цирконий, ниобий, индий, теллур, а также радиоактивные металлы — уран, радий, торий и др.

К этой же группе редких и рассеянных металлов относят и так называемые «редкие земли», которые занимают в периодической системе элементов Д. И. Менделеева номера с 57 по 71 (церий, лантан и др.).

Преобладающее большинство редких и рассеянных металлов содержится в земной коре в очень малых количествах, порядка тысячных, десятитысячных и даже стотысячных долей процента. Исключение составляют титан, ванадий, литий, бериллий и некоторые другие. Из редких металлов в самородном состоянии встречаются только висмут и очень редко тантал. За исключением молибдена, вольфрама и титана, большинство редких рассеянных металлов не образует самостоятельных месторождений. Так, например, свинцово-цинковые и медно-колчеданные руды многих месторождений очень часто содержат индий, галлий, тал-

лий, германий, селен, теллур, которые попутно извлекаются при переработке руд на главные металлы — медь, свинец и цинк.

В золе некоторых углей и сланцев часто присутствует значительное количество германия. В калийных солях находятся цезий, рубидий и литий. В молибденовых рудах встречается рений, в циркониевых — гафний, а в бокситах — галлий.

Большая группа редких и редкоземельных металлов встречается в минералах пегматитовых жил (см. стр. 71).

Для извлечения редких и рассеянных металлов из руды прибегают к очень сложным способам обработки, которые позволяют довести содержание их до промышленных концентраций.

Свойства редких металлов весьма разнообразны и необычайно ценны.

Рассмотрим наиболее важные в промышленном отношении редкие и рассеянные металлы.

Бериллий применяется в сплавах с медью, алюминием и магнием. Эти сплавы обладают большой прочностью, химической устойчивостью и легкостью. Твердость железа от прибавления бериллия увеличивается в 6 раз. Сплавы бериллия применяются в технике. Главный минерал бериллия — берилл (силикат алюминия и бериллия). Встречается он главным образом в пегматитовых и кварцевых жилах.

Ванадий идет для производства особо вязких и прочных сталей и входит важной составной частью в сплав с алюминием. Эти стали и сплав используются в автомобильной и авиационной промышленности. Соединения ванадия употребляются в производстве различных красок, в фотографии и медицине. Ванадий добывают из минералов — ванадинита, тюямунита и др.— или попутно извлекают из руд других металлов (титаномагнетитов, бурых железняков, бокситов).

Висмут применяется при изготовлении легкоплавких сплавов, которые нужны в типографском деле, в производстве предохранительных пробок к паровым котлам, автоматическим огнетушителям и т. д.

Кроме того, висмутовые соли используются в медицине, при изготовлении фотобумаги, красок и стекол с высоким показателем преломления.

Галлий используется для изготовления высокотемпературных кварцевых термометров, заменяя в них ртуть, для специальных оптических зеркал, а также в медицине.

Германий, индий, селен, теллур и некоторые другие используются в полупроводниках, для изготовления стекол с очень высоким показателем преломления, в радиотехнике как элементы с очень высоким сопротивлением и в медицине.

Литий дает легкие и вместе с тем твердые сплавы с алюминием, магнием и другими металлами. Литий используется в технике и медицине. Важнейшим минералом лития является сподумен (алюмосиликат лития). Встречается он в пегматитовых жилах.

Молибден и вольфрам отличаются значительной твердостью, ковкостью, высокой химической стойкостью и тугоплавкостью. Температура плавления молибдена 2600°, а вольфрама 3400°, т. е. выше, чем у всех других металлов. Значительная часть молибдена и вольфрама применяется в качестве добавок при выплавке специальных сортов стали, используемых для изготовления различных видов быстрорежущих инструментов, котлов высокого давления, наиболее ответственных частей автомобилей и др.

Молибден и вольфрам применяются также для электротехнических приборов, радио и рентгена.

Практически весь молибден получают из молибденита (соединения молибдена с серой).

Главными минералами, из которых извлекается вольфрам, являются вольфрамит (соединение вольфрама с железом, марганцем и кислородом) и шеелит (соединение вольфрама с кальцием и кислородом). Эти минералы обычно встречаются в кварцевых жилах и в рудных зонах, расположенных на границе осадочных пород и гранитов.

Ниобий и тантал применяются в производстве особо прочных сортов стали, используемых в технике. Особую роль играет тантал в электровакуумной технике.

Рений широко используется в электротехнике и в химической промышленности, в частности как катализатор (ускоритель процессов).

Рубидий, цезий и селен благодаря своим особым фотоэлектрическим свойствам необходимы в производстве фотоэлементов.

Титан обладает высокой температурой плавления (1725°) и температурой кипения (более 3000°), в нем сочетается легкость с большой прочностью (равной прочности стали). Титан очень стоек к воздействию кислот и щело-

чей, не поддается ржавлению. Поэтому металлический титан теперь широко применяют в реактивных самолетах и в других областях новейшей техники. Двуокись титана используется для изготовления высококачественных белил, лаков, эмалей, водонепроницаемых материалов. Титан идет в качестве добавки для получения сверхпрочных сталей.

Главное сырье для титановой промышленности — минералы рутил, ильменит и титаномагнетит. Большинство наиболее важных месторождений титана связано с глубинными магматическими породами (габбро и др.) и с россыпями, образовавшимися за счет их разрушения.

В Советском Союзе месторождения титана есть на Урале, Кольском п-ове, Украине, в Казахстане, Сибири, Карелии.

Относительно недавно используется в промышленности цирконий. Окись циркония принадлежит к наиболее огнеупорным окисям. Ее употребляют для изготовления тиглей, химически устойчивых кирпичей и высокотемпературных цементов.

В виде металла цирконий применяется для дающих вспышку порошков, радиоламп, электродов и сплавов. Из циркониевых сталей делают хорошую броню, а с никелем эти стали применяются для производства быстрорежущих инструментов. В последнее время цирконий стал употребляться для изготовления ядерных реакторов. Цирконий извлекают из минералов циркона (соединение циркония с кремнием и кислородом) и бадделеита (соединение циркония с кислородом). Оба минерала встречаются в гранитах и нефелиновых сиенитах, а также и в пегматитовых жилах этих пород. Основная масса циркона добывается теперь из россыпных месторождений.

К радиоактивным металлам относятся торий, уран и радий. В земной коре их немного.

Из радиоактивных металлов особенно важен уран. Будучи исключительно активным элементом, уран никогда не встречается в самородном виде, а только в соединениях с другими элементами.

В 1898 г. супругам Кюри удалось выделить из урановых соединений новый элемент — радий. Содержание радия в урановой руде ничтожно мало, и для получения 1 Г радия надо переработать свыше 2 тыс.Т урановой руды. Поэтому цена его была колоссальной: 1 Г бромистой соли радия стоил до 200 тыс. руб. золотом.

Радий применяется пока главным образом для научных исследований и в медицине.

Урановые руды — важнейший источник колоссальных запасов внутриядерной энергии. При расщеплении 1 Т урана выделяется столько же энергии, как при сжигании 100 тыс.Т угля.

Сейчас ученые напряженно работают, чтобы возможно скорее овладеть этой новой могучей силой в мирных целях.

В СССР атомная энергия используется в мирных целях: построены атомные электростанции, ледокольный атомоход «Ленин» и т. д.

Недалеко то время, когда ученые откроют дешевые и доступные пути получения атомной энергии в неограниченных количествах. Тогда мы будем иметь электростанции, помещающиеся в чемодане, моторы в несколько лошадиных сил и размером не больше карманных часов, ракетные двигатели, самолеты и автомобили, «заряженные» атомным топливом на ряд лет.

НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ИСКОПАЕМЫЕ

На первый взгляд кажется, что так называемые неметаллические ископаемые играют второстепенную роль в жизни человека. Но это мнение ошибочно. Разве мог бы современный человек обойтись без зданий, в которых он живет и работает? А они построены из естественного камня (гранита, известняков и других горных пород) или из кирпича и бетона. Обыкновенное оконное стекло, бутылки, различная чайная и лабораторная посуда, силикатный кирпич, оптические приборы, пьезопластинки в радиопередатчиках и многое другое изготовлено из кварца, распространенного нерудного минерала.

Разве можно точно подогнать, скажем, поршни в цилиндрах моторов или обеспечить безукоризненное взаимодействие отдельных частей в часовом механизме без тщательной их шлифовки и полировки? Конечно, нет! А для этого требуются различные шлифующие материалы — алмаз, корунд, гранат, наждак.

Современные двигатели и машины не могут обойтись без изоляционных материалов — слюды и асбеста.

Человек не может жить без поваренной соли — одного из распространенных неметаллических полезных ископаемых.

Одним словом, везде и всюду вы встречаетесь с изделиями и материалами, которые изготовлены из неметаллических полезных ископаемых. Ежегодная добыча неметаллических полезных ископаемых достигает многих сотен миллионов тонн.

Познакомимся с наиболее важными неметаллическими ископаемыми, которые широко используются в промышленности и сельском хозяйстве.

Основой химической промышленности являются кислоты и щелочи. Из первых наибольшее значение имеет серная кислота, а из вторых — сода и едкий натр. Источник получения сернистой и серной кислот — природная сера и серный колчедан.

Трудно перечислить отрасли промышленности, для которых нужны сера и ее кислоты. Серную кислоту называют «хлебом» для химической промышленности. Сотни тысяч тонн кислот используются для получения удобрений, бумаги, красок, спичек, большинства лекарств, для очистки бензина и масел, для изготовления купоросов, квасцов, соды, стекла, брома, йода. Серная кислота нужна для получения взрывчатых веществ.

Природная сера в земной коре встречается в кристаллических скоплениях и сплошных массах. Месторождения самородной серы связаны с извержениями вулканов или деятельностью серных бактерий, живших в некоторых морских бассейнах в геологическом прошлом.

Месторождения природной серы известны в пустыне Каракумы, на Кавказе, на Камчатке. На Украине имеется ряд месторождений серы.

Не менее важным сырьем для получения серы, серной и сернистой кислот является серный колчедан, или пирит. В химическом отношении он представляет соединение железа с серой, нередко с примесью меди, золота, никеля.

Месторождения серноколчеданных и других серных (сульфидных) руд в Советском Союзе известны на Кольском п-ове, Урале, Кавказе, в Карелии, Западной Сибири.

Каменная соль — это соединение хлора с натрием. Соль широко распространена в природе в виде мощных залежей каменной соли в недрах земли или в форме осадков, образующихся при испарении воды в замкнутых бухтах морей или соленых озерах, и, наконец, в виде соляных источников.

Соль нужна человеку не только в качестве необходимой приправы к его пище. Она — важное сырье. для химической промышленности, так

как из нее вырабатывают соляную кислоту, соду, хлорную известь, едкий натр и другие химические продукты.

Крупнейшее в СССР месторождение каменной соли находится на Украине — вблизи г. Славянска и г. Артемовска. Большими запасами хорошей соли располагает Илецкое месторождение в Волгоградской области. Широкой известностью пользуются соленые озера Баскунчак и Эльтон. Они хранят крупные запасы высококачественной поваренной соли.

Наиболее значительные соляные источники, дающие выварочную соль, находятся на Урале (Усольские, Соликамские).

Ценное сырье для химической промышленности — мирабилит. В химическом отношении — это водный сернокислый натрий. Часто в обиходе мирабилит называют глауберовой или английской солью. Она служит исходным сырьем для получения соды, а также используется в стекольном производстве, холодильном, красильном деле и в медицинской промышленности.

Самое крупное месторождение мирабилита — залив Кара-Богаз-Гол на Каспийском море.

Среди неметаллических ископаемых некоторые имеют важное значение для сельского хозяйства. Их часто называют минералами плодородия, так как они повышают урожайность сельскохозяйственных культур: это калийные соли, апатит, фосфорит и др.

Источники калийных солей — сильвин (соль хлористого калия) и карналлит (двойная соль хлористого калия и магния с кристаллизационной водой).

Большая часть калийных солей, добываемых у нас, идет на приготовление калийных удобрений. Соли калия применяются в парфюмерной, фармацевтической, лакокрасочной, стекольной и кожевенной промышленности. Из карналлита получают металлический магний для авиастроения.

Ценное сырье для производства минеральных удобрений — апатит и фосфор и т. Апатит по химическому составу представляет собой фосфорную соль кальция. Из апатитовой руды различными способами получают первосортный суперфосфат. Месторождения апатита связаны с изверженными породами — нефелиновыми сиенитами. Самое крупное в мире месторождение апатитовых руд находится в Советском Союзе на Кольском п-ове (Хибинские горы).

Среди глин, песков, реже известняков встречается другой минерал, содержащий фосфор,— фосфорит. По внешнему виду это сероватые и буровато-черные округлые желваки разнообразной формы и размеров. По химическому составу фосфорит близок к апатиту. Крупные запасы фосфоритовых руд находятся в Казахстане, средней полосе Европейской части РСФСР и в Ленинградской области. Фосфориты у нас добывают в громадном количестве.

Полученные из апатитовых и фосфоритовых руд соединения фосфора применяются в качестве удобрений полей, при изготовлении спичек, ядов для мелких грызунов, в лакокрасочном деле, для получения особо прочной фосфористой бронзы.

Плавиковый шпат, или флюорит, издавна применяется в различных отраслях промышленности. По химическому составу это соединение кальция с фтором (иначе фтористый кальций). В природе флюорит встречается довольно часто, образуя крупные скопления в виде сплошных зернистых масс или в форме кристаллов. Окраска флюорита обычно фиолетовая или зеленая.

Флюорит используется в качестве флюса (плавня) при производстве сталей, никеля и латуни, при плавке золота, серебра, свинца, меди и сурьмы. Он широко применяется также в химической промышленности для получения плавиковой кислоты и в алюминиевом производстве для получения криолита, необходимого при электролизе алюминия, в оптической и стекольной промышленности.

Наиболее крупные месторождения флюорита в Советском Союзе сосредоточены в Приморье, Восточном Забайкалье и Средней Азии.

Слюды — мусковит, флогопит, вермикулит, лепидолит и др.— обладают способностью легко расщепляться на тончайшие упругие листочки, но все они отличаются химическим составом и физическими свойствами.

Слюды широко распространены и входят в состав многих горных пород. Особенно часто и в больших количествах они встречаются в пегматитовых жилах.

Мусковит, флогопит обладают очень ценным для электротехники свойством: они не проводят электрический ток и поэтому употребляются в качестве изоляционного материала. Слюды выдерживают сильное нагревание (до 1260°) и часто используются вместо стекол в глазках плавильных печей и для очков в горячих цехах. Мелкая слюда и отходы ее идут на изготовление обоев, огнестойких кровельных материалов, автомобильных шин (для придания им прочности). Обожженный вермикулит используется для обкладки котлов и труб, а лепидолит — ценное сырье для получения самого легкого металла — лития.

Известны многочисленные месторождения различных слюд в Карелии, на Урале и в Восточной Сибири.

К числу своеобразных неметаллических полезных ископаемых относится асбест (в переводе с древнегреческого языка «асбест» значит несгораемый). Более чем за тысячу лет до нашей эры из асбестового волокна умели выделывать несгораемые «каменные ткани».

Исключительная прочность, несгораемость, плохая проводимость тепла и другие качества позволяют употреблять асбест в виде ваты и пряжи, бумаги и картона. Из асбеста делают большие занавеси в театрах, несгораемые перегородки, одежду для пожарных, тормозные ленты для автомобилей. Словом, асбест применяется в тысячах различных изделий. Месторождения асбеста находятся на Урале (Баженовское, Алапаевское), в Казахстане и в Восточной Сибири.

В древности на Руси драгоценные камни называли самоцветами. Этот термин и теперь часто применяется к различным прозрачным и полупрозрачным драгоценным камням. Одной из важных отличительных черт самоцветов является достаточно высокая твердость, стойкость к химическому воздействию и способность длительное время сохранять без изменения цвет и блеск.

Важное значение для самоцветов имеет прозрачность камня, блеск и игра цветов. Эти свойства ярче проявляются после огранки. К драгоценным и отчасти полудрагоценным камням относится большая и разнообразная группа минералов: алмаз, сапфир, рубин, изумруд, берилл, топаз турмалин, аметист, гранат, циркон, бирюза, горный и дымчатый хрусталь и янтарь.

Несколько лет назад в Якутии были открыты крупнейшие месторождения алмазов. Открытие алмазов имеет огромное народнохозяйственное значение для нашей страны (см. стр. 65).

Драгоценные камни измеряются по весу мерой, которая называется каратом. Он равен 0,2 Г.

В отличие от драгоценных камней поделочные (цветные) камни в большинстве случаев являются горными породами, которые обла-

дают часто очень красивой окраской, интересным декоративным рисунком и способностью хорошо принимать шлифовку и полировку.

К поделочным камням относятся нефрит, лазурит, цветные полевые шпаты (амазонит, Лабрадор), орлец (родонит), яшма, малахит, авантюрин, розовый кварц, змеевик, гипс, селенит, обсидиан, мрамор, кварцит.

Поделочные камни широко используются для ювелирных и художественных изделий (вазы, броши, пепельницы, чернильные приборы, статуэтки).

На территории СССР драгоценные и поделочные камни известны во многих районах (в Карелии, в Саянах, на Алтае, на Кольском

п-ове), но первое место по разнообразию драгоценных и поделочных камней занимает Урал.

На побережье Балтийского моря (поселок Янтарное Калининградской области) находится самое крупное в мире месторождение янтаря — ископаемой смолы особого вида сосны третичного периода.

Из янтаря делают украшения, специальные изоляторы, лаки и т. п.

На Севере РСФСР (Кольский п-ов, Карелия, Архангельская область) известно много рек, в которых встречаются пресноводные раковины, содержащие жемчуг. Это —твердые округлые выделения углекислого кальция в раковине моллюсков. Из жемчуга делают очень красивые украшения. Добычей жемчуга наши предки занимались в далеком прошлом.

КАК ИЩУТ ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ

КЛАДЫ ЗЕМЛИ

Полезные ископаемые залегают в самых различных районах Земли. Большинство месторождений меди, свинца, цинка, ртути, сурьмы, никеля, золота, платины, драгоценных камней встречается в горных районах, иногда на высоте больше 2 тыс.м.

На равнинах находятся месторождения угля, нефти, различных солей, а также железа, марганца, алюминия.

Месторождения руд разрабатывали еще в глубокой древности. В то время руду добывали железными клиньями, лопатами и кайлами, а выносили на себе или вытаскивали в бадьях примитивными воротками, как воду из колодца. Это был очень тяжелый труд. В некоторых местах древние рудокопы сделали огромные по тем временам работы. В крепких скалах они вырубили большие пещеры или глубокие, похожие на колодцы выработки. В Средней Азии до сих пор сохранилась выбитая в известняках пещера высотой 15, шириной 30 и длиной более 40м. А недавно обнаружили узкую, как нора, выработку, уходящую вглубь на 60м.

Современные рудники — крупные, обычно подземные, предприятия в виде глубоких колодцев — шахт, с подземными ходами, напоминающими коридоры. По ним движутся электропоезда, подвозящие руду к специальным лифтам — клетям. Отсюда руду поднимают на поверхность.

Если руда залегает на небольшой глубине, то роют огромные котлованы — карьеры. В них работают экскаваторы и другие машины. Добытую руду увозят самосвалы и электропоезда. За один день 10—15 человек, работая на таких машинах, могут добывать столько руды, сколько раньше не смогли бы выработать кайлой и лопатой 100 человек за год работы.

Количество добываемой руды ежегодно возрастает. Металлов нужно все больше и больше. И не случайно появилась тревога: не будут ли скоро выработаны полезные ископаемые и нечего будет добывать? Экономисты произвели даже подсчеты, результаты которых оказались неутешительными. Так, например, подсчитали, что при современной скорости выработки запасы известных никелевых месторождений во всем мире полностью будут исчерпаны за 20 — 25 лет, запасы олова — за 10—15 лет, свинца — за 15—20 лет. А потом начнется «металлический голод».

Действительно, многие месторождения быстро истощаются. Но это относится в основном к тем месторождениям, где руды выходили на поверхность Земли и давно уже разрабатывались. Большинство таких месторождений на самом деле за несколько сотен лет горного промысла частично или полностью выработано. Однако Земля — богатейшая кладовая по-

лезных ископаемых, и рано говорить о том, что богатства ее недр исчерпаны. Немало есть еще месторождений и близ поверхности Земли, много их залегает и на большой глубине (200 и больше метров от поверхности). Геологи называют такие месторождения скрытыми. Искать их очень трудно, и даже опытный геолог может пройти над ними, ничего не заметив. Но если раньше геолог, отправляясь на поиски месторождений, был вооружен лишь компасом и молотком, то теперь он пользуется сложнейшими машинами и приборами. Ученые разработали много различных способов поисков полезных ископаемых. Чем глубже спрятала природа запасы ценных руд, тем труднее их обнаружить, а следовательно, совершеннее должны быть способы их поисков.

КАК ИЩУТ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

С тех пор как человек начал выплавлять из руд металлы, много отважных рудознатцев побывали в труднопроходимой тайге, в степях и в неприступных горах. Здесь они искали и находили месторождения полезных ископаемых. Но старинные рудознатцы хотя и обладали опытом поколений в поисках руд, но не имели достаточно знаний для научно обоснованных действий, поэтому они часто искали вслепую, полагаясь «на чутье».

Нередко большие месторождения открывали люди, не связанные с геологией или горным делом,— охотники, рыбаки, крестьяне и даже дети. В середине XVIII в. крестьянин Ерофей Марков, разыскивая на Урале горный хрусталь, нашел белый кварц с блестящими зернышками золота. Позже здесь открыли месторождение золота, названное Березовским. Богатые залежи слюды в 40-х годах XVII в. в бассейне р. Ангары нашел посадский человек Алексей Жилин. Маленькая девочка открыла в Южной Африке крупнейшее в капиталистическом мире месторождение алмазов, а первый русский алмаз нашел на Урале в 1829 г. 14-летний крепостной мальчик Павлик Попов.

Большие скопления ценного камня — малахита, из которого делают различные украшения, были найдены впервые на Урале крестьянами при рытье колодца.

Месторождение красивых ярко-зеленых драгоценных камней — изумрудов открыл на Урале в 1830 г. смолокур Максим Кожевников, когда выкорчевывал в лесу пни. Из этого месторождения за 20 лет разработок добыли 142 пуда изумрудов.

Одно из месторождений ртути (Никитовское на Украине) случайно открыл студент, увидевший в глинобитной стене дома ярко-красный минерал ртути — киноварь. В том месте, откуда возили материал для строительства дома, оказалось большое месторождение киновари.

Развитию северных районов Европейской части СССР мешало отсутствие мощной энергетической базы. Каменный уголь, необходимый промышленным предприятиям и городам Севера, приходилось возить с юга страны за несколько тысяч километров или закупать в других странах.

Между тем в записках некоторых путешественников XIX в. указывалось о находках каменного угля где-то на севере России. Достоверность этих сведений вызывала сомнения. Но вот в 1921 г. старый охотник В. Я. Попов прислал в Москву «образцы черных камней, которые жарко горят в костре». Эти горючие камни он собрал вместе с внуком в районе села Усть-Воркута. Каменный уголь оказался высокого качества. Вскоре в Воркуту была послана экспедиция геологов, которая с помощью Попова открыла большое Воркутинское месторождение каменного угля. Впоследствии выяснилось, что это месторождение — наиболее важный участок Печорского угленосного бассейна, крупнейшего в Европейской части СССР.

В бассейне р. Воркуты вскоре вырос город шахтеров, к нему была проведена железная дорога. Теперь город Воркута стал центром угольной промышленности Европейского Севера нашей страны. На базе воркутинских каменных углей развиваются металлургия и химическая промышленность Севера и Северо-Запада СССР. Обеспечен углем речной и морской флот. Так открытие охотника привело к созданию нового горнопромышленного центра и разрешило энергетическую проблему для громадной области Советского Союза.

Не менее интересна история открытия магнитных железных руд летчиком М. Сургутановым. Он обслуживал совхозы и различные экспедиции в Кустанайской степи к востоку от Урала. На легком самолете Сургутанов возил людей и различные грузы. В один из рейсов летчик обнаружил, что компас перестал правильно показывать направление: магнитная стрелка начала «плясать». Сургутанов предположил, что это связано с магнитной

аномалией. Закончив рейс, он направился в библиотеку и выяснил, что подобные аномалии возникают в районах залегания мощных залежей магнитных железных руд. В следующие рейсы Сургутанов, пролетая над районом аномалии, отмечал на карте места максимальных отклонений стрелки компаса. О своих наблюдениях он сообщил в местное геологическое управление. Геологическая экспедиция, оснащенная буровыми станками, заложила скважины и вскрыла на глубине нескольких десятков метров мощную залежь железных руд — Соколовское месторождение. Затем была вскрыта вторая залежь — Сарбайская. Запасы этих месторождений оцениваются в сотни миллионов тонн высококачественной магнитной железной руды. В настоящее время в этом районе создан один из крупнейших в стране горнообогатительных комбинатов с производительностью в несколько миллионов тонн железной руды в год. Рядом с комбинатом возник город горняков — Рудный. Заслуги летчика Сургутанова были высоко оценены: он был удостоен Ленинской премии.

В большинстве случаев поиски и открытие месторождений требуют серьезных геологических знаний и специальных вспомогательных работ, иногда весьма сложных и дорогостоящих. Однако в ряде случаев рудные тела выходят на поверхность по склонам гор, в обрывах речных долин, в руслах рек и т. п. Такие месторождения могут быть открыты и неспециалистами.

За последние годы наши школьники принимают все более активное участие в изучении полезных ископаемых родного края. В каникулы учащиеся старших классов совершают туристские походы По родному краю. Они собирают образцы горных пород и минералов, описывают условия, в которых нашли их, и наносят на карту моста, где взяты образцы. По окончании похода с помощью квалифицированного руководителя определяют практическую ценность собранных горных пород и минералов. Если какие-либо из них представляют интерес для народного хозяйства, то на место находки отправляются специалисты-геологи для проверки и оценки найденного месторождения. Так были найдены многочисленные месторождения строительных материалов, фосфоритов, каменного угля, торфа и других полезных ископаемых.

В помощь юным геологам и другим разведчикам-любителям в СССР издана серия популярных книжек по геологии.

Таким образом, поиски месторождений доступны и посильны любому наблюдательному человеку, даже не имеющему специальных знаний. И чем шире круг людей, которые включаются в поиски, тем с большей уверенностью можно ожидать открытия новых месторождений полезных ископаемых, нужных народному хозяйству СССР.

Однако рассчитывать только на случайные открытия поисковиков-любителей нельзя. В нашей стране, с ее плановым хозяйством, искать надо наверняка. Это и делают геологи, знающие, что, где и как искать.

НАУЧНО ОБОСНОВАННЫЕ ПОИСКИ

Прежде чем начинать поиски полезных ископаемых, необходимо знать условия, при которых образуются те или иные месторождения.

Большая группа месторождений образовалась при участии внутренней энергии Земли в процессе проникновения в земную кору огненно-жидких расплавов — магм. Геологическая наука установила четкую зависимость между химическим составом внедрившейся магмы и составом рудных тел. Так, к изверженным породам черно-зеленого цвета (дунитам, перидотитам и др.) приурочены месторождения платины, хрома, алмазов, асбеста, никеля и др. Со светлыми, богатыми кварцем породами (гранитами, гранодиоритами) связаны месторождения слюды, горного хрусталя, топаза и др.

Многие месторождения, особенно цветных и редких металлов, образовались из газов и водных растворов, отделявшихся при остывании на глубине магматических расплавов. Эти газы и растворы проникали в трещины земной коры и отлагали в них свой ценный груз в виде линзообразных тел или плитообразных жил. Большинство месторождений золота, вольфрама, олова, ртути, сурьмы, висмута, молибдена и других металлов образовалось именно таким путем. Кроме того, установлено, в каких горных породах осаждались из растворов определенные руды. Так, свинцово-цинковые руды чаще встречаются в известняках, а оловянно-вольфрамовые — в гранитоидах.

Очень широко распространены на Земле осадочные месторождения, образовавшиеся в прошедшие века в результате осаждения минерального вещества в водных бассейнах — океанах,

морях, озерах, реках. Таким путем сформировались многие месторождения железа, марганца, бокситов (алюминиевой руды), каменной и калийной солей, фосфоритов, мела, самородной серы (см. стр. 72—73).

В местах древних морских побережий, лагун, озер и болот, где в большом количестве накапливались растительные осадки, образовались месторождения торфа, бурого и каменного угля.

Рудные осадочные месторождения имеют форму пластов, параллельных слоям вмещающих их осадочных горных пород.

Накопление различных видов полезных ископаемых происходило не непрерывно, а в определенные периоды. Так, например, большая часть всех известных месторождений серы образовалась в пермский и неогеновый периоды истории Земли. Массы фосфоритов в нашей стране отложились в кембрийский и меловой периоды, крупнейшие месторождения каменных углей Европейской части СССР — в каменноугольный период.

Наконец, на поверхности Земли в результате процессов выветривания (см. стр. 107) могут возникнуть месторождения глин, каолина, силикатных никелевых руд, бокситов и др.

Геолог, отправляясь на поиски, должен знать, какими горными породами сложен район поисков и какие месторождения скорее всего можно в нем встретить. Геологу должно быть известно, как залегают осадочные горные породы: в какую сторону вытянуты пласты, как они наклонены, т. е. в каком направлении они погружаются в глубь Земли. Это особенно важно учитывать при поисках таких полезных ископаемых, которые отлагались на дне моря или в морских заливах в виде пластов, параллельных пластам горных пород. Так залегают, например, пластовые тела каменного угля, железа, марганца, бокситов, каменной соли и некоторых других полезных ископаемых.

Пласты осадочных горных пород могут лежать горизонтально или быть смятыми в складки. В перегибах складок иногда образуются большие скопления руд. А если складки имеют форму крупных пологих куполов, то в них можно встретить месторождения нефти.

В осадочных породах геологи стараются найти окаменелые остатки животных и растительных организмов, потому что по ним можно определить, в какую геологическую эпоху образовались эти породы, что облегчит поиски полезных ископаемых. Помимо знания состава

горных пород и условий их залегания, надо знать поисковые признаки. Так, очень важно найти хотя бы немного рудных минералов. Они часто находятся возле месторождения и могут подсказать, где нужно более тщательно искать руду. Тонкие плитообразные тела (жилы), сложенные нерудными минералами — кварцем, кальцитом и др., нередко располагаются возле месторождения руд. Иногда одни минералы помогают искать месторождения других, более ценных. Например, в Якутии алмазы искали по сопутствующим им ярко-красным минералам — пиропам (разновидность граната). В местах залегания рудных месторождений часто бывает изменена окраска горных пород. Происходит это под воздействием на породы горячих минерализованных растворов, поднимающихся из недр Земли. Эти растворы проникают по трещинам и изменяют породы: одни минералы они растворяют, а другие отлагают. Зоны измененных пород, образующихся вокруг рудных тел, часто имеют большую про-

Крепкие горные породы в виде гребней возвышаются среди разрушенных более мягких пород.

тяженность и хорошо видны издали. Например, отчетливо выделяются измененные оранжево-бурые граниты среди обычных розовых или серых. Многие рудные тела в результате выветривания приобретают бросающиеся в глаза расцветки. Классическим примером являются сернистые руды железа, меди, свинца, цинка, мышьяка, которые при выветривании приобретают ярко-желтые, красные, зеленые и синие цвета.

Многое могут рассказать геологу-поисковику формы рельефа. Разные горные породы и полезные ископаемые имеют различную крепость. Кусок угля легко разбить, а кусок гранита — трудно. Одни породы от солнца, ветра и влаги быстро разрушаются, и кусочки их сносятся с гор вниз. Другие породы гораздо тверже и разрушаются медленнее, поэтому они возвышаются среди разрушенных пород в виде гребней. Их можно видеть издалека. Посмотрите на фотографию на стр. 94, и вы увидите гребни крепких пород.

В природе есть руды, которые разрушаются быстрее горных пород и на их месте образуются углубления, похожие на канавы или ямы. Геолог проверяет такие места и ищет здесь

С особым вниманием относятся поисковики к древним выработкам. В них добывали руду наши предки несколько столетий назад. Здесь на глубине, куда не могли проникнуть древние рудокопы, или поблизости от древних выработок может находиться месторождение руды

Иногда о местах залегания руды говорят старые названия поселений, речек, логов, гор. Так, в Средней Азии в названия многих гор, логов, перевалов входит слово «кан», что означает руда. Оказывается, давным-давно здесь находили руду, и это слово вошло в название места. Геологи, узнав, что в районе есть лог или горы, в названии которых есть слово «кан», начинали искать руду и иногда находили месторождения. В Хакассии есть гора Темир-Тау, что в переводе означает «железная гора». Назвали ее так из-за бурых натеков окисленной железной руды.

Железа в горе оказалось немного, но зато геологи нашли здесь более ценную руду — медную.

Когда геолог ведет поиски месторождений в каком-нибудь районе, то он обращает внимание и на водные источники: выясняет, не содержатся ли в воде растворенные минеральные вещества. Зачастую даже небольшие источники

Такие канавы прорывают, чтобы определить, какие породы скрыты под слоем почвы и наносов.

могут рассказать о многом. Вот, например, в Тувинской АССР есть источник, к которому издалека приезжают больные. Вода этого источника оказалась сильно минерализованной. Окружающая источник местность покрыта темно-бурыми ржавыми окислами железа. Зимой, когда вода источника замерзает, образуется лед бурого цвета. Геологи обнаружили, что здесь подземная вода проникает по трещинам в руды месторождения и выносит на поверхность растворенные химические соединения железа, меди и других элементов. Источник находится в труднодоступном горном районе, и геологи долгое время даже не знали о его существовании.

Мы вкратце рассмотрели, что надо знать и на что приходится обращать внимание геологам-поисковикам в маршруте. Из горных пород и руд геологи берут образцы, чтобы затем произвести их точное определение с помощью микроскопа и химического анализа.

ЗАЧЕМ НУЖНА ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА И КАК ЕЕ СОСТАВЛЯЮТ

На геологических картах показано, какие породы и какого возраста находятся в том или ином месте, в каком направлении они вытягиваются и погружаются на глубину. На карте видно, что одни породы встречаются редко, а другие тянутся на десятки и сотни километров. Например, когда составили карту Кавказа, то выяснилось, что почти вдоль всего горного хребта тянутся граниты. Много гранитов на Урале, в Тянь-Шане и других горных районах. О чем говорят геологу эти горные породы?

Мы уже знаем, что в самих гранитах и в изверженных породах, похожих на граниты, встречаются месторождения слюды, горного хрусталя, свинца, меди, цинка, олова, вольфрама, золота, серебра, мышьяка, сурьмы, ртути, а в темноокрашенных изверженных породах — дунитах, габбро, перидотитах — концентрируются хром, никель, платина, асбест.

Зная, с какими горными породами связаны месторождения определенных полезных ископаемых, можно обоснованно планировать их поиски. Геологи, составляющие геологическую карту, установили, что в Якутии находятся такие же изверженные горные породы, как и в Южной Африке. Разведчики недр сделали вывод, что в Якутии следует искать алмазные месторождения.

Составление геологической карты — большая и трудная работа. Она была выполнена в основном за годы Советской власти (см. стр. 96—97).

Чтобы составить геологическую карту всего Советского Союза, геологам пришлось много лет исследовать один район за другим. Геологические партии проходили по долинам рек и их притоков, по горным ущельям, взбирались на крутые склоны хребтов.

В зависимости от масштаба составляемой карты прокладываются маршруты. При составлении карты масштаба 1 : 200 000 маршруты геологов проходят на расстоянии 2 км один от другого. В процессе геологической съемки геолог берет образцы горных пород и делает в специальной маршрутной тетради записи: отмечает, какие породы встретил, в каком направлении они вытягиваются и в какую сторону погружаются, описывает встреченные складки, трещины, минералы, изменение

окраски пород. Таким образом, получается, как показано на рисунке, что геологи как бы разбивают исследуемый район на квадраты, образующие сетку маршрутов.

Часто горные породы бывают закрыты густой травой, таежными дремучими лесами, болотами или слоем почвы. В таких местах приходится раскапывать почву, вскрывая горные породы. Если слой почвы, глины или песка мощный, то бурят скважины, пробивают похожие на колодцы шурфы или делают еще более глубокие горные выработки — шахты. Чтобы не закладывать шурфы, геолог может идти не по прямолинейным маршрутам, а по руслам речек и ручьев, в которых есть естественные обнажения горных пород или породы местами выступают из-под почвы. Все эти выходы пород наносят на карту. И все же на геологической карте, составленной по маршрутам, которые расположены примерно через 2 км, показано не все: ведь маршруты находятся на далеком расстоянии один от другого.

Если нужно узнать подробнее, какие породы залегают в районе, то маршруты ведут ближе один от другого. На рисунке слева показаны маршруты, расположенные один от другого на расстоянии 1 км. В каждом таком маршруте геолог останавливается и берет образцы горных пород через 1 км. В результате составляется геологическая карта масштаба 1 : 100 000, т. е. более детальная. Когда собрали геологические карты всех районов и соединили их, получилась одна большая геологическая карта всей нашей страны. На этой карте

Во время геологической съемки исследуемый район разбивают условной сеткой, по которой геолог ведет свои маршруты.

видно, что, например, граниты и другие изверженные породы находятся в горных хребтах Кавказа, Урала, Тянь-Шаня, Алтая, Восточной Сибири и других районов. Поэтому месторождения меди, свинца, цинка, молибдена, ртути и других ценных металлов нужно искать именно в этих районах.

К западу и востоку от Уральского хребта — на Русской равнине и в пределах Западно-Сибирской низменности — распространены осадочные породы и отложившиеся с ними полезные ископаемые: уголь, нефть, железо, бокситы и др.

В местах, где уже обнаружены полезные ископаемые, поиски ведутся еще тщательнее. Геологи ходят по линиям маршрутов, расположенным на расстоянии 100, 50, 20 и 10 м один от другого. Эти поиски называются детальными.

На современных геологических картах масштабов 1 : 100 000, 1 : 50 000 и более крупных нанесены все породы с указанием их геологического возраста, с данными о крупных трещинах (разломах в земной коре) и выходах руды на поверхность.

Геологическая карта — верный и надежный помощник поисковика, без нее находить месторождения очень трудно. С геологической картой в руках геолог уверенно идет в маршрут, потому что знает, где и что нужно искать.

Ученые много думали о том, как облегчить и ускорить поиски руды, и разработали для этой цели различные методы исследования недр Земли.

ПРИРОДА ПОМОГАЕТ ИСКАТЬ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Представьте себе, что геологи ведут поиски в глухой, дремучей тайге Восточной Сибири. Здесь горные породы закрыты почвенным слоем и густой растительностью. Лишь изредка среди травы возвышаются небольшие скалы горных пород. Природа, кажется, сделала все, чтобы спрятать от человека свои богатства. Но, оказывается, кое в чем она просчиталась, и этим пользуются геологи.

Мы знаем, что дождь, снег, ветер и солнце постоянно и неутомимо разрушают горные породы, даже такие крепкие, как гранит. За сотни лет реки пропиливают в гранитах глубокие ущелья.

Разрушительные процессы приводят к тому, что в горных породах появляются трещинки, кусочки пород отваливаются и скатываются вниз, некоторые обломки попадают в ручейки и выносятся водой в речки. А в них эти кусочки перекатываются, округляются в гальку и передвигаются дальше, в более крупные реки. Вместе с горными породами разрушаются и залегающие в них руды. Кусочки руды сносятся в реку и перемещаются по дну ее на большие расстояния. Поэтому геолог при поисках руд просматривает камешки, которые лежат на дне реки. Кроме того, он берет пробу рыхлой породы из русла речки и в похожем на корыто лотке промывает ее водой до тех пор, пока все легкие минералы будут смыты и на дне останутся только крупинки самых тяжелых минералов. Среди них могут быть золото, платина, минералы олова, вольфрама и других элементов. Такая работа называется промывкой шлихов. Продвигаясь вверх по течению реки и промывая шлихи, геолог в конце концов определяет, откуда вынесены ценные минералы, где находится месторождение руд.

Шлиховой метод поисков помогает находить полезные ископаемые, которые химически устойчивы, имеют значительную прочность, не истираются, а сохраняются после длительного переноса и перекатывания в речках. А что делать, если минералы мягкие и, как только попадают в бурную горную речку, сразу же растираются в порошок? Таких, например, длинных путешествий, как проделывает золото, не выдерживают минералы меди, свинца, цинка, ртути, сурьмы. Они не только превращаются в порошок, но и частично окисляются и растворяются в воде. Понятно, что геологу тут поможет не шлиховой, а другой способ поисков.

ХИМИЯ И ГЕОЛОГИЯ

После дождей и таяния снега часть воды по трещинам в горных породах проникает в глубь Земли. Даже в крепких горных породах под почвой всегда очень много мелких трещин, которые вытянуты в различных направлениях и соединяются между собой. По ним воды просачиваются и медленно движутся под землей в пониженные места, где часто выходят в виде источников — ключей. Эта вода не всегда так чиста, как кажется на вид. Когда вода проходит по трещинам в рудных телах, она частично растворяет химические соединения меди, цинка никеля, молибдена и других металлов и выно-

Вода проникает по трещинам в рудное тело и выносит из него на поверхность химические соединения металлов.

сит их на поверхность. Если набрать из источника воды и сделать химический анализ растворенных в ней веществ, то можно определить присутствие металлов и их концентрацию. Исследуя воду из разных источников, можно выяснить, в каком из них больше металлов. Значит, последний источник находится ближе других от месторождения полезного ископаемого.

Химия нужна геологу для точного определения минералов. Например, он нашел кусок рыхлой породы, в которой виден какой-то красный порошок. Что это такое? Минерал ртути — киноварь или окисленное железо? Они могут быть похожи по цвету. Определяя на глаз, можно ошибиться, а вот химический анализ поможет получить правильный ответ. Например, в Америке разрабатывали одно из месторождений слюды и при этом породу, похожую на белый кварц, в течение длительного времени выбрасывали. Когда сделали химический анализ «отходов», то оказалось, что выбрасывали ценный минерал берилл.

Зная объем рудной залежи и содержание в ней металла, выявленного путем химических анализов, определяют запасы месторождения.

Химия помогает и в тех случаях, когда кажется, что искать месторождение совсем невозможно. Представьте себе равнины Казахстана, где воды почти нет, руды на поверхности нигде не заметно, а всюду видны только раскаленные солнцем граниты и другие горные породы. Здесь геологи проходят параллельными маршрутами и берут через 50, 100 или 200 м куски пород. Набирают образцов очень много и затем делают химический анализ, а чаще — более быстрый, но менее точный —спектральный анализ. При спектральном анализе исследуемый минерал растирают в порошок и сжигают в пламени вольтовой дуги особого прибора — спектрографа. Свет от пламени вольтовой дуги проходит через стеклянную призму и разлагается, образуя спектр. Далее световые лучи попадают на стеклянную пластинку и фотографируются на ней. В зависимости от того, в каком месте на пластинке получаются линии спектра и какую ширину они имеют, определяют, какие химические элементы и сколько их находится в исследуемой пробе.

Так узнают, в каком месте в породах содержится больше всего металлов.

На глаз и даже в микроскоп, который увеличивает в десятки раз, рудные частицы иногда не видны; содержатся они в очень и очень малых количествах — обычно тысячных долях процента. Такие количества можно определить только с помощью точного анализа.

Ученые установили, что вокруг рудных месторождений в горных породах рассеяно рудное вещество, количество которого уменьшается по мере удаления от месторождений. Распределение рассеянного рудного вещества вокруг месторождения показано на рисунке (стр. 103). Рудные частицы (они изображены точками) собираются возле залежи, как пчелы около своего улья: чем ближе к улью, тем их больше.

Допустим, что с помощью анализов удалось установить, что в породах всюду содержится 0,001% металла, а на одном каком-то участке его 0,002%. Следовательно, руду нужно искать там, где замечена повышенная «зараженность» участка металлом.

ГЕОЛОГАМ ПОМОГАЮТ РАСТЕНИЯ И ЖИВОТНЫЕ

Корни многих трав и особенно корни деревьев глубоко проникают в почву, откуда высасывают воду. В ней бывают растворены рудные минералы. Растения всасывают воду вместе с растворенными в ней веществами. Поэтому-то геологи собирают травы, листья, кору деревьев, высушивают собранный материал, а потом сжигают его. Получается зола, в которой содержатся разные минеральные вещества. С помощью химических или других анализов узнают, какие вещества содержатся в золе и сколько их. Когда сделают все анализы (а их нужно очень много!), то выяснится, в каких местах растения получают с водой много минеральных

Кроме того, некоторые растения предпочитают почву с определенными химическими элементами. Так, на Алтае и в Казахстане встречается растение качим Патреца. Оказывается, оно произрастает на почвах, обогащенных медью. Заросли качима указывают на существование в этом месте медного оруденения под почвой. Для обогащенных цинком почв характерны растения «цинковые» фиалки. Таких металлолюбивых растений известно много.

Два вида астрагала (травы и кустарники из семейства бобовых) и один вид лебеды растут на почвах, содержащих уран.

В других случаях, наоборот, над месторождениями определенные виды растений не растут, хотя в этом районе они распространены. Так, например, в дубравах Заволжья над месторождениями серы нет деревьев. В Трансваале (Южн. Африка) над платиноносными перидотитами (черно-зелеными изверженными породами) растительность вообще отсутствует или встречаются только малорослые, как говорят ботаники, угнетенные, формы.

Животные также в некоторых случаях помогают в поисках месторождения. Например, первые месторождения якутских алмазов «помогла» найти лиса. Роя нору, она выбрасывала вместе с землей мелкие камешки, а среди них оказался ярко-красный минерал — пироп, который образуется и залегает вместе с алмазом. Найдя этот минерал, геологи увереннее продолжали поиски и нашли поблизости месторождение.

В местах, закрытых слоем почвы, геологи осматривают камешки, которые выбрасывают из своих нор суслики, лисы и другие животные.

ФИЗИКА И ГЕОЛОГИЯ

Кажется, что физика и геология довольно далекие друг от друга науки. Но если бы геологам не помогала физика, то не были бы открыты многие месторождения железа, нефти, меди и других полезных ископаемых. Появилась новая наука —геофизика, которая изучает физические свойства Земли и физические процессы, происходящие в ней.

Геофизики используют приборы, с помощью которых невидимое становится видимым. Так, например, у человека нельзя простым глазом увидеть сердце, а с помощью рентгеновского

аппарата это сделать очень просто. Так же и в геологии: то, что под землей не увидит глаз, «увидят» сложные геофизические приборы. Эти приборы отмечают различие в магнитных, электрических и других свойствах горных пород и руд.

МЕСТОРОЖДЕНИЕ — МАГНИТ

Вы знаете, что вокруг магнита всегда есть невидимое магнитное поле.

Если стрелка компаса отклоняется от обычного положения, как показано на рисунке, это значит, что в глубине Земли есть залежи железных руд, которые притягивают ее. И в какое бы место мы ни перенесли компас, стрелка будет показывать в сторону рудной залежи. Так же ведет себя и магнитная стрелка аэромагнитометра, установленного на самолете, который пролетает вблизи рудной залежи.

Залежь железных руд притягивает магнитную стрелку.

По отклонению магнитной стрелки от обычного положения были найдены крупнейшие запасы железных руд в районе Курска и некоторых других местах. Если руды немного или она залегает на большой глубине, то обычная магнитная стрелка ее не «почувствует»; в таких случаях применяют другие, более тонкие и сложные физические приборы.

Но сильными магнитными свойствами обладают только железные руды. Многочисленные полезные ископаемые немагнитны, и для их поисков магнитная стрелка непригодна.

ГРАВИМЕТРИЧЕСКАЯ РАЗВЕДКА

Все мы знаем, как велика сила земного тяготения, и не раз ощущали это на себе. Мы всегда падаем не вверх, а вниз, потому что нас притягивает Земля.

Сила тяготения действует на Земле всегда и всюду, но величина ее неодинакова. Чем тяжелее предмет, тем сильнее он к себе притягивает. В глубине Земли и в горах находятся породы и руды, которые сильно различаются по своей плотности. Например, кусок свинцовой, медной, вольфрамовой, цинковой руды в полтора-два раза тяжелее, чем вес такого же по объему куска гранита или мрамора. Значит, руда и притягивает к себе сильнее, чем залегающая рядом с ней порода. А соль или гипс имеют значительно меньшую плотность, поэтому над залежами солей величина силы притяжения будет меньше. Можно искать рудные месторождения по изменению величины силы притяжения. Для этого созданы специальные приборы, которые определяют, в каком месте какая сила тяготения. Прибор, которым измеряют эту силу, называется гравитационным¹ вариометром. Такой прибор состоит из коромысла, которое подвешено на тонкой кварцевой нити. На концах коромысла находятся два шарика — один закрепляется непосредственно на одном конце коромысла, а другой — на длинной нити, прикрепленной к другому ее концу. Когда прибор находится вблизи тяжелой массы, например рудной залежи, то шарик, подвешенный на нити, притягивается к залежи, поворачивает коромысло, а вместе с ним и кварцевую нить, на которой подвешено коромысло. Зная, в каком направлении и насколько повернется коромысло, преодолевая сопротивление упругой кварцевой нити, можно определить, в каком месте находится залежь и велика ли она.

Перемещая прибор по поверхности и производя замеры в различных участках, можно с достаточной точностью определить положение и даже форму рудной залежи.

Подземные залежи тяжелых руд и горных пород, обладающих повышенной плотностью, могут быть найдены и с помощью специального, очень чувствительного маятника, который вблизи тяжелых масс начинает качаться быстрее.

Гравитационные вариометры в настоящее время широко применяются при поисках руд. Способ, с помощью которого удалось сделать этот прибор, предложил 200 лет назад М. В. Ломоносов. Гравиметрическим способом открыто уже много рудных залежей.

А что делать, если полезные ископаемые не тяжелее горных пород или руды так мало, что ее не может обнаружить и гравитационный вариометр, да и руда немагнитная?

Тогда геологи ищут месторождения с помощью электрического тока.

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО ИЩЕТ

Электричество помогает человеку во многом: приводит в движение машины, станки, дает свет и тепло.

Многие руды — хорошие проводники. Это их свойство используется при поисках месторождений. Там, где есть основание предполагать, что на глубине находится рудное тело, проводят разведку электрическим током. Для этого в землю забивают два железных кола, расположенных один от другого на расстоянии 30— 50 м. От кольев идут провода к измерительному прибору. Электрический ток течет от батареи к одному из кольев, далее проходит через землю и доходит до другого колышка, а от него по проводу возвращается к прибору. Из физики мы знаем, что, чем больше сопротивление вещества, тем меньше сила тока. И вот, проводя исследования в разных местах и отмечая показания прибора, можно определить, что на одном участке сила тока небольшая. Значит, здесь залегают граниты, мраморы, глины, пески, т. е. породы с большим сопротивлением. А на другом участке сила тока оказалась большей, поэтому возможно, что ток прошел через руду, сопротивление которой меньше. В этих местах можно вести поиски руды.

Если грунтовые воды с растворенными в них слабыми кислотами соприкасаются с рудой, то возникают естественные электрические токи. Измеряя силу этих токов в горных породах, окружающих рудную залежь, определяют положение залежи.

Но есть руды, которые не проводят электричество, не обладают и магнитными свойствами. Как искать эти руды? Оказывается, что и в таком случае геофизики помогают геологам.

РАЗВЕДКА ВЗРЫВАМИ

Опустите в стакан с чаем ложку, и вам покажется, что в чае она как бы переломилась. Это явление объясняется преломлением лучей

¹ От слова «гравитас» — тяжесть. Гравиметрия — паука, изучающая изменение ускорения силы тяжести в различных точках Земли.

Схема электроразведки: 1, 2, 3 — электроды. Через крайние электроды ток проникает в землю. Электроды в середине ведут к измерительному прибору. Линии тока изменяют направление и сгущаются возле рудного тела.

света, попадающих из атмосферы в более плотную среду — воду. Бы видите не только верхнюю часть ложки и поверхность воды, но и более глубоко расположенную часть ложки, а также дно стакана. Часть лучей отражается от поверхности воды, а часть, преломившись, проходит глубже и отражается от ложки и дна стакана.

Солнечные лучи просвечивают воду насквозь. А можно ли «просветить» насквозь землю и получить отражение от пород, находящихся на различных глубинах? Оказывается, можно с помощью искусственных землетрясений. Этот способ основан на том, что сейсмические волны (см. стр 114) с разной скоростью проходят через породы различной плотности.

От места взрыва сейсмические волны идут через горные породы вглубь до тех пор, пока не встретят породы иного состава. При этом часть волн, преломившись, пойдет дальше вглубь, а часть отразится от границы этих пород и придет на поверхность Земли, как луч света, отраженный в стакане от чайной ложки. Возвратившиеся волны улавливаются приборами — сейсмографами.

Геофизики определяют, сколько времени шли эти волны, а затем вычисляют, на какой глубине и от пород какой плотности волны отразились. Немного позже на поверхность возвращаются волны, отразившиеся от более глубоких слоев. Определяют и их глубину проникновения. Так получают сейсмограмму — запись показаний сейсмографов. По ней узнают, на какой глубине залегают какие породы и лежат ли они горизонтально или образуют складки.

Мы коротко рассмотрели разные способы геофизических поисков руды. Эти способы применяют, когда ищут самые различные полезные ископаемые. Для поисков радиоактивных руд применяют свой особый способ, потому что у этих руд есть присущие только им свойства: радиоактивные руды постоянно выделяют мельчайшие, но очень активные частицы. Ученые создали сложные приборы — радиометры, которые «чувствуют» удары этих частиц и дают сигналы о них: на приборах зажигаются лампочки, отклоняется стрелка или раздается звуковой сигнал. Поднося этот прибор к разным породам, можно «нащупать» участки, в которых залегает радиоактивная руда.

НАЙТИ МЕСТОРОЖДЕНИЕ — ЭТО ЕЩЕ НЕ ВСЕ

Когда геологи нашли месторождение полезного ископаемого, то начинается следующий этап работы. — разведка. Она необходима, чтобы определить размер месторождения: достаточно ли в нем полезного ископаемого для организации добычи или это мелкие рудные тела, которые не имеет смысла разрабатывать. Необходимо установить форму и размеры рудных тел, содержание в них полезных ископаемых и глубину залегания.

Разведочные работы позволяют получить в большом количестве образцы руд из различных частей рудного тела, потому что разведочные выработки прорезают рудные тела во многих местах. По этим образцам, или пробам, геолог определяет, из каких полезных ископаемых состоит руда и имеются ли нежелательные примеси.

Разведочные работы начинаются с составления подробной геологической карты месторождения. После составления карты проводится разведка месторождения с помощью горных работ и буровых скважин.

Если рудные тела находятся вблизи поверхности и закрыты лишь почвенным слоем или другими маломощными наносами, то роют на определенном расстоянии одна от другой канавы глубиной 1—2 м. Но если рудная залежь закрыта наносами, мощность которых достигает 5—10 м и больше, то копают похожие на колодцы горные выработки — шурфы. Стенки их укрепляют деревянными брусьями и досками, чтобы рыхлые породы не завалили выработку и людей. Шурфы располагаются в строгом порядке на определенном расстоянии один от другого, так чтобы вскрыть все рудное тело.

Если рудные скопления расположены в горном хребте или в горе с крутыми склонами, то

месторождение вскрывают горизонтальной горной выработкой — штольней (похожей на тоннель), которая протягивается внутрь горы со стороны ее крутого склона. Штольня прорезает горные породы на 100—200 м или больше — до тех пор пока не пересечет рудное тело. Затем из штольни через равные промежутки в рудном теле поперек его от одного конца до другого пробиваются более мелкие выработки.

Если рудное тело залегает не горизонтально, а наклонно или вертикально, то в горе на разных уровнях пробивается еще одна или несколько штолен. В результате все месторождение оказывается пересеченным насквозь сетью горных выработок на разных уровнях. Благодаря этому выясняется форма рудного тела.

В равнинной местности рудные тела могут залегать на глубине 100—200 и более метров. В таких случаях пробивают шахты. В них для спуска людей и подъема руды устраивают специальные лифты — клети. В шахтах на разных уровнях через определенные расстояния пробивают горизонтальные горные выработки в сто-

рону рудного тела. От них, как и от штолен, примерно через равные промежутки проходят мелкие выработки, пересекающие насквозь рудное тело.

Из каждой выработки в нескольких местах берут пробы руды, чтобы узнать, сколько полезного ископаемого содержится в каждом рудном участке и по всему рудному телу в среднем. Зная объем рудного тела и среднее содержание в нем полезного ископаемого, определяют общие запасы месторождения.

Для разведки рудных залежей широко применяется бурение скважин. Производится оно специальной (колонковой) трубой с алмазной коронкой, которая, вращаясь, постепенно высверливает твердую породу. В трубе остается столбик породы — керн. По нему узнают, какие породы залегают в глубине и где расположено рудное тело. Бурение колонковой трубой обычно производится на глубину в сотни, а иногда свыше 1000 м.

Бурить можно тяжелым стальным долотом, подвешенным на тросе. Его поднимают, и долото под тяжестью собственного веса дробит породу десятки >и сотни раз. В горных породах образуется похожее на нору отверстие глубиной в десятки метров. При таком бурении (его называют ударным) извлекают через определенные интервалы раздробленный материал. Исследуя его, определяют, какие пробурены породы, а если обнаружена руда, то узнают, какая она и сколько в ней содержится ценных для промышленности металлов.

При разведке нефтяных залежей приходится иногда бурить скважины свыше 3 км глубины.

С помощью бурения можно быстро разведать рудную залежь. Но не всегда бывает достаточно тонкого столбика керна руды, чтобы уверенно судить о распространении и качестве руды.

Горные работы дают значительно более полные данные о месторождении.

Зачастую горные работы и бурение скважин проводят на одном и том же месторождении, особенно если рудная залежь большого размера. Канавами и шурфами вскрывают верхнее окончание рудной залежи, штольнями или шахтой — центральную часть, а скважинами — глубокие горизонты. Таким образом удается правильно подсчитать запасы полезного ископаемого.

Часто скважины бурят возле известных месторождений, чтобы найти новые рудные тела. Как правило, на одном участке группируется

Распределение рассеянного рудного вещества вокруг месторождения.

несколько рудных тел. Не напрасно еще древние рудокопы говорили: «Ищи руду возле руды», т. е. новое рудное тело ищи возле уже найденного.

А МОЖНО ЛИ ОБОЙТИСЬ БЕЗ ГЕОЛОГОВ

Мы познакомились с тем, какие точные и чуткие приборы помогают искать руду, скрытую на большой глубине. Может быть, руду можно искать только приборами, без геологов? На этот вопрос надо ответить отрицательно. Ведь геологи указывают, в каких районах нужно искать и какие руды можно найти, а значит, и какие приборы следует использовать. Известно, что хром и никель нужно искать в темно-зеленых и черных тяжелых породах (дунитах, перидотитах и др.). В них почти никогда не бывает месторождений золота и вольфрама. Искать алмазы в Крыму бесполезно, так же как нет смысла искать хром в Поволжье. Геологи знают все современные способы поисков и, прежде чем выехать в экспедицию, намечают, где именно и что будут искать и какими способами.

На службу геологии поступают все более усовершенствованные машины и приборы, помогающие быстро обнаруживать месторождения. Для поисков руды в последнее время все чаще применяются самолеты и вертолеты с установленными на них геофизическими приборами. Эти приборы определяют положение скрытых на глубине залежей полезных ископаемых. Кроме того, с самолетов фотографируют районы поисков и получают аэрофотоснимки, которые намного облегчают поиски геологам.

КАК ОБРАЗУЮТСЯ И РАЗРУШАЮТСЯ ГОРЫ

Многие читатели Детской энциклопедии живут в горных районах или видели горы во время поездок по стране. А если кому-нибудь не приходилось быть в горах, то он видел их на фотографиях, в кино, на экране телевизора и знает о них также по рассказам и описаниям. Как же образуются горы? Почему в одних местах горы есть, а в других — нет?

На человека, который видит горы впервые, они производят сильное, неизгладимое впечатление. Представьте себе долгое путешествие по однообразной, плоской равнине Средней Азии: сначала степь, потом пустыня, затем хлопковые поля — и вот вдали на горизонте появляется неровная полоска белых облаков. Но это не облака: это снежные вершины. Мы подъезжаем ближе. Вот уже предгорья. Местность повышается, дорога начинает петлять между холмами. Склоны становятся круче, появляются обнаженные отвесные скалы, воздух все чище и прохладнее, реки стремительно и шумно бегут по ущельям... Горы! Каждая вершина неповторима, каждый поворот ущелья манит к себе, хочется узнать, что там дальше, выше. Какие-то незнакомые нам, жителям равнин, камни, какое-то странное, хаотическое нагромождение скал, а еще выше — вечные снега, ледники, холодный, кристально чистый воздух.

Хорошо в горах, удивительно хорошо! Откуда же такое чудо, откуда же взялись горы?

Попытаемся разобраться, как они построены, из чего состоят, и тогда будет яснее, как они образовались.

Вот мы на вершине. Из чего состоят здесь горные породы? Приглядимся внимательнее к скале. Оказывается, это не сплошная (монолитная) масса, а множество более или менее толстых слоев какой-то породы. Ударим молотком по одному из этих слоев. Вдруг, к нашему изумлению, на свежем сколе породы ясно виден отпечаток раковины: видна вся ее форма, характерные ребрышки. При удаче из породы можно выколотить иногда и всю раковину целиком. И если вы наблюдательны, то сразу заметите, что где-то уже встречали такие раковины или похожие на эту. Да, вот где: на берегу моря! Только там, на морском берегу, раковина была панцирем живого существа, а здесь, в слоях горной породы, она мертва, она окаменела. А рядом — другая такая же раковина, а потом — третья и т. д.

И мы обнаруживаем, что вся порода в сущности состоит из таких раковин. Эта порода называется известняком,

Как же могло случиться, что раковины морских животных оказались высоко в горах, в тысяче километров от моря? Можно сделать единственное предположение: когда-то, очень

Известняк состоит из окаменевших морских ракушек (под микроскопом) .

давно, на месте этих гор было море. Шли годы, на дне его слой за слоем накапливались раковины отмирающих животных, а затем морское дно поднялось так высоко, что море отступило. Теперь только по остаткам живших в нем организмов можно узнать, что оно когда-то было здесь.

Горные породы морского происхождения встречаются на различных уровнях в горах. Значит, участки Земли, которые раньше были дном моря, в дальнейшем поднялись, и притом на различную высоту.

Теперь посмотрим, как лежат в горах слои горных пород. Оказывается, они наклонены и изогнуты. Слои песков, глин, известняков, которые мы видим на равнинах, как правило, лежат горизонтально, так, как они отлагались в какие-то далекие времена. А здесь, в горах, слои измяты и образуют сложные складки. Какой-то слой в одном месте поднимается вверх, затем постепенно перегибается, образуя свод, и опускается вниз, далее — другая такая же складка, и в сущности вся горная возвышенность состоит из таких смятых, изогнутых, а местами даже разорванных слоев горных пород.

Значит, участок Земли, который испытывал поднятие, одновременно коробился, сминался, деформировался, изменял свою структуру (строение).

Посмотрите внимательнее, из каких пород сложены слои в горах. Не отличаются ли эти породы чем-либо от тех, которые встречаются на равнинах? На равнинах это рыхлые пески, мягкие глины или какие-либо другие породы, еще не затвердевшие и не уплотнившиеся, т. е. со всеми признаками их происхождения, неизмененные или слабо измененные осадки морей или рек. В горах они уплотнены, прочнее, крепче. Слоев песка здесь нет. Он превратился в песчаник, а глина — в глинистый сланец. Известняки стали такими прочными, что звенят от удара молотка, а местами их и известняками нельзя назвать, это скорее уже мраморы. Следовательно, процесс поднятия и деформации слоев сопровождался изменением горных пород. Они, как говорят, «метаморфизованы», и прежний вид осадка, из которого они образовались, порой трудно себе представить (см. стр. 74).

На равнинах мы встречаем, как правило, рыхлые осадочные породы. А в горах зачастую породы совсем другого вида и происхождения: прочные кристаллические массы, такие, как всем известные гранит и базальт. Эти породы никогда не были осадком на дне моря. Они образовались из расплавленной магмы, которая поднялась из глубоких недр Земли и затем застыла. И сейчас можно наблюдать такой процесс во время вулканических извержений. Такие породы называются изверженными или магматическими (см. стр. 71).

Осадочные породы, которые встречаются на равнинах, залегают относительно тонким слоем — в несколько сот метров, а глубже, под ними, лежат древние породы (магматические и метаморфические). Они образуют кристаллический фундамент, сложенный очень древними метаморфическими и кристаллическими горными породами, измятыми в сложные складки.

Если же измерить общую толщину осадочных пород в горах, то окажется, что она очень велика: несколько километров.

Что же можно сказать о том, как возникли и как развиваются горы?

Большая часть суши — равнина. Она малоподвижна. Ее поверхность обычно ровная либо слабо волнистая, слегка наклоненная в одну сторону. Так, например, обширная Западно-Сибирская низменность имеет слабый наклон к северу, в сторону Северного Ледовитого океана, а Прикаспийская равнина — к югу. На протяжении мно-

На равнинах слои горных пород залегают горизонтально.

гих миллионов лет такие участки испытывали лишь самые незначительные движения, горы здесь не образуются. Но на Земле есть другие участки, которые, наоборот, отличаются большой подвижностью. Сначала, как правило, они покрыты морем. На дне моря отлагаются различные осадки: пески, илы, скопления ракушек. Казалось бы, море должно быстро заполниться этими осадками. Но этого не происходит, потому что дно такого моря медленно опускается вместе с осадками, которые его покрывают. Так продолжается много миллионов лет. За это время здесь накапливаются огромные толщи осадков. Затем наступает новый период в развитии данного участка. В нем начинаются интенсивные движения. Накопившиеся до этого момента слои осадочных пород изгибаются, рвутся, уплотняются и растрескиваются; сквозь разрывы трещин снизу проникает магма; и весь участок поднимается, образуя на поверхности Земли горы.

Как только море ушло и вместо него появилась горная возвышенность, сразу начинают воздействовать на ее поверхность дождевые воды, реки, ветер и другие внешние силы. Они разрушают горы и создают сложный рельеф.

Откуда же берутся те силы, которые способны приподнять и изогнуть такие мощные толщи осадков и создать горы? Этот вопрос пока еще окончательно не разрешен. Можно думать, что главную роль играют следующие факторы: тяжесть, теплота, силы космического происхождения и др.

Сила тяжести. По форме Земля — почти правильный шар. Такая форма объясняется тем, что все частицы Земли притягиваются друг к другу и к ее центру и вследствие этого располагаются симметрично относительно центра, т. е. в форме шара. Кроме того, более тяжелые массы горных пород стремятся опуститься, более легкие — подняться. В масштабе всей Земли это приводит к деформации отдельных участков, образованию складок в слоях горных пород, появлению гор и впадин.

Теплота. Внутренние части Земли сильно нагреты и, вероятно, продолжают разогреваться в связи с распадом радиоактивных веществ. Породы внутри земного шара из-за высокой температуры почти расплавлены или даже в некоторых местах жидкие. Это облегчает перемещение вещества в недрах Земли. Тепло распределено в Земле неравномерно, и отсюда возникают дополнительные силы, которые могут вызвать перемещение масс.

Силы космического происхождения, т. е, влияние на Землю Луны, Солнца и других тел солнечной системы. Под их воздействием Земля как планета испытывает постоянно меняющееся напряжение, и это

Причудливые скалы образовались в результате многовековой действия ветров, дождевых вод, микроорганизмов, смены температур.

опять ведет к возникновению движений во всей толще Земли. Одним из примеров этих движений являются приливы и отливы, но не только в водах океана, а и во всем «теле» Земли.

Есть и другие силы. Пока трудно сказать, какая из этих сил играет главную роль. Но подсчеты показывают, что в недрах Земли таятся действительно огромные силы, способные не только создавать горы, но и передвигать материки.

И в настоящее время процесс развития многих горных систем совсем не закончился. И сейчас они продолжают расти, их строение усложняется. Яркие примеры современной деятельности внутренних сил — землетрясения и действующие вулканы.

Наблюдая извержения вулканов, мы видим, как магма поднимается из глубин Земли и в виде лавы изливается на поверхность. Во время сильных землетрясений можно непосредственно видеть, как изменяется при подземных толчках облик поверхности Земли: образуются трещины, одни участки опускаются, а другие поднимаются.

Есть и другие способы, при помощи которых можно обнаружить, что горы развиваются; например, наблюдения за речными террасами.

Каждая река, протекающая в горах и спускающаяся в равнину, разрабатывает свою долину. Если горный хребет поднимается, то реки вынуждены углублять свои русла. Они глубоко врезаются в толщу горных пород и образуют ущелья с крутыми склонами. Но следы прежнего уровня реки местами сохраняются, и их можно обнаружить на склонах гор на различной высоте. Такие остатки прежних долин, расположенные выше русла современной реки, и называются террасами. Они свидетельствуют о том, что процесс образования горных систем продолжается и в наше время. Речные долины равнин тоже имеют террасы, но их высота невелика.

Мы узнали, как создаются горы. А как же они разрушаются? В разрушении гор непрерывно участвуют разнообразные внешние силы.

Процесс разрушения начинается с поверхности. Днем скала нагревается солнцем. Ночью остывает. При нагревании камни расширяются, при остывании — сжимаются. День за днем, год за годом такие колебания температур приводят к тому, что скала растрескивается. В трещины проникает вода. В морозные дни она замерзает и лед с большой силой раздвигает трещины. В них проникают корни растений и тоже с огромной силой давят на стенки.

Реки — основная сила, разрушающая горы. Они размывают даже самые прочные породы. Эта река непрерывно углубляет свое русло и «пропиливает» горные породы.

Растения, прикрепляясь к грунту, высасывают из него вместе с влагой соли, нужные им для питания, и постепенно разъедают поверхность скалы и расширяют трещины. К этому присоединяется работа бактерий, которые химически перерабатывают вещество породы и превращают его в почву. Все эти процессы называются выветриванием. В результате выветривания на поверхности образуется слой разрушенных пород — элювий.

Дождевые струи смывают элювий и сносят его вниз, в долины рек. Быстрые горные реки обладают большой силой и уносят с собой все обломки пород, попавшие в них со склонов гор.

Кроме того, река сама углубляет русло и пропиливает горные породы. В этом ей помогают камни, которые она несет с собой. Они действуют на дно, как таран или пила, обтачивая его и срезая все неровности.

Реки легко размывают рыхлые, непрочные породы. Но они обладают достаточной силой,

чтобы размывать даже самые плотные породы, такие, как гранит или известняк. Нередко можно видеть в горных районах глубокие ущелья, стенки и дно которых сложены самыми прочными породами. Однако в глубине таких ущелий с глухим шумом роется водный поток, непрерывно углубляя русло.

Временные водные потоки, созданные дождями, и постоянные потоки, реки, — основная сила, разрушающая горы.

Большое значение имеют и другие внешние силы, к которым относится еще и ветер. Казалось бы, какое значение может иметь ветер? Однако он действует непрерывно, из года в год, из века в век. Срывая с поверхности Земли мелкие частицы почвы и песка, он несет их с собой, «бомбардирует ими, обтачивая и шлифуя обнаженные скалы При этом возникают оригинальные формы поверхности: причудливые скалы, напоминающие собой старинные замки, фигуры животных и т. д.

В высокогорных районах, где много снег и льда, большую роль в разрушении гор играю ледники. Мощные толщи льда под собственной тяжестью спускаются вниз по долинам и при этом «вспахивают» свой путь, углубляя его и унося вниз огромное количество обломков горных пород. Массы таких обломков скапливаются у конца ледника, образуя морены (см стр. 169.).

Наконец, и подземные воды способствуют раз рушению гор. Пробираясь по трещинам в глубине Земли, они размывают породы, растворяют их и в таком виде уносят прочь. В результате в толще пород образуются пустоты, пещеры, а на поверхности — характерной формы воронки, трещины и ребристые выглаженные скалы. Все эти явления называются карстом.

Итак, в разрушении гор участвуют поверхностные и подземные воды, ледники, ветер сложные физико-химические и биологически процессы выветривания.

Всюду в горах мы видим явные признаки деятельности этих внешних сил. Следовательно, горы, со всеми особенностями их внутреннего строения, внешней формы, созданы сов местным действием внутренних и внешних сил

Они непрерывно созидаются и непрерывно разрушаются.

Если преобладают внутренние силы, то горы растут, если же внешние силы — горы постепенно сглаживаются, исчезают и на их месте остается плоская равнина.

Молодые горы — это горы, которые быстро растут. Примером может служить Кавказ. В древних горах внутренние процессы давно затихли, а внешние силы еще продолжают вести свою разрушительную работу. Таков, например, Урал. И даже на многих современных равнинах можно видеть признаки, свидетельствующие о том, что очень давно, сотни миллионов лет назад, здесь тоже были горы. От них остались где-то в глубине лишь «корни», перекрытые сверху сплошным слоем более молодых осадочных пород.

На территории нашей страны огромные пространства заняты равнинами, в пределах которых внутренние силы давно затихли, а внешние проявляют себя слабо. Здесь нет ни горных хребтов, ни вулканов, ни землетрясений.

Разрушение гор приводит к выравниванию рельефа, но корни складок сохраняются.

Такова Восточно-Европейская равнина, а также Западно-Сибирская низменность.

На переднем плане ледниковая морена. Эти огромные массы обломков горных пород принес сюда ледник, спускающийся с гор.

Много есть древних гор, разрушенных, однако, еще не до конца: Урал, Тиман, Енисейский кряж и др. А вдоль южных границ и на востоке нашей страны протянулась полоса молодых гор. Таковы хребты Карпат, Кавказа, Копет-Дага, Памира. В пределах этих горных систем внутренние силы действуют очень энергично, горы растут, их рост сопровождается

землетрясениями, а местами и вулканическими явлениями, как, например, на Камчатке.

Изучение гор и пород, которыми они сложены, имеет большое практическое значение. Чтобы успешно разыскивать месторождения полезных ископаемых, нужно знать строение гор, их историю и физико-химические процессы, протекающие в глубине Земли.

Этими вопросами занимается геология — наука о строении и развитии Земли. В нашей стране имеются сотни геологических учреждений, десятки тысяч геологов изучают строение горных и равнинных районов, разыскивая полезные ископаемые. Во многих средних школах работают геологические кружки. Комсомольцы и пионеры участвуют в геологических походах, помогая геологам в их работе.

За время Советской власти геология достигла больших успехов, но еще много увлекательных путешествий и открытий ожидает будущих геологов — разведчиков недр нашей необъятной Родины.

ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ

«В 5 часов 20 минут земля вздрогнула; ее первая судорога длилась почти десять секунд: треск и скрип оконных рам, дверных колод, звон стекол, грохот падающих лестниц разбудили спящих: люди вскочили, ощущая всем телом эти подземные толчки... Качались стены, срываясь, падали полки, посуда, картины, зеркала, изгибался пол, мебель тряслась, двигаясь по комнате, опрокидывались шкафы, подпрыгивали столы... Как бумажный, разрывался потолок, сыпалась штукатурка... В темноте все качалось, падало, с треском проваливаясь в какие-то вдруг открывшиеся пропасти... Земля глухо гудела, стонала, горбилась под ногами и волновалась, образуя глубокие трещины... Вздрогнув и пошатываясь, здания наклонялись, по их белым стенам, как

молнии, змеились трещины, и стены рассыпались, заваливая узкие улицы и людей среди них тяжелыми грудами острых кусков камня...

Все море качается, как огромная чаша, готовая опрокинуться на остатки города... Кажется, что вот сейчас вся смятенная масса его выплеснется на землю до последней волны и капли...

Поднялась к небу волна высотой неизмеримой, закрыла грудью половину неба и, качая белым хребтом, согнулась, переломилась, упала на берег и страшной тяжестью своей покрыла трупы, здания, обломки, раздавила, задушила живых и, не удержавшись на берегу, хлынула назад, увлекая с собой все схваченное».

Улица Гарибальди в городе Мессине до землетрясения.

события, происшедшие в итальянском городе Мессине 28 декабря 1908 г.

Представьте себе стол, на котором построена игрушечная страна, насыпаны песчаные горы, вместо озера в песок врыта сковорода с водой; у подножия горы сложен целый город из кубиков. Как можно сразу разрушить все это сооружение? Для этого достаточно сильно ударить по столу — и в несколько секунд игрушечной страны не станет. Она разрушится, если нанести удар не сверху, а снизу, даже не прикасаясь ни к одной из игрушечных построек. Значит, главной причиной «катастрофы» будет вызванное ударом сотрясение стола.

Точно так же встряхнуть и разрушить настоящие здания в большом городе, расплескать озера и реки, рассечь поверхность огромными трещинами могут только сильные толчки и сотрясения самой Земли.

ЧТО ПРОИСХОДИТ ПРИ СИЛЬНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯХ

Землетрясение начинается с разрыва и перемещения горных пород в каком-нибудь месте в глубине Земли. Это место называется очагом землетрясения или гипоцентром. Глубина его обычно бывает не больше 30 км, но в отдельных случаях доходит и до 700 км. Иногда очаг землетрясения может быть и у поверхности земли. Если землетрясение сильное, то в таких случаях мосты, дороги, дома и другие сооружения оказываются разорванными и разрушенными.

Участок земли, в пределах которого на поверхности, над очагом, сила подземных толчков достигает наибольшей величины, называется эпицентром.

В одних случаях пласты земли по сторонам разлома надвигаются друг на друга. В других — земля по одну сторону разлома опускается, а по другую — поднимается, образуя сбросы. В местах, где сбросы пересекают речные русла, появляются водопады. Своды подземных пещер растрескиваются и обрушиваются. Бывает, что после землетрясения большие участки земли опускаются и заливаются водой. Подземные толчки вызывают на горных склонах обвалы и оползни. В 1906 г. в Калифорнии во время землетрясения на поверхности образовалась глубокая трещина.

Она протянулась на 450 км. Вдоль нее произошли горизонтальные смещения, Около трещины дороги сместились на расстояние до 7 да. Во время Гобийского землетрясения (Монголия) 4 декабря 1957 г. возникли трещины общей протяженностью 250 км. Вдоль них возникли уступы до 12 м высотой.

Понятно, что резкое перемещение больших масс земли в очаге землетрясения должно сопровождаться ударом колоссальной силы. Удар вызывает сотрясение слоев горных пород вокруг очага, распространяющееся в виде волн так же, как расходятся волны от брошенного в воду камня. От очень сильных сотрясений поверхность земли может изгибаться, растрескиваться, вспучиваться. Большие разрушения от землетрясений обычно происходят в рыхлых и неустойчивых горных породах, на крутых склонах.

Постройки при сильных подземных толчках разрушаются за несколько секунд. Катастрофические землетрясения бывают в виде двух-трех коротких сильных толчков. Только слабые, уже неопасные повторные толчки еще долго тревожат перепуганных жителей. Конечно, чем дальше от эпицентра, тем слабее сотрясение почвы. На больших расстояниях они вообще незаметны.

За год люди ощущают около 10 тыс. землетрясений. Из них примерно 100 бывают разрушительными. Современные точные приборы

В результате землетрясения произошло искривление железнодорожных рельсов.

фиксируют ежегодно более 100 тыс. землетрясений на нашей планете

Нередко очаг землетрясения скрывается под морским дном и на море возникают огромные волны — цунами. Так, во время Лиссабонского землетрясения в 1755 г. на берег Португалии обрушилась волна высотой в 12 м, а сильное волнение наблюдалось даже у берегов Южной Америки, по другую сторону Атлантического океана.

В ночь с 4 на 5 ноября 1952 г. у берегов Камчатки от сильного землетрясения также образовались большие морские волны высотой 7-8 м.

От Чилийского землетрясения 22 мая 1960 г, тоже возникли огромные морские волны. На протяжении более суток они распространились через Тихий океан и достигли противоположных его берегов. В Японии высота волн достигала 10 м. Прибрежная полоса была затоплена. Большинство же подземных толчков очень слабы, и о них знают лишь сейсмологи ученые, специально изучающие сотрясения Земли. Катастрофы вроде Мессинской, Калифорнийской или Чилийской случаются довольно редко. Летом 1964 г. произошло сильное землетрясение в Японии.

Силу землетрясений определяют баллами. Ученые составили специальную таблицу для определения силы землетрясений в баллах (см. стр. 116).

ГДЕ И ПОЧЕМУ БЫВАЮТ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ

Многие из вас, наверное, уже подумали: «А не может ли случиться сильное землетрясение там, где я живу?» .

Ученые составили специальную карту, на которой показано, какой силы землетрясения бывают и могут быть в разных районах нашей страны. Большей части Советского Союза разрушительные землетрясения не угрожают. Они происходят главным образом в горных районах: в Карпатах, в Крыму, на Кавказе и в Закавказье, в горах Памира, Копет-Дага, Тянь-Шаня, Западной и Восточной Сибири, Прибайкалье, на Камчатке и Курильских о-вах и даже в Арктике. Объясняется это тем, что в таких местах земная кора подвижна и неустойчива. Это области «молодых» горных сооружений. Здесь у земной коры поднятия сменяются опусканиями на сравнительно небольших

Эта глубокая трещина образовалась во время землетрясения в 1911 г. в районе г. Верного (Алма-Ата).

участках. Землетрясения связаны с процессами горообразования и возникают при непрерывном поднятии и образовании сбросов, сдвигов и других разрывов земной коры. Такие землетрясения называются тектоническими. К ним относится большая часть землетрясений.

Бывают еще и вулканические землетрясения. Лава и раскаленные газы, бурлящие в недрах вулканов, могут толкать и давить на верхние слои земли, как пары кипящей воды на крышку чайника. Они довольно

слабы, но продолжаются долго, иногда недели и даже месяцы. Иногда они возникают до извержений вулканов и служат предвестниками надвигающейся катастрофы.

Сотрясения земли могут быть также вызваны обвалами и большими оползнями. Так возникают местные обвальные землетрясения.

КАК ИЗУЧАЮТ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ

Примерно через двадцать минут после сильного землетрясения о нем могут узнать сейсмологи всего земного шара. Для этого не нужно ни радио, ни телеграфа. Землетрясение само сообщает о себе.

Как это происходит? При землетрясении перемещаются, колеблются частицы горных пород. Они толкают соседние частицы, которые передают толчок еще дальше в виде упругой волны.

Таким образом, сотрясение как бы передается по цепочке и расходится в виде упругих волн во все стороны; постепенно, по мере удаления от очага землетрясения, волна ослабевает.

Представление о таких упругих волнах может дать грузовик, когда он идет по неровной улице. Упругие волны вызывают сотрясение ближайших домов. Известно, например, что упругие волны передаются по рельсам далеко вперед от мчащегося поезда, наполняя рельсы ровным, чуть слышным гулом.

Упругие волны, возникающие при землетрясении, называются сейсмическими. Самые быстрые из них распространяются в поверхностных слоях Земли со скоростью от 5 до 8 км /сек, а внутри Земли — до 13 км/сек.

ЗАПИСЬ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

Когда вы стоите в автобусе, то при рывке машины с места падаете назад, а при резком торможении — вперед. Почему это происходит? Когда автобус резко трогается, ваше тело стремится сохранить состояние покоя. Ноги, опирающиеся на пол автобуса, «выезжают» из-под вас, и вы падаете назад. Свойство сохранять первоначальное состояние покоя или равномерного движения называется инерцией. Это же свойство инерции используется и в особом приборе — сейсмографе, отмечающем землетрясения. Главная часть сейсмографа —

Сейсмограф — прибор, отмечающий землетрясения. Он обладает огромной чувствительностью, позволяющей записывать землетрясения на расстоянии нескольких тысяч километров. Вверху — схема, показывающая действие сейсмографа: 1 — записывающее перо; 2 — пружина; 3 — груз; 4 — подвижная лента. Внизу — общий вид сейсмографа.

маятник — представляет собой груз, подвешенный как в маятнике стенных часов или на пружине, как у безмена. Когда почва колеблется, груз маятника сейсмографа отстает от ее движения. Если к грузу маятника прикрепить иглу и к ней прижать закопченное стекло так, чтобы игла лишь соприкасалась с его поверхностью, получится наиболее простой сейсмограф, которым пользовались раньше. Почва, а вместе с ней и стеклянная пластинка колеблются, груз маятника и игла остаются неподвижными, а игла чертит на закопченной поверхности кривую колебания Земли.

Если вместо иглы к грузу маятника прикрепить зеркало и направить на него луч света, то отраженный луч — «зайчик» — будет воспроизводить колебания почвы в увеличенном виде. Такой «зайчик» направляют на равномерно движущуюся ленту фотобумаги; после проявления на этой ленте можно видеть записанные колебания — кривую колебаний Земли во времени.

Замечательное достижение науки — электрический сейсмограф для записи малейших колебаний почвы. Его изобрел академик Б. Б Голицын. Этот прибор регистрирует землетрясения, происходящие на расстоянии до 20 тыс.км. Так, например, сейсмографы Голицына, установленные на сейсмической станция «Москва», отмечают колебания от землетрясений,

происходящих в таких отдаленных местах, как Южная Америка или Антарктида.

Если очаг землетрясения находится в предгорьях Памира на расстоянии около 3 тыс.км от Москвы, то через несколько минут после начала землетрясения упругие волны дойдут до Москвы.

Запись сотрясений почвы называется сейсмограммой. Академик Б. Б. Голицын изобрел способ, как по сейсмограмме даже одной станции узнать, где происходило землетрясение.

На сейсмических станциях приборы работают день и ночь, следя за сейсмическими волнами — вестниками далеких и близких подземных толчков. В Советском Союзе имеется около ста хорошо оборудованных сейсмических станций. На них установлена точная аппаратура, разработанная советскими учеными. В приборах применяется автоматика, а ряд расчетов при обработке наблюдений выполняется на электронно-счетных машинах.

Сейсмические волны проходят внутри земного шара в тех местах, которые недоступны наблюдению. Все, что они встречают на пути, так или иначе их изменяет. Скорость распространения упругих волн зависит от плотности и твердости пород внутри Земли.

Расшифровать сейсмограмму, прочитать рассказы сейсмических волн о том, что они встретили в глубине Земли,— сложная, но увлекательная задача.

После землетрясения в Японии в 1891 г. на ровном поле, по которому проходила дорога, образовался уступ высотой 6 м.

МОЖНО ЛИ ОСЛАБИТЬ ВРЕДНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

Катастрофические землетрясения надолго остаются в памяти людей как страшное, непоправимое несчастье. При индийском землетрясении 1897 г. были разрушены все каменные дома на площади, почти втрое превышающей территорию Крыма. Во время грандиозного землетрясения в Японии в 1923 г. погибло свыше 90 тыс. человек.

В мае 1960 г. на Тихоокеанском побережье Южной Америки, в Чили, произошло несколько очень сильных и много слабых землетрясений. Самое сильное из них, в 11 —12 баллов, наблюдалось 22 мая. При этом было израсходовано колоссальное количество энергии в течение 1 — 10 секунд. Такой запас энергии могла бы выработать, например, Днепрогэс на протяжении нескольких десятков лет!

Землетрясение произвело тяжелые разрушения на большой территории. Пострадало более половины провинций Чили, погибло не менее 10 тыс. человек и более 2 млн. осталось без крова. Разрушения охватили Тихоокеанское побережье на протяжении более 1000 км. Были разрушены крупные города Вальдивия, Пуэрто-Монто и др. Произошли многочисленные оползни и обвалы в горах. В результате чилийских землетрясений начали действовать четырнадцать вулканов.

В отличие от многих капиталистических стран в Советском Союзе жители тех мест, где случилось землетрясение, сразу же чувствуют заботу советского народа и правительства.

Ликвидировать последствия уже случившегося несчастья необходимо, но этого еще недостаточно. В местностях, которым угрожают землетрясения, нужно строить особенно прочные здания. Землетрясение — строгий экзаменатор. Оно проверит, хорошо ли построены дома и какой вид зданий устойчивее.

Изучая последствия землетрясений, инженеры Японии, США и нашей страны придумали много способов сооружать особенно устойчивые здания, которые могут выдерживать довольно сильные подземные толчки.

Не менее важно научиться предсказывать землетрясения. Это трудно, потому что они зарождаются в недоступных глубинах Земли и силы, вызывающие их, накапливаются очень медленно. Несмотря на это, несомненно, в будущем ученые научатся предсказывать время

наступления землетрясения. Ведь, например, струна перед разрывом потрескивает и звучит. Подобные явления происходят и в земной коре перед землетрясением. Если сильное землетрясение происходит в океане, то сейсмические волны от него приходят к берегу очень быстро, гораздо быстрее обычных морских волн. Сейсмические станции в таких случаях заранее оповещают население берегов о возможности появления опасных морских волн (цунами).

ЧТО ТАКОЕ ВУЛКАНЫ

В Тирренском море в группе Липарских о-вов есть небольшой о-в Вулкано. Большую часть его занимает гора. Еще в незапамятные времена люди видели, как из ее вершины иногда вырывались облака черного дыма, огонь и на большую высоту выбрасывались раскаленные камни.

Древние римляне считали этот остров входом в ад, а также владением бога огня и кузнечного ремесла Вулкана. По имени этого бога огнедышащие горы впоследствии стали называть вулканами.

Извержение вулкана может продолжаться несколько дней, иногда месяцев и даже лет. После сильного извержения вулкан снова успокаивается на несколько лет и даже десятилетий.

Есть вулканы, которые извергались в давно прошедшие времена. Некоторые из них сохранили форму правильного конуса. О деятельности таких вулканов не сохранилось никаких сведений. Их называют потухшими, как, например, у нас на Кавказе горы Эльбрус ж Казбек, вершины которых покрыты сверкающими, ослепительно белыми ледниками. В древних вулканических областях встречаются сильно разрушенные и размытые вулканы. В нашей стране остатки древних вулканов можно увидеть в Крыму, Забайкалье и в других местах. Вулканы обычно имеют форму конуса со склонами, пологими у подошв и более крутыми у вершин.

Если подняться на вершину действующего вулкана, когда он спокоен, то можно увидеть кратер¹ — глубокую впадину с обрывистыми стенками, похожую на гигантскую чашу. Дно кратера покрыто обломками крупных и мелких камней, а из трещин на дне и стенах поднимаются струи газа и пара. Они спокойно выходят из-под камней и из щелей или вырываются бурно, с шипением и свистом. Кратер наполняют удушливые газы: поднимаясь вверх, они образуют облачко на вершине вулкана. Месяцы и годы вулкан может спокойно куриться, пока не произойдет извержение.

Вулканологи уже разработали способы, которые дают возможность предсказывать время наступления извержения вулкана. Этому событию часто предшествуют землетрясения; слышится подземный гул, усиливается выделение паров и газов; повышается их температура; сгущаются облака над вершиной вулкана, а его склоны начинают «вспучиваться».

Потом под давлением газов, вырывающихся из недр Земли, дно кратера взрывается. На тысячи метров выбрасываются вверх густые черные тучи газов и паров воды, смешанных с пеплом, погружая во мрак окрестность. Со взрывом и грохотом из кратера летят куски

Извержение Везувия близ Неаполя в 1944 г. Взрывы с огромной силой выбрасывали густые тучи газов и горячего пепла. По склону спускались раскаленные потоки лавы, которые разрушили несколько деревень.

¹ От греческого слова «кратер»— большая чаша.

Разрез вулкана: 1 — очаг магмы; 2 — потоки лавы; 3 — конус; 4 — кратер; 5 — канал, по которому газы и магма поднимаются к кратеру; 6 — слои лавовых потоков, пепла, лапиллей и рыхлых материалов более ранних извержений; 7 — остатки старого кратера вулкана.

раскаленных докрасна камней, образуя гигантские снопы искр. Из черных, густых туч на землю сыплется пепел, иногда выпадают ливневые дожди, образуются потоки грязи, которые скатываются по склонам и заливают окрестность. Блеск молний непрерывно прорезывает мрак. Вулкан грохочет и дрожит, по его жерлу поднимается расплавленная огненно-жидкая лава. Она бурлит, переливается через край кратера и устремляется огненным потоком по склонам вулкана, все сжигая и уничтожая на своем пути.

Во время некоторых вулканических извержений, когда лава обладает большой вязкостью, она изливается не жидким потоком, а нагромождается вокруг жерла в виде вулканического купола. Часто при взрывах или просто обвалах по краям такого купола обрушиваются вниз по склонам раскаленные каменные лавины, которые могут вызвать большие разрушения у подножия вулкана. Во время извержения некоторых вулканов подобные раскаленные лавины вырываются прямо из кратера.

При более слабых извержениях в кратере вулкана происходят только периодические взрывы газов. В одних случаях при взрывах

выбрасываются куски раскаленной, светящейся лавы, в других (при более низкой температуре) дробится уже полностью застывшая лава и вверх поднимаются большие глыбы темного несветящегося вулканического пепла.

Извержения вулканов происходят также на дне морей и океанов. Об этом узнают мореплаватели, когда внезапно видят над водой столб пара или плавающую на поверхности «каменную пену» — пемзу. Иногда суда наталкиваются на неожиданно появившиеся мели, образованные новыми вулканами на дне моря.

Со временем эти мели размываются "морскими волнами и бесследно исчезают.

Некоторые подводные вулканы образуют конусы, выступающие над поверхностью воды в виде островов.

В древности люди не умели объяснить причины извержения вулканов. Это грозное явление природы повергало человека в ужас. Однако уже древние греки и римляне, а позже арабы пришли к мысли, что в глубине Земли находится море подземного огня. Они считали, что волнения этого моря и вызывают извержения вулканов на земной поверхности.

В конце прошлого века от геологии отделилась особая наука — вулканология.

Теперь вблизи некоторых действующих вулканов организуют вулканологические станции — обсерватории, где ученые-вулканологи постоянно наблюдают за вулканами. У нас такие вулканологические станции устроены на Камчатке у подножия Ключевского вулкана в селении Ключи и на склоне вулкана Авача — недалеко от г. Петропавловска-Камчатского. Когда какой-нибудь из вулканов начинает действовать, вулканологи немедленно выезжают к нему и наблюдают извержение.

Вулканологи исследуют также потухшие и разрушенные древние вулканы. Накопление таких наблюдений и знаний очень важно для геологии. Древние разрушенные вулканы, действовавшие десятки миллионов лет назад и почти сровнявшиеся с поверхностью Земли, помогают ученым распознать, каким образом расплавленные массы, находящиеся в недрах Земли, проникают в твердую земную кору и что получается от соприкосновения (контакта) их с горными породами. Обычно в местах контакта в результате химических процессов образуются руды полезных ископаемых — месторождения железа, меди, цинка и других металлов.

Струи пара и вулканических газов в кратерах вулканов, которые называются фумаролами, выносят с собой некоторые вещества в растворенном состоянии. В трещинах кратера и около него, вокруг фумарол отлагаются сера, нашатырь, борная кислота, которые используются в промышленности.

Вулканический пепел и лава содержат много соединений элемента калия и со временем превращаются в плодородные почвы. На них разводят сады или занимаются полеводством. Поэтому, хотя в окрестностях вулканов жить небезопасно, там почти всегда вырастают селения или города.

Отчего же происходят извержения вулканов и откуда берется такая огромная энергия внутри земного шара?

Открытие явления радиоактивности у некоторых химических элементов, особенно урана и тория, заставляет думать, что внутри Земли накапливается тепло от распада радиоактивных элементов. Изучение атомной энергии еще больше подтверждает этот взгляд.

Накопление тепла в Земле на большой глубине раскаляет вещество Земли. Температура поднимается так высоко, что это вещество должно было бы расплавиться, но под давлением верхних слоев земной коры оно удерживается в твердом состоянии. В тех местах, где давление верхних слоев ослабевает в связи с движением земной коры и образованием трещин, раскаленные массы переходят в жидкое состояние.

Масса расплавленной каменной породы, насыщенная газами, образующаяся глубоко в недрах земли, называется магмой. Очаги магмы располагаются под земной корой, в верхней части мантии (см. стр. 52), на глубине от 50 до 100 км. Под сильным давлением выделяющихся газов магма, расплавляя окружающие породы, прокладывает себе путь и образует жерло, или канал, вулкана. Освобождающиеся газы взрывами расчищают путь по жерлу, разламывают твердые породы и выбрасывают куски их на большую высоту. Это явление всегда предшествует излиянию лавы.

Как растворенный в шипучем напитке газ при раскупоривании бутылки стремится вырваться, образуя пену, так и в жерле вулкана пенящаяся магма стремительно выбрасывается освобождающимися из нее газами.

Потеряв значительное количество газа, магма выливается из кратера и уже как лава течет по склонам вулкана.

Если магма в земной коре не находит выхода на поверхность, то она затвердевает в виде жил в трещинах земной коры.

Иногда магма внедряется по трещине, поднимает куполом слой земли и застывает в форме, похожей на каравай хлеба (см. рис. на стр. 68).

Лава бывает разная по своему составу и в зависимости от этого может быть жидкой или густой и вязкой. Если лава жидкая, то она относительно быстро растекается, образуя на своем пути лавопады. Газы, вырываясь из кратера, выбрасывают раскаленные фонтаны лавы, брызги которой застывают в каменные капли — лавовые слезы. Густая лава течет медленно, ломается на глыбы, нагромождающиеся друг на друга, а газы, выходящие из нее, отрывают от глыб куски вязкой лавы, высоко подбрасывая их. Если сгустки такой лавы при взлете вращаются, то они принимают веретенообразную или шаровидную форму.

На карте показаны районы, подверженные землетрясениям, и крупнейшие вулканы.

1.Кальбуко в Южной Америке.
2. Осорно » »
3. Вильяррика » »
4. Сангай » »
5. Котопахи » »
6. Ирасу в Центральной Америке.
7. Парикутин в Мексике.
8. Лассен-Пик в Северной Америке.
9. Катмаи » »

Названия вулканов:
10. Ключевская сопка на п-ове Камчатка.
11. Шивелуч » »
12. Авача » »
13. Алаид на Курильских о-вах
14. Фудзияма на о-ве Хонсю.
15. Кракатау на Зондских о-вах.
16. Мерапи на о-ве Суматра.
17. Таравера на о-ве Новая Зеландия.
18. Руапеху » »
19. Ньямлагира в Африке.
20. Этна на о-ве Сицилия.
21. Везувий на Апеннинском п-ове.
22. Стромболи в Средиземном море.
23. Санторин » »
24. Гекла на о-ве Исландия.
25. Мон-Пеле на Малых Антильских о-вах.
26. Килауэа на Гавайских о-вах.
27. Мауна Лоа » »

Такие застывшие куски лавы различной величины называются вулканическими бомбами. При застывании лавы, переполненной газами, образуется каменная пена — пемза. Благодаря своей легкости пемза плавает на воде и при подводных извержениях всплывает на поверхность моря. Выброшенные при извержении обломки лавы величиной с горошину или лесной орех называются лапилли. Еще более мелкий, рыхлый изверженный материал — вулканический пепел. Он падает на склоны вулкана и относится ветром на большое расстояние. На поверхности земли пепел постепенно превращается в туф. Огромные залежи туфов имеются в Армении.

На земном шаре в настоящее время известно несколько сотен действующих вулканов. Большая часть их расположена по берегам Тихого океана, в том числе и наши вулканы на Камчатке и Курильских о-вах.

Среди действующих вулканов на Камчатке выделяется Ключевская сопка. Обычно извержения ее повторяются через каждые 6—7 лет и продолжаются иногда по нескольку месяцев. Лавовые потоки нередко спускаются на полтора десятка километров вниз по склону

Высота вершины, где находится главный кратер Ключевской сопки, 4750 м. На такой

высоте образуются мощные ледники, которые при сильных извержениях тают, и тогда с горы мчатся стремительные потоки воды.

Около Ключевской сопки располагается группа потухших вулканов. Один из них — вулкан Безымянный — внезапно пробудился. 30 марта 1956г. произошел гигантский взрыв. Это было одно из крупнейших извержений вулкана за последнее столетие. Туча пепла взметнулась почти на 40км в высоту. Значительная часть конуса вулкана была взорвана. На расстоянии 25—-30 км от него силой взрыва были сломаны и обожжены деревья. Образовался огромный раскаленный лавовый поток мощностью в 20—30м и длиной в 18км. На площади около 500км² выпал раскаленный пепел, под покровом которого снег моментально растаял, образовав грязевые потоки длиной до 90км. Пепел, выброшенный в высокие слои атмосферы, через два дня был замечен в районе Северного полюса, а через 4 дня — над Англией.

Близ Петропавловска-Камчатского находится действующий вулкан Авача. Около него располагаются потухшие вулканы — Корякская и Козельская сопки. Извержения Авачи происходят значительно реже, чем Ключевской сопки.

К северу от Ключевской сопки расположен вулкан Шивелуч.

Камчатская вулканическая дуга продолжается к югу на Курильские о-ва, где вулканы поднимаются прямо из моря. На самом северном острове находится вулкан Алаид. Его красивый снежный конус поднимается над водой почти на 2,5 км. В 1946 г. было сильное извержение на одном из центральных островов — Матуа, где расположен величественный вулкан — Пик Сарычева. По склонам его спускались раскаленные лавы, над которыми поднимались огромные тучи клубящегося пепла. С моря казалось, что весь остров объят пламенем. В 1952 г. произошло извержение на пике Креницына (о-в Онекотан), который поднимается из обширного древнего кратера, заполненного водой озера. В 1957 г. сильное извержение было на о-ве Симушир в кальдере Заварицкого. В результате извержения часть озера в кальдере оказалась засыпанной вулканическим шлаком, излился небольшой лавовый поток. На Курильских о-вах насчитывается 39 действующих вулканов, а на Камчатке — 26.

На географической карте видно, что Курильские о-ва, расположенные дугой, примы-

Вулканический пепел засыпал школу в Японии. Бороздки на поверхности пепла получились от струй сильного дождя.

кают к Японии. Подобную же дугу образуют и Японские о-ва с многочисленными вулканами, среди которых выделяется знаменитый вулкан Фудзияма. К югу от Японии продолжается такая же дуга Филиппинских и Молуккских вулканических о-вов. Так, по всему Тихоокеанскому берегу Азии располагается полоса вулканов, переходящая дальше через Новую Зеландию и Антарктиду на материк Америка.

В Южной Америке многочисленные вулканы — Кальбуко, Осорно, Вильяррика, Котопахи. Сангай — увенчивают горные цепи Анд. Много вулканов в Центральной Америке.

На Тихоокеанском побережье Северной Америки вулканы уже почти потухли. Здесь слабо действует только вулкан Лассен-Пик. От Аляски к Камчатке тянутся дугой Алеутские о-ва, где много действующих вулканов.

Таким образом, Тихий океан почти со всех сторон опоясан вулканами.

В центральной части Тихого океана, на Гавайских о-вах, находится особого типа вулкан Килауэа. На дне его широкого плоского кратера, около 5 км в поперечнике, среди застывших глыб черной лавы во время извержений появляется огненное озеро расплавленной лавы шириной 700—800 м. Выделяющиеся

из жидкой лавы газы приводят ее в постоянное движение. Ночью это очень красивое зрелище. Поверхность озера, остывая, покрывается каменной коркой, которую прорывают выделяющиеся газы, образуя подвижную сеть извилистых огненных трещин. Из них время от времени поднимаются фонтаны огненно-жидкой лавы. Уровень лавового озера то понижается, то повышается. Иногда лава переполняет кратерное озеро, переливается через края и растекается по всей кальдере. Лава гавайских вулканов очень жидкая.

Таких вулканов с лавовыми озерами в кратере на Земле немного: на Гавайских о-вах — Мауна-Лоа и Килауэа и на материке Африка (почти на экваторе) — Ньямлагира.

Между Азией и Австралией, на Больших Зондских о-вах, располагаются многочисленные действующие вулканы.

Среди Антильских о-вов в Атлантическом океане есть о-в Мартиника со страшным вулканом Мон-Пеле. В 1902 г. при его извержении из кратера вырвалась огромная туча из раскаленных газов и тонкого пепла. С огромной скоростью она катилась по склону горы, оставляя на своем пути опустошение и смерть. В течение нескольких минут цветущий город Сен-Пьер у подножия Мон-Пеле был уничтожен. Погибло все население города — около 30 тыс. жителей!

На севере Атлантического океана находится о-в Исландия со многими действующими вулканами, изливавшими в разное время огромное количество жидких лав. Среди вулканов Исландии широко известен действующий вулкан Гекла. В Средиземном море с давних

времен не успокаиваются вулканы Этна, Везувий, Стромболи, Вулькано.

Сильное извержение Везувия в 79 г. произошло неожиданно: до этого времени Везувий считали потухшим вулканом. После извержения вся цветущая растительность исчезла под облаками и потоками грязи. Куски выброшенных камней и пепел покрыли склоны и окрестности Везувия, при этом погибли три города — Помпея, Геркуланум и Стабия,— затопленные грязевыми потоками и засыпанные пеплом. Только через семнадцать столетий, когда люди забыли уже об исчезнувших городах, случайно, при рытье колодца, были найдены мраморные статуи греческих богов. Вскоре начались раскопки, и археологи обнаружили погребенный город Помпею, а затем и два других. С тех пор Везувий извергался много раз и подробно исследован учеными.

Сильное извержение Везувия происходило в 1944 г., при этом пострадали его окрестности. Лава двигалась с большой скоростью, достигавшей 5 км в сутки.

К востоку от Средиземного моря разбросаны широкой полосой потухшие вулканы Малой Азии и Кавказского хребта: Арарат, Казбек и Эльбрус.

В недрах вулканов содержится огромное количество тепловой энергии. Часть этого тепла выносится на поверхность Земли. Ученые и инженеры уже решают задачу использования этой тепловой энергии.

На Камчатке начинается строительство первой в нашей стране станции, которая будет производить электроэнергию за счет внутреннего тепла Земли.

Подводные вулканы

Дно океана очень часто содрогается от землетрясений. Подводные вулканы извергают пепел и лаву, со дна неожиданно поднимаются острова и порой также внезапно исчезают. Большинство океанских островов, расположенных вдали от материков, вулканического происхождения.

Многие из них увенчаны потухшими или действующими вулканами, но еще больше вулканов скрывает толща океанской воды. Предполагают, что одиночные горы, возвышающиеся на сравнительно ровном дне океана, тоже бывшие вулканы. Они отличаются одной любопытной особенностью, не разгаданной до сих пор: у них совершенно плоские вершины. Некоторые ученые думают, что в отдаленные геологические времена эти подводные пики возвышались над уровнем моря. За миллионы лет неутомимый прибой срезал их вершины, словно ножом. Однако остается неизвестным, какие причины вызвали погружение этих гор в глубины океана,— ведь над их вершинами сейчас 1000-метровый слой воды. Океан хранит в себе еще много тайн, которые предстоит раскрыть будущим поколениям океанологов.

КАК ДЕЙСТВУЮТ ГЕЙЗЕРЫ

Гейзеры, горячие ключи и минеральные источники — последние отголоски грозной вулканической деятельности.

Гейзеры — это источники, в которых через определенные промежутки времени происходят извержения кипящей воды. Со взрывом и грохотом огромный столб кипятка, окутанный густыми клубами пара, взлетает вверх большим фонтаном, достигая иногда 80 м.

Фонтан бьет некоторое время, затем вода исчезает, клубы пара рассеиваются, и наступает состояние покоя.

Некоторые гейзеры выбрасывают воду совсем невысоко или только разбрызгивают ее. Бывают горячие источники, похожие на лужи, в которых вода кипит пузырями. Обычно вокруг гейзера есть бассейн, или неглубокий кратер, поперечник которого достигает нескольких метров. Края такого бассейна и прилегающей к нему площадки покрыты отложениями содержащегося в кипятке кремнезема. Эти отложения называются гейзеритом. Около некоторых гейзеров образуются конусы из гейзерита высотой от нескольких сантиметров до нескольких метров.

Тотчас после извержения гейзера бассейн освобождается от воды, и на дне его можно увидеть заполненный водой канал (жерло), уходящий глубоко под землю.

Перед началом извержения вода поднимается, медленно заполняет бассейн, бурлит, выплескивается, затем со взрывом высоко взлетает фонтан кипятка.

Гейзеры — очень редкое и красивое явление природы. Его можно наблюдать у нас в СССР (на Камчатке), в Исландии, в Новой Зеландии и Северной Америке. Небольшие одиночные гейзеры встречаются в некоторых других вулканических областях.

В восточной части Камчатки, южнее Кроноцкого озера, много гейзеров в долине р. Гейзерной. Река начинается на безжизненных склонах потухшего вулкана Кихпиныч и в нижнем течении образует долину до 3 км шириной. На уступах склонов этой долины располагается множество горячих ключей, горячих и теплых озер, грязевых котлов и гейзеров.

Здесь известно около 20 крупных гейзеров, не считая мелких, выплескивающих воду всего на несколько сантиметров. Около некоторых из них почва теплая, а иногда даже горячая.

Многие гейзеры окружены натеками разноцветного гейзерита причудливых форм, похожими на красивые искусственные решетки. Иногда гейзерит покрывает площади в несколь-

Извержение гейзера «Старый служака» в Йеллоустонском национальной парке (Сев. Америка).

Гейзер в разрезе. Штрихами показана вода, кружками — газы.

ко десятков квадратных метров. Так, например, около самого большого камчатского гейзера — «Великана», выбрасывающего огромный фонтан на высоту в несколько десятков метров, образовалась площадка гейзерита примерно в гектар. Она вся покрыта натеками в виде маленьких каменных розочек серовато-желтого цвета.

Неподалеку находится гейзер «Жемчужный», названный так по форме и цвету отложений гейзерита: с перламутровым отливом, похожим на жемчуг. Есть гейзер «Сахарный» с обильными и красивыми отложениями нежно-розового гейзерита. Это пульсирующий источник, вода из него не выбрасывается фонтаном, а выплескивается равномерными толчками.

Гейзер «Первенец» находится на каменистой горячей площадке почти на самом берегу р. Шумной, недалеко от устья р. Гейзерной. Бассейн «Первенца», около полутора метров в диаметре и такой же глубины, окружают крупные глыбы камней. Если взглянуть в бассейн тотчас после извержения, можно увидеть, что в нем совершенно нет воды, а на дне находится отверстие, или канал, косо уходящий в глубину. Через некоторое время из-под земли доносится гул, похожий на шум мотора: по каналу начинает подниматься вода, постепенно наполняющая бассейн. Она кипит, доходит до краев бассейна, поднимается все выше и выше, выплескивается и, наконец, со взрывом вырывается косо направленный столб кипятка, окутанный густыми облаками пара. Фонтан поднимается на высоту не менее чем 15—20 м. Он бьет две-три минуты, затем наступает тишина, пар рассеивается, и в опустевший бассейн можно опять заглянуть без риска. Через небольшой промежуток времени снова слышится гул и гейзер опять начинает действовать.

С давних пор славится своими горячими источниками, кипящими реками и гейзерами Исландия. В долинах почти всех ее рек видны поднимающиеся облачка паров от кипящих ключей и гейзеров. Они особенно многочисленны в юго-западной части острова. Там интересно посмотреть знаменитый «Большой Гейзер». Его бассейн диаметром около 18 м. Гладкое дно бассейна в центре переходит в округлое жерло около 3 м в диаметре, по форме похожее на раструб пионерского горна. Канал гейзера уходит на большую глубину, соединяясь под землей трещинами с пещерами, периодически наполняющимися горячей водой и паром. Температура воды в гейзере на поверхности до 80°, а в канале на некоторой глубине до 120°.

Извержение «Большого Гейзера» очень красиво. Оно повторяется через каждые 20— 30 часов и длится 2,5—3 часа. «Большой Гейзер» фонтанирует на высоту до 30 м.

Суровая природа Исландии заставляет жителей использовать некоторые горячие источники для орошения полей. На обогретых почвах выращивают овощи и злаки. Горячую воду источников применяют и для отопления домов в городах и поселках.

Так, например, столица Исландии Рейкьявик полностью отапливается водами горячих источников.

На Северном о-ве Новой Зеландии до 1904 г. действовал гейзер «Ваимангу». Это был самый большой гейзер в мире. Во время сильного извержения его струя выбрасывалась в воздух на 450 м. Но теперь этот гейзер совершенно исчез. Объясняют это снижением на 11 м уровня воды в ближайшем оз. Таравера.

На берегу оз. Вайкато (Новая Зеландия) есть гейзер «Кроус-Нест» («Воронье гнездо»), извержение которого зависит от уровня воды в озере. Если вода стоит высоко, то гейзер извергается каждые 40 минут, если уровень воды низкий, извержение происходит через 2 часа.

Многочисленные и разнообразные горячие источники и гейзеры находятся в Северной Америке на границе штатов Вайоминг и Монтана. Это живописное место, окруженное высокими снежными хребтами Скалистых гор, называется Йеллоустонским национальным парком. Оно представляет собой высокое плоскогорье, изрезанное глубокими долинами рек и впадинами озер.

Несколько миллионов лет назад здесь происходили очень сильные вулканические извержения, следом которых и остался этот удивительный уголок природы. Из 200 гейзеров Йеллоустонского парка самым знаменитым считается «Старый служака». В течение многих сотен лет он не прекращает своей деятельности, так же как и некоторые другие гейзеры и горячие источники Йеллоустонского парка.

Представьте себе, какое огромное количество тепла приносится этими гейзерами и горячими источниками на поверхность Земли! Предполагается, что тепло всех источников Иеллоустонского парка может расплавить около 3 Т льда в секунду.

Гейзеры возникают в районах, где недалеко от земной поверхности залегает неостывшая магма. Выделяющиеся из нее газы и пары, поднимаясь, проходят длинный путь по трещинам. При этом они смешиваются с подземными водами, нагревают их и сами переходят в горячую воду с растворенными в ней различными веществами. Такая вода и выходит на поверхность земли в виде бурлящих горючих ключей, различных минеральных источников, гейзеров и т. п.

Ученые предполагают, что под землей гейзер состоит из пещер (камер) и соединяющих их проходов, трещин и каналов, встречающихся в застывших лавовых потоках. Эти пещеры заполняются циркулирующими подземными водами, на небольшой глубине от которых находятся неостывшие магматические очаги.

Извержение гейзеров происходит по-разному, в зависимости от величины подземных камер, от формы каналов и расположения трещин, по которым поступает тепло из глубины недр, от количества и скорости притока грунтовых вод. Из физики известно, что точка кипения воды при давлении в 1 атмосферу на уровне моря равна 100°. Если давление увеличивается, температура кипения повышается,

а при уменьшении давления она понижается. Давление столба воды в канале гейзера повышает точку кипения воды на дне канала. Вода при нагревании снизу приходит в движение; нагретый нижний слой воды делается менее плотным и поднимается на поверхность, а более холодная вода с поверхности спускается вниз, где, согреваясь, в свою очередь поднимается, и т. д. Таким образом, пары и газы, беспрерывно просачивающиеся по трещинам из глубины, согревают воду, доводя до кипения.

Если канал гейзера широкий и имеет более или менее правильную форму, вода, перемещаясь (циркулируя), перемешивается, закипает и выплескивается на поверхность в виде горячего источника. Если же канал извилистый и узкий, вода не может смешиваться и нагревается неравномерно. Вследствие давления сверху столба воды внизу вода оказывается перегретой и не превращается в пар. Пар выделяется отдельными пузырями. Накапливаясь внизу, сжатый пар стремится расшириться, давит на верхний слой воды в канале и поднимает ее настолько, что она выплескивается на поверхность Земли небольшими фонтанами — предвестниками извержения. Выплескивание воды уменьшает вес столба воды в канале; следовательно, давление на глубине понижается и перегретая вода, находясь выше точки кипения, мгновенно превращается в пар. Давление пара снизу так велико, что выталкивает воду из канала в виде огромных фонтанов кипятка и клубов пара.

ПОВЕРХНОСТЬ ЗЕМЛИ

РЕЛЬЕФ СУШИ

Взгляните на любую физическую карту или глобус. На них преобладают три цвета: голубой, зеленый и коричневый. Все хорошо знают, что обозначают эти цвета. Голубой - морские пространства, зеленый - равнины и низменности, коричневый - горы. На поверхности Земли выделяются три главнейших типа рельефа: глубокие впадины океанов и морей, плоские низменные поверхности равнин и узкие полосы высоких горных хребтов.

На карте или глобусе голубой цвет, обозначающий океаны, не всюду одинаков. В одних

местах он темнее: там глубже; в других - светлее: там мельче. Значит, на дне океанов есть возвышенности и впадины, соответствующие мелким и глубоким местам.

То же самое и на суше: равнина - это плоское ровное место. Но посмотрите внимательнее и вы заметите на ней массу небольших возвышений и понижений.

Равнины пересекаются долинами рек и глубокими оврагами с крутыми склонами или покрыты невысокими холмами, создающими красивые уголки.

В горных районах высокие пики сменяются глубокими ущельями, крутые склоны - плоскими вершинами. Здесь на общем фоне гор на каждом шагу вы встречаете подъемы и спуски, создающие необыкновенно сложный рельеф.

К понятию рельефа относятся также и самые незначительные неровности на поверхности Земли, например такие, которые образуются отдельными камнями, струйками дождевых вод, корнями растений и т. д.

Как видите, понятие о рельефе очень сложное, в него входят самые различные формы - от гигантских (материки, океаны) до мельчайших.

Какие же силы участвуют в образовании различных форм рельефа? Почему эти формы так разнообразны и нельзя ли привести их в какую-то систему, чтобы легче в них разбираться и понимать их особенности?

Самый трудный вопрос - выяснить, как возникли три самых крупных типа рельефа: материки, горы и впадины океанов. На поверхности Земли можно видеть проявление различных внутренних и внешних сил. Можно ли считать, что горы, материки и впадины океанов созданы внешними силами? Нет, это будет неверно. Неровности такого огромного масштаба на поверхности Земли проявление внутренних сил.

Чтобы в этом убедиться, рассмотрим строение наружной части Земли, которая называется земной корой.

Земная кора состоит из сравнительно легких горных пород. У самой поверхности залегают осадочные породы: пески, глины, известняки. Несколько глубже - гранит. Еще глубже - базальт. Все три слоя вместе и составляют земную кору.

Самой большой толщины земная кора достигает в горных районах - 50-80 км. Она гораздо тоньше под равнинными участками материков. Такие участки называются платформами. Здесь толщина земной коры километров 30. Под океанами земная кора еще тоньше, а местами, вероятно, ее нет совсем, и тогда дно океанов сложено тяжелыми горными породами. Такие же породы залегают под земной корой и в пределах материков.

Откуда же взялась земная кора? Трудно ответить на этот вопрос. Вероятно, очень давно, несколько миллиардов лет назад, твердой земной коры не было. Наружные части земного шара были расплавлены, и в их толще происходило перераспределение частиц минера-

лов. Легкие поднимались к поверхности, тяжелые опускались вниз.

Так образовался более или менее толстый слой сравнительно легких минералов и пород, который вначале плавал на более тяжелом, нижнем слое, а в дальнейшем затвердел. Верхний слой и есть земная кора. В дальнейшем отдельные участки земной коры сминались и кора делалась толще - это в горных районах. В других местах она разошлась и обнажились тяжелые породы верхней части мантии (см. стр. 52). Это - океанические впадины.

Внутренние силы Земли, проявляющиеся в ее толще, привели к образованию земной коры, а отсюда и возникли самые крупные элементы рельефа: равнины платформ, горы и впадины океанов. Они различаются между собой глубинным строением.

Рассмотрим особенности рельефа гор и равнин. О рельефе дна океанов см. стр. 132.

Начнем с гор. Они образовались в результате поднятия соответствующего участка земной коры, т. е. действия внутренних сил.

Одновременно в образовании гор участвуют и внешние силы: вода, ветер, ледники, подземные воды и т. д. Глубокие долины горных рек, плоские поверхности речных террас - все это создано в основном проточными водами, реками.

Внутренние силы приводят к росту гор, а внешние стремятся их уничтожить. В такой борьбе и возникает необыкновенно сложный рельеф величественных горных систем.

Изучая рельеф какого-нибудь района, мы должны оценить относительное значение внешних и внутренних сил, а затем уже выяснить, каким же образом, в результате чего и когда был сформирован данный рельеф. Обратимся к некоторым примерам.

Рассмотрите фотографию на стр. 128. Это уголок плоской прибрежной равнины, обрывающейся к морю. Как образовалась эта плоская поверхность? В стенках обрыва выходят слои горных пород, слагающих эту местность. Это породы морского происхождения, т. е. осадки, накопившиеся когда-то на дне моря и в дальнейшем затвердевшие в форме слоев. Но эти слои не только затвердели; они были еще и подняты выше уровня моря. Следовательно, поверхность, которую мы видим, представляет собой дно бывшего моря, обработанное силой морских волн и течений, выровненное, выглаженное и в дальнейшем приподнятое. Сейчас море отступило, но волны бьют о берег, размывают его, и так образуется крутой обрыв.

Эта плоская равнина была когда-то дном моря. Она выровнена, сглажена морскими волнами и течениями. Крутой обрыв образовали волны, разрушающие берег.

В других случаях мы можем наблюдать, как подобная же невысокая и плоская местность - равнина - размывается не морем, а ручьями, временными потоками воды, собирающимися в струи после дождей. При этом возникают овраги, с каждым дождем все расширяющиеся и удлиняющиеся. Они как бы разъедают поверхность Земли, уродуя ее и сокращая площади плодородных полей.

Живая сила воды в реках равнин сравнительно невелика. Но в горах реки, протекающие по круто наклонным руслам, производят большую работу: пропиливают горы, можно сказать, до их основания. При этом, изучая рельеф горных долин, мы обнаруживаем различные стадии работы рек. Где-то высоко на склонах можно заметить следы первоначального положения русла горной реки. Затем река далеко углублялась в толщу пород горного массива, и следы ее деятельности - речные осадки, речные террасы - видны ниже. И, наконец, внизу, в глубине ущелья или долины,

ведет свою размывающую работу современная река.

Реки не только размывают породы. Они уносят продукты размыва (аллювий) и откладывают их в нижних частях своего течения. В результате отложения наносов образуются плоские поверхности, по которым река блуждает и извивается в различных направлениях. В дальнейшем такой район, в котором первоначально отлагались речные осадки, может испытать поднятие, тогда будут видны плоские поверхности, созданные действием реки, или слои рыхлых осадков, отложенных рекой, на большой высоте. Внизу раскинется более или менее широкая, современная пойма реки, а выше - на бортах долины - будут заметны остатки террасы, сложенной рыхлыми речными отложениями. Иногда такие террасы даже наклоняются или изгибаются в результате движений земной коры. Так отражается на формах рельефа совместное действие внутренних и внешних сил - движений земной коры

и работы рек. С особенной силой и те и другие факторы действуют в горных районах. Цепи гор сложены слоями пород, собранных в складки и высоко поднятых над уровнем моря. Но рельеф поверхности гор гораздо сложнее, чем складки в слоях. По мере поднятия гор над ними начинают работать бесчисленные ручейки и реки. Они расчленяют горный массив на множество вершин, ущелий, долин и т. д. Обломки пород реки уносят с собой и при первой возможности, т. е. при выходе из гор, откладывают их, образуя широкие конусы выноса (см. фото на стр. 132).

Отдельные гористые участки земной коры нередко испытывают поднятие.

Если движения происходят быстро, то приподнимающийся участок земной коры текучие воды не успевают размыть и на его месте образуются горы, а рядом, на опускающемся участке, - равнина, которая заполняется осадками, выносимыми реками из гор. Движения могут быть настолько быстрыми и сильными, что внешние силы не успевают разрушать и, таким образом, выравнивать рельеф, и потому поднимающийся участок Земли имеет форму уступа.

Действие внутренних сил хорошо заметно в районах, где происходят сильные землетрясения, а также бывают извержения вулканов. Взгляните на фото внизу. На переднем плане видна крупная трещина. Она возникла при землетрясении. Участок земли, левее трещины, приподнялся метра на полтора по сравнению с правым. Землетрясения - показатель и следствие современных движений земной коры, влияющих и на рельеф.

На фото (стр. 131, вверху) видна долина реки, пойма которой заросла лесом. Казалось бы, ничто не должно нарушать спокойного рельефа этой долины. Но на заднем плане поднимается высокий правильный конус вулкана. Из его кратера выходят струи пара и дыма. На склонах затвердели потоки лавы. Конус вулкана сложен слоями лавы и пепла, поднимавшимися по жерлу из глубин Земли и выброшенными из кратера. Извержения происходят довольно часто, и за несколько тысяч лет вырастает конус вулкана. Внешние силы, конечно, стремятся его размыть и сровнять с поверхностью Земли, но пока вулкан действует - это им не удается.

Эта трещина возникла при сильном землетрясении. Участок земли, левее трещины, приподнялся метра на полтора по сравнению с правым.

Струи ветра, несущие твердые частицы, так обработали скалы, что они стали похожи на руины замка.

Обратимся теперь к некоторым малым формам рельефа, созданным внешними силами, действующими на Земле.

Это - рытвины и канавки от дождевых струй, дюны и барханы, навеянные ветром, холмы, сложенные нагромождением камней, принесенных ледником, и т. д. В их образовании внутренние силы не участвуют.

На фото (стр. 131, внизу) на переднем плане видна дорога. Она проходит по дну долины вдаль, к небольшой роще, а затем долина оказывается перегороженной плотиной. Один ее край упирается в левый, оголенный склон

долины, а правый - в противоположный склон, покрытый лесом. Там, за плотиной, - озеро. Но эта плотина создана не руками человека. Откуда же взялась такая могучая плотина? Она состоит в основном из обломков пород, слагающих горы выше по долине. Эти обломки принес с собой ледник, который в недавнем прошлом спускался с гор. У конца ледника лед таял, а камни, валуны, песок и глина, которые он нес с собой, скапливались. Такие нагромождения ледникового материала называются мореной (см. стр. 169). Они встречаются и в горах, и на равнинах.

Подземные воды, протекая по толще пород, которые растворяются в воде, легко размывают их. Внутри толщи пород появляются пещеры, подземные ходы, широкие трещины, а на поверхности - замкнутые впадины, воронки, естественные колодцы, промоины. Так образуется характерный карстовый рельеф, созданный не механической работой поверхностных вод, а растворяющей деятельностью подземных вод (см. стр. 184).

Ветер также участвует в формировании рельефа. Он действует непрерывно. Под действием струй ветра, которые несут с собой твердые частицы, скалы обтачиваются, шлифуются и разрушаются. При этом часто возникают сложные, причудливые формы рельефа, как видно на фото слева.

В некоторых местах ветер сгружает песчинки, которые несет с собой, насыпает из них целые холмы и перемещает их по поверхности Земли. Так он создает дюны на берегах морей, рек и озер и серповидной формы барханы в песчаных пустынях.

Мы привели лишь несколько примеров. Но уже на их основании можно сделать вывод, что рельеф всегда имеет свою историю; всегда можно выяснить, как возникли данные формы рельефа, какие силы участвовали в его разви-

Вулканы образуются под действием внутренних сил Земли. Внешние силы стремятся разрушить конус вулкана и сровнять его с поверхностью Земли, но пока вулкан действует - это им не удается.

В этой долине с гор спускался ледник; потом он растаял. Остались обломки горных пород, которые ледник нес с собой.

Бесчисленные ручейки и реки расчленяют горный массив на множество ущелий и долин. При выходе из гор реки откладывают обломки горных пород, образуя конус выноса.

тии, как он изменялся и в каком направлении будет изменяться. Все в природе изменяется, и рельеф поверхности Земли не является исключением. Он развивается под действием

внутренних и внешних сил. Изучить происхождение рельефа и историю его развития - главная задача науки, которая называется геоморфологией.

ДНО МИРОВОГО ОКЕАНА

Когда мы говорим «Земля», то подразумеваем под этим словом обычно сушу, а не безбрежные воды океанов, хотя они занимают 71 % поверхности планеты. В древности люди так и представляли себе, что Земля - это большой остров среди бесконечного и безбрежного океана. Давно уже известно, что Земля - это шарообразное космическое тело. Океаны - огромные водные бассейны на ее поверхности, а суша - большие острова - материки. Земная суша нам хорошо известна. Белых пятен на карте уже почти нет, остались лишь малоисследованные области: Антарктида, Гренландия, ледяные просторы Арктики, песчаные пустыни Африки и Азии, дремучие непроходимые леса Южной Америки. А вот подводные пространства Земли, скрытые поверхностью океана, таят в себе еще много неизвестного. Рельеф дна океана очень сложен и во многом отличается от поверхности суши.

Если не знать, каков рельеф дна Мирового океана, то нельзя представить себе и рельеф Земли в целом, нельзя понять, как устроена поверхность нашей планеты, действию каких процессов подчинена она.

Практическая потребность знать, как устроено дно океана, возникла у людей очень давно. Прежде всего она появилась у мореплавателей. Что ждет корабль во время плавания - огромные глубины или опасные скалистые мели,- такой вопрос задавал себе каждый, отправляясь в открытое море. Еще три-четыре сотни лет назад знатоки океана считали, что глубины его так велики, что нечего и пытаться измерять их. Иное дело у берегов морей: там моряков подстерегают многочисленные мели и рифы, там нужно зорко следить за изменениями глубин, чтобы обеспечить безопасность плавания.

По мере развития техники интерес к глубинам океана возрастал. По характеру подводного рельефа стало возможным определять место корабля и условия его плавания. Море-

плаватели научились обнаруживать лежащие на пути препятствия или приближающиеся корабли с помощью звуковых волн, которые распространяются в океане и зависят от подводного рельефа.

Геологи стали интересоваться не только сушей, но и дном морей и океанов, потому что на дне оказались полезные ископаемые. Некоторые из них очень редко встречаются на суше. Старинные легенды о кладах затонувших кораблей и поиски этих сокровищ мореплавателями - дело прошлое.

Теперь геологи интересуются колоссальными богатствами кладовых Земли, скрытыми водами океана. Географию подводного мира важно знать, чтобы лучше использовать природные богатства Мирового океана на благо человека. Этим и объясняется, что в наши дни воды океанов бороздят не только грузовые и пассажирские, рыболовные и военные корабли, но и десятки и даже сотни исследовательских кораблей, измеряющих глубины океана, исследующих циркуляцию его вод и строение дна.

Исследования рельефа дна океана начались сравнительно недавно. Первые измерения больших глубин были осуществлены в середине прошлого столетия. Это было очень трудным делом: глубину моря измеряли с помощью лота - груза, который опускали на веревке, по-морскому- лотлине. Нужно было заметить момент, когда груз коснется дна, и определить длину выпущенного за борт лотлиня.

Трудность и ненадежность измерения глубин таким способом мешали исследованию дна океана. Глубину измеряли в отдельных точках, отстоявших друг от друга на значительном расстоянии. В 20-х годах нашего столетия для исследования океанов стали применять эхолоты - приборы, измеряющие глубины звуковым способом. Этот способ основан на знакомом каждому явлении отражения звука. Скорость распространения звука в воде известна. Можно по времени, протекшему от посылки звукового сигнала до возвращения эха, отраженного дном, определить глубину океана. Такие звуковые измерения глубин не требуют остановки корабля.

Уже первые опыты применения эхолотов позволили обнаружить, что дно океана имеет чрезвычайно сложный рельеф: глубокие узкие желоба, тянущиеся на сотни километров вдоль горных цепей островных дуг, глубокие извилистые каньоны (ущелья), множество высоких вулканических гор. Открытия следовали за открытиями.

Вторая мировая война прервала на время эти успешные исследования. После окончания войны одна за другой стали отправляться в плавание экспедиции для изучения океана. Они были оснащены новой техникой. Увеличились мощность эхолотов и точность автоматической регистрации глубин, записываемых на эхолотной ленте в виде профиля дна. Современные эхолоты надежно измеряют любые самые большие глубины океана (до 11 км) с точностью до 1 м. Эхолоты не прерывают работы в самые сильные штормы.

Всему миру известны работы экспедиций на советских кораблях «Витязь», «Обь», «Михаил Ломоносов» и др. Корабли Академии наук СССР и рыбной промышленности уже побывали во многих частях Мирового океана. Однако Мировой океан так велик, что ни одной стране не под силу исследовать все его районы. Поэтому большое значение имеют международные исследования по единому плану, как это было во время последнего Международного геофизического года.

Среди зарубежных экспедиций последних лет много интересных сведений о рельефе дна океана собрали шведская экспедиция на корабле «Альбатрос», датская - на «Галатее», английская - на «Челленджере II» и «Дисковери II», японская - на «Риофу Мару» и многочисленные американские экспедиции.

Современные карты Мирового океана, составленные учеными, показывают действительную картину подводного рельефа.

Представьте себе, что каким-то чудом вода океанов вдруг исчезла, тогда вашему взору открылся бы странный и необычный мир: множество горных хребтов, отдельных гор и между ними бескрайние плоские равнины. Этот подводный мир ни с чем нельзя сравнить, настолько он отличается от всего, что мы видим вокруг себя на суше.

Астрономы, знакомые с рельефом Луны по новейшим подробным фотографиям, удивляются сходству его с рельефом дна Мирового океана.

Острова-материки возвышаются над ложем океанов в среднем на 5-6 км. Характерные для поверхности материков равнины продолжаются под водой и окаймляют все материки. В некоторых местах, например в Арктике, затопленные равнины тянутся на сотни километров. Ученые предполагают, что в последние 10 тыс. лет, после того как растаяли материковые ледники, покрывавшие огромные пространства суши, океанские воды «вышли из

берегов». Затопленные равнины называют материковыми отмелями или шельфами. Поверхность их очень ровная, и лишь изредка встречаются невысокие холмы ледникового происхождения или неглубокие долины - остатки древних речных долин. Поверхность материковых отмелей очень полого наклонена в сторону океана.

На глубине от 80 до 250 м отмели резко обрываются. Обрыв к глубинам океанского ложа - это материковый склон. Он очень крутой (в среднем до 4-6°, а местами 45°) и высокий - до 4-5 км. Поверхность материкового склона сложная: она раздроблена системой ступеней и уступов, расчленена многочисленными глубокими каньонами. Местами на поверхности материкового склона протягиваются подводные продолжения горных хребтов и долин суши. Встречаются глубокие замкнутые котловины. Их отделяют от океана подводные или отчасти выступающие над водой горные хребты в виде островных гряд.

У подножия материкового склона часто лежат глубокие и узкие океанические желоба. В них находятся величайшие глубины океана - свыше 10 км. Далее идет ложе океана. Глубины его в самых удаленных от берега районах обычно не превышают 6,5 км.

Морские волны с течением времени срезают даже твердые скалы и засыпают песком и илом впадины и долины. Перемещения береговой линии в сторону суши после таяния ледников и поднятия уровня океана привели к тому, что под воздействием волн оказались пространства дна начиная с глубин порядка 170 м.

Поверхность материковых склонов слегка выравнивается осадками, которые приносят волны и течения. При этом основная часть осадков - мелкозернистого песка и ила - не удерживается на материковом склоне: течения смывают их в открытый океан. Там же, где осадки все же накапливаются, часто происходят оползни, переходящие затем в стремительные потоки, подобные грязевым потокам на суше. У подножия материкового склона откладывается много осадков.

Ширина материковых склонов благодаря крутому падению их поверхности обычно невелика - около 100-200 км. Когда материковые склоны окаймляют островные дуги, ширина склонов резко возрастает.

На материковых склонах часто бывают землетрясения. Края материков поднимаются или опускаются, трескаются, выгибаются. Островные дуги отделяют от океана глубокие

котловины окраинных морей, таких, как моря Берингово, Охотское и Японское.

Глубоководные желоба вблизи островных дуг или краевых горных хребтов материков имеют большую протяженность - до 1000- 2000 км, ширина их едва превышает 20-30 км, они на 3-4 км глубже ложа океана. Это как бы ущелья с крутыми склонами (крутизной до 15-45°) и узкой полоской ровного плоского дна в самом низу, где скапливаются осадки. Большая часть землетрясений и вулканических извержений на Земле происходит в районах островных дуг.

Островные дуги есть во всех океанах, но их особенно много в Тихом. Землетрясения в области материковых склонов и островных дуг часто порождают разрушительные волны - цунами.

От подножия материковых склонов и за глубокими рвами океанических желобов начинаются просторы океанского ложа. Поверхность ложа океана представляет собой огромную равнину, на которой встречаются различные поднятия - горные хребты, валы и возвышенности. Они разделяют ложе океана на ряд котловин. В зависимости от расположения этих котловин в них могут накапливаться с различной скоростью донные осадки. Если накопление осадков происходит быстро, то первичные неровности ложа выравниваются и получается равнина. Подводные горы и холмы обязаны своим происхождением, по-видимому, главным образом вулканизму. По существу все дно океана - арена вулканических явлений. Лавовые поля занимают на дне океана огромные пространства, но большей частью они уже прикрыты слоем донных осадков.

Возвышенности на дне океана могли образоваться и тектонически, т. е. представлять собой приподнятые глыбы.

Наиболее значительные поднятия, разделяющие ложе океана на котловины,- срединные хребты. Впервые их обнаружили в Атлантическом океане, а потом и во всех других океанах. Это величественные горные сооружения шириной в несколько сотен километров и высотой около 2-3 км. Хребты состоят из нескольких параллельных горных цепей. Склоны хребтов опускаются широкими ступенями. В самой высокой центральной части хребтов, вдоль их гребня, протягиваются глубокие долины. Срединные хребты различных океанов соединяются друг с другом и образуют единую планетарную систему хребтов. Предполагают, что срединные хребты

образуются над зонами, где кора Земли испытывает одновременно вспучивание, расплавление и растяжение. Здесь же происходят частые извержения и излияния лавы.

Срединные хребты лучше всего выражены в Атлантическом и Индийском океанах, значительно хуже - в Тихом и Северном Ледовитом. По-видимому, это объясняется различиями в строении земной коры. На океанском ложе встречаются горные хребты и другого типа: узкие, вытянутые высокие хребты с крутыми склонами. Эти хребты называются глыбовыми в отличие от срединных. Они не подвержены землетрясениям, К их числу относится подводный хребет Ломоносова в Северном Ледовитом океане. Есть еще одна разновидность подводных хребтов - вулканические. Они образованы цепочками подводных вулканов, сидящих на общем цоколе и сомкнувшихся своими склонами так, что создали единый горный хребет. Таков, например, подводный Гавайский хребет, протянувшийся к северу от Гавайских о-вов.

На ложе океана встречаются широкие массивные поднятия с очень пологими склонами, их называют валами. Очень часто на поверхности валов располагаются конусообразные подводные горы. Вершины некоторых из них выступают над поверхностью воды в виде островов. Это бывшие вулканы или огромные коралловые постройки, выросшие на вершинах вулканов. Океанические волны не могут разрушить стену кораллового рифа, кольцом окружающего вулканический остров. Вершина вулкана может исчезнуть под водой, а коралловый остров поднимется над нею, так как кораллы растут довольно быстро.

Почему же вулканы погружаются в океан? Оказывается, земная кора на дне океана способна прогибаться под тяжестью вулканических гор. Кораллы надстраивают над утопающим островом стены рифов, и получается кольцеобразный коралловый остров - атолл. Множество атоллов разбросано по просторам океанов, но особенно много их в Тихом океане. Рифообразующие кораллы живут только в теплых тропических водах.

Сочетание подводных гор с широкими валами довольно обычно для океанского ложа. Однако горы и валы бывают не связаны между собой. Так, например, очень характерны для

дна океана так называемые краевые валы. Они протягиваются по краям океанского ложа вдоль глубоководных желобов.

Есть еще одна замечательная особенность строения поверхности океанского ложа: так называемые зоны разломов - необычайно узкие и длинные полосы в несколько тысяч километров. Зоны разломов представляют собой как бы швы между отдельными глыбами, или плитами, земной коры. По этим швам смещались плиты относительно друг друга, происходили горизонтальные сдвиги на сотни километров и одновременно вертикальные сбросы - когда одна плита опускалась относительно другой на тысячи метров.

Рельеф океана влияет на формирование океанских течений. Подводные горы и хребты, оказываясь на пути движения течений, изменяют их направления и вызывают резкое возрастание скоростей в придонном слое воды.

Выравниванию подводного рельефа способствуют различные осадки, попадающие на дно океана. Накопление осадков происходит очень медленно. В среднем за 1000 лет накапливается слой около 10 мм. Новейшие исследования показывают, что минимальные скорости накопления осадков в Тихом океане едва достигают 0,3-0,4 мм за тысячу лет, тогда как в окраинных морях за это же время накапливаются десятки сантиметров осадков. Различают четыре основных типа осадков: сносимые с суши - терригенные, происходящие из остатков живых организмов - биогенные, выпадающие из растворов химическим путем - хемогенные и образующиеся в результате деятельности вулканов - вулканогенные.

Скорость накопления осадков различного типа может сильно изменяться в зависимости от места. Например, терригенные осадки, как правило, быстрее накапливаются вблизи побережий: их приносят с суши реки и волны,

разрушающие берега. Биогенные осадки накапливаются в водах океана, где условия благоприятны для развития жизни. Например, в антарктических водах бурно развиваются мелкие диатомовые водоросли с кремнистым скелетом. Отмирающие диатомовые водоросли осаждаются на дно и образуют диатомовый ил, состоящий главным образом из кремнистых скелетиков. В тропических районах океана чрезвычайно широко развиты известковые илы, образованные мелкими раковинками простейших организмов - фораминифер и птеропод, а также обломками кораллов. Скорость накопления биогенных осадков в открытых частях океана обычно превышает почти в 10 раз скорость накопления выносимых туда терригенных осадков. Это и понятно: ведь биогенные

Железо-марганцевые конкреции на дне океана.

осадки накапливаются на дне, где в изобилии обитают живые организмы, а терригенные приносятся издалека и по дороге большей частью уже оседают на дно.

Хемогенные осадки в открытом океане накапливаются, как правило, очень медленно. Однако в некоторых обособленных частях океанов и морей, где вода быстро испаряется и образуются насыщенные растворы солей, выпадение этих солей в осадок происходит очень быстро. Например, в заливе Каспийского моря- Кара-Богаз-Голе скорость накопления соли на дне достигает нескольких сантиметров за сто лет. Вулканогенные осадки, образующиеся за счет извержения надводных и подводных вулканов, накапливаются, понятно, быстрее всего там, где много вулканов.

Движение воды при волнении моря производит большую разрушительную работу на морских берегах и перемещает колоссальные массы взвешенной в воде мути, постепенно оседающей на дно. Однако еще больше осадочного материала переносят на большие расстояния течения, которые подобны быстрым рекам, протекающим среди океана. В зоне наиболее сильных океанских течений, таких, как Куросио, Гольфстрим и Экваториальное, на дне образуются полосы мощных донных осадков. Существует особый вид течений, точнее, потоков, так как они действуют не постоянно. Это мутьевые потоки, которые стекают с большой скоростью с подводных склонов и выносят с мелководий в пониженные области дна огромные количества осадков. Благодаря этому дно глубоких котловин особенно быстро заполняется донными осадками и образуются плоские равнины. Такие формы рельефа часто встречаются в Атлантическом и в северной части Индийского океана, в антарктических водах и в Северном Ледовитом океане.

В некоторых районах океана образуются осадки смешанного типа - полигенные, накапливающиеся чрезвычайно медленно. Такие осадки получили название глубоководных красных глин. Красновато-коричневый цвет осадков зависит от большого количества железа и марганца. Во многих районах содержание железа и марганца в осадке бывает настолько значительным, что образуются шарообразные скопления - конкреции. Железо-марганцевые конкреции - ценная руда для добычи железа, марганца и других металлов, таких, как молибден, никель, кобальт. Добыча океанской руды может восполнить отсутствие некоторых руд на суше. Уже раз-

работаны проекты добычи океанской руды с помощью специальных землесосных снарядов. В темных пучинах океана действуют те же законы развития, что и на освещенной солнечными лучами поверхности Земли. Лик Земли, скрытый океанами, живет и меняется, а его очертания помогают нам раскрыть строение планеты и узнать ее историю.

Рельеф дна океанов, как видите, очень сложен. Его происхождение связано с деятельностью двух процессов: тектонических движений, обусловливаемых внутренним развитием тела Земли, и поверхностных процессов, вызываемых воздействием на твердую оболочку Земли внешних влияний атмосферы и водной толщи океанов.

"Волшебная мельница"

В темные безлунные ночи в открытом океане морякам приходилось наблюдать любопытное зрелище: вдруг на поверхности воды вспыхивают яркие полосы, сверкающие зеленоватым светом. Полосы быстро и непрерывно вращаются, словно спицы гигантского колеса. Случается, что на поверхности моря вспыхивает сразу несколько «колес», тогда центры, вокруг которых вращаются «спицы», бывают обычно хорошо видны с корабля. Очень часто «колеса» вращаются в противоположном ветру и волнам направлении. Необычайное свечение длится 15-20 минут, иногда около часа. Моряки часто называют это явление «волшебной мельницей». В корабельных журналах можно встретить такие записи: видели «колдовское зрелище» или «фосфоресцирующее чудо».

Свечение поверхности моря происходит при скоплении мелких фосфоресцирующих (самосветящихся) микроорганизмов в одном месте, чаще всего это бывает в периоды их массового размножения. Спицы колеса «волшебной мельницы» - это тоже результат свечения морских фосфоресцирующих организмов.

Но почему они светятся полосами и почему эти полосы вращаются?

По этому поводу высказывалось много предположений. Ученые исследовали несколько тысяч записей в вахтенных судовых журналах и высказали наиболее вероятную догадку. Организмы «волшебных мельниц» светятся под влиянием ударных волн, возникающих при небольших местных подводных землетрясениях или моретрясениях. При сложном рельефе дна волны сталкиваются и приобретают вращательное движение. Там, где проходит гребень волны, организмы начинают светиться. Свечение поверхности моря следует за движением гребней бегущих волн.

Как термометром измеряют глубины

Издавна моряки измеряли глубину на мелком месте шестом, а на глубоком - лотом. На смену лоту недавно пришел эхолот - прибор, измеряющий глубину по скорости, с которой звук проходит от поверхности моря до дна и отраженное его эхо - от дна к поверхности моря. Эхолот - очень точный прибор, но пригоден лишь в тех случаях, когда звук на своем пути встречает сравнительно большую отражательную поверхность.

А вот как с точностью определить глубину погружения приборов, опускаемых при исследованиях в море? Прежде всего, конечно, по длине троса, на котором опущен прибор. Но если судно дрейфует по ветру, трос отклоняется от вертикали иногда на 20-30° и даже больше. Проверить глубину погружения приборов, оказывается, можно с помощью термометра. В море опускают два термометра в одной общей раме. У одного стеклянный резервуар с ртутью свободно омывается водой.

У другого он защищен от соприкосновения с водой наружной стеклянной трубкой. Оба термометра показывают температуру воды, но в незащищенном - под давлением воды столбик ртути поднимается немного выше, чем в защищенном. По разнице показаний термометров можно определить давление столба воды, а по давлению- вычислить глубину. Эти подсчеты не представляют никаких затруднений, так как на каждые 10м глубины давление в море увеличивается на одну атмосферу.

ВОДНАЯ ОБОЛОЧКА ЗЕМЛИ

ОКЕАНЫ И МОРЯ

КАК ОБРАЗОВАЛИСЬ МОРЯ

Известно, что Земля по форме очень похожа на шар, но на его поверхности имеются значительные понижения и поднятия. Разность уровней между ними доходит до 20 км. Естественно поэтому, что выпадающая из атмосферы вода, стекая по наклонным поверхностям, собирается в понижениях. Эти скопления воды положили начало океанам и морям.

Посмотрите на глобус или карту полушарий и вы увидите, что все океаны и моря соединены

между собой. На этом основании знаменитый русский ученый, географ и океанограф¹ Юлий Михайлович Шокальский назвал всю совокупность океанов и морей Мировым океаном.

Мировой океан обычно принято делить на четыре океана: Северный Ледовитый, Атлантический, Тихий и Индийский.

¹ Океанография - наука, изучающая океаны и моря. Океанограф - ученый, посвятивший себя этой науке.

Северный Ледовитый океан находится внутри почти сплошного материкового кольца, охватывающего приблизительно по Северному полярному кругу пространство вокруг Северного полюса (Европа, Азия, Северная Америка, Гренландия, Исландия).

От этого материкового кольца по направлению к Южному полюсу тянутся три материковых «языка»: американский (Северная и Южная Америка), европейско-африканский (Европа и Африка) и азиатско-австралийский (Азия и Австралия). Между ними последовательно находятся Атлантический, Индийский и Тихий океаны, соединенные между собой на юге проливами между южными оконечностями материковых «языков» и материком Антарктиды.

Непрерывное океаническое кольцо вокруг Антарктиды, обладающее общими свойствами, можно выделить в пятый океан - Южный Ледовитый, или Антарктический. Границы между океанами показаны на физической карте мира.

В каждом океане есть соединенные с ним моря и заливы.

Моря по свойствам воды (соленость, температура, биологические и химические особенности) заметно отличаются от соседних с ними частей океана. У заливов такой разницы практически нет. Например, в Бискайском заливе по существу вода Атлантического океана, в Австралийском - Индийского. Вода же Красного моря значительно солонее, чем в Индийском океане, а в Белом море и особенно Балтийском и Азовском соленость меньше океанической.

На картах названия «море» и «залив» употребляются не всегда правильно. Так, например, «заливы» Гудзонов, Мексиканский, Калифорнийский, Персидский на самом деле не заливы, а моря. «Моря» же Каспийское, Аральское, Мертвое - не моря, а бессточные озера: они не соединены с Мировым океаном, не являются его частями. Эти неточности возникли в далеком прошлом, когда океанография еще не установила, что нужно называть «морем», а что «заливом».

ПОЧЕМУ ВОДА ОКЕАНОВ И МОРЕЙ СОЛЕНАЯ

Главная особенность воды океанов и морей - соленость. Принято измерять соленость числом граммов солей, содержащихся в кило-

грамме морской (океанической) воды, и обозначать это число большой латинской буквой S. Так как в килограмме 1000 граммов, то, следовательно, соленость выражается в тысячных долях. Их называют промилле (по-латыни «про милле» - на тысячу) и обозначают знаком ‰.

Средняя соленость Мирового океана 35 промилле (S = 35‰) т. е. в килограмме океанической воды в среднем содержится 35 Г различных солей.

Откуда взялись эти соли, как они попали в воду Мирового океана?

Водяной пар, находящийся в атмосфере, не содержит никаких солей. Обычно при конденсации в воздухе он оседает на пылинках и частично или полностью их растворяет. Поэтому уже дождевые капли содержат растворенные соли. Выпав на поверхность суши, дождевая вода соприкасается с различными минералами и частично также растворяет составляющие их соли. Таким образом, во всякой природной воде есть различные растворенные соли. Их нет только в так называемой дистиллированной воде, получаемой в лабораториях.

Если соленость природной воды менее одного промилле, то ее называют пресной.

Природные пресные воды частью испаряются, а частично с суши стекают в Мировой океан, постепенно увеличивая запасы его солей, так как испаряющаяся с поверхности океанов и морей вода не захватывает с собой содержащихся в ней растворенных солей.

Этот процесс осуществлялся в течение миллиардов лет, и в результате его в Мировом океане накопилось огромное количество солей, создавших современную соленость океанической воды. В поверхностных слоях океанов и морей могут наблюдаться значительные отклонения от средней величины солености (35 ‰).

В экваториальной зоне выпадает очень большое количество осадков - годовой слой больше 2 м, а испарение оказывается меньше этой величины. В результате соленость океанической воды в экваториальной зоне несколько меньше 35‰ .

В субтропиках (около тридцатой параллели) дождей очень мало, погода ясная, сухая, испарение очень большое. В итоге соленость повышается, доходя в северном полушарии до 38‰, а в южном - до 37‰ .

В умеренной зоне по сравнению с субтропиками количество осадков увеличивается, а

испарение уменьшается, поэтому соленость поверхностной океанической воды близка к нормальной. Далее, к полюсам, в условиях холодного климата испарение резко уменьшается и соленость приполярных вод в обоих полушариях меньше 35‰ .

Так меняется направление течения, когда берег прямолинеен.

Таким образом, в распределении солености поверхностных вод Мирового океана вдали от берегов наблюдается определенная закономерность: около экватора полоса (зона) пониженной солености, по обе стороны от нее, в субтропиках, соленость повышенная, далее, к полюсам, она постепенно уменьшается. В приполярных пространствах соленость ниже средней.

У берегов материков большую роль играет сток пресной воды, выносимой с суши реками. Естественно, что около устьев Амазонки, Конго и других больших рек, выносящих тысячи кубических километров пресной воды, соленость значительно снижается.

Особенно большое значение для солености морей имеет сток с суши. В Красное море реки не впадают, а испарение очень большое, поэтому его соленость выше океанической. В Балтийское море впадают большие реки (Нева, Западная Двина, Висла, Одра и др.) - его средняя соленость меньше 10‰, а в восточной части Финского залива, где впадает Нева, вода почти пресная.

В Черное море несут свои воды Дунай, Днепр, Днестр, Риони, и соленость его поверхностных вод только 18‰. Еще меньше соленость Азовского моря (около 12‰) благодаря водам, которые приносит Дон.

Так как попадающие в Мировой океан воды суши содержат в растворе все соли, входящие в минералы, которые слагают земную кору, химический состав солености океанической воды очень сложен.

Тщательные химические анализы проб воды, взятых во всех океанах от поверхности до дна, обнаружили, что соотношения между химическими элементами, составляющими соленость, везде одинаковы. Растворенные в морской воде соли находятся в ней в следующей пропорции (в %):

Такое постоянство пропорции различных солей еще одно из доказательств единства Мирового океана. Оно - результат перемешивания океанических вод.

В речной воде, в отличие от морской, больше всего карбонатов. Куда же они исчезают, попав в Мировой океан? Их используют обитающие в морской воде живые организмы для построения своих раковин и скелетов

ТЕЧЕНИЯ

Летом 1881 г. в Северном Ледовитом океане к северо-востоку от Новосибирских о-вов затонуло раздавленное льдами судно американской полярной экспедиции «Жаннета». А в 1884 г. различные предметы, принадлежавшие этой экспедиции, были найдены у берегов Гренландии. Пемзу, выброшенную в 1883 г. при извержении вулкана Кракатау в Зондском проливе, через год находили у берегов Мадагаскара. Таких примеров много. Во всех частях Мирового океана вода может перемещаться на огромные расстояния. Такие горизонтальные движения воды называют морскими течениями.

Кроме давно известных поверхностных течений, существуют еще глубинные и придонные.

Каждый из нас знает, что вода течет по наклонной поверхности. В реках вода перемещается от мест, где уровень воды выше, туда, где он ниже (вниз по течению).

Поверхность воды, предоставленная самой себе, стремится занять горизонтальное положение, и, когда оно достигнуто, движение воды прекращается. Это легко проверить, налив воду в таз. Но если на такую успокоившуюся горизонтальную поверхность начать дуть, то вода придет в движение, возникнет «течение».

Так меняется направление течения, когда на пути его оказывается мыс.

И действительно, одной из причин возникновения поверхностных течений в Мировом океане являются ветры. Вызванные ими течения называются ветровыми или дрейфовыми¹ .

Глубинные и придонные течения обычно связаны с неодинаковой плотностью воды. Более соленая или более холодная вода тяжелее менее соленой или теплой, и поэтому при их встрече более плотная соленая или холодная вода уходит в глубину.

Так, более плотная соленая и теплая атлантическая вода при встрече с менее плотной водой Северного Ледовитого океана опускается вглубь, распространяясь до Северного полюса и далее по направлению к Северной Америке.

В проливе Босфор существует придонное течение более соленой воды из Мраморного моря в Черное, а на поверхности движется менее соленая черноморская вода в противоположном направлении.

В изолированных частях Мирового океана могут возникать наклонные поверхности моря. Они создают так называемые стоковые, или сточные, течения. Так, например,

в южной части Карского моря приток вод из Оби и Енисея поднимает его уровень и к северу направляется Обь-Енисейское сточное течение.

Наибольшее значение имеют течения на поверхности. Они оказывают существенное влияние на климат, с ними должны считаться мореплаватели. Даже при небольшой скорости экваториальных течений Атлантического океана (от 20 до 65 км в сутки) они могут сместить корабль с принятого курса на 40-50 км в сторону.

Важнейшей причиной возникновения течений, как мы видели, является ветер.

Прежде полагали, что направление поверхностных течений везде совпадает с направлением вызвавшего их ветра. Это соответствует действительности на небольших водных пространствах и на мелководье. В открытом же океане, на больших глубинах и на достаточном расстоянии от берегов, начинает сказываться влияние вращения Земли, отклоняющее течение от направления вызвавшего его ветра в северном полушарии вправо, а в южном - влево.

Двигающийся поверхностный слой воды трением увлекает за собой лежащий под ним слой. Вращение Земли заставляет в северном полушарии этот второй слой отклониться от

Так образуется угол между направлением ветра и течением. В северном полушарии под влиянием вращения Земли течение уклоняется вправо, а в южном - влево.

поверхностного вправо. Второй слой приведет в движение третий, который так же отклонится вправо от него, и т. д. В конце концов на некоторой глубине океана (обычно несколько сотен метров) течение примет направление, противоположное поверхностному, и практически затухнет. Эта глубина называется глуби-

¹ Дрейф - морской термин, означающий снос, в частности под действием ветра.

ной дрейфового течения. В южном полушарии происходит то же самое, только отклоняются течения влево.

Таким образом, в открытом океане на больших глубинах ветровые (дрейфовые) течения не доходят до дна. Когда течение из открытого океана направляется к берегу и выходит на мелководье, оно раздваивается. Одна ветвь уходит вдоль берега направо, а другая - налево. Если течение подходит к прямолинейному берегу перпендикулярно, оно делится на одинаковые части. В том случае, когда течение не перпендикулярно берегу, получающиеся ветви

Углы между северо-восточным и юго-восточным пассатами и морскими течениями.

неодинаковы и большая ветвь уходит в сторону тупого угла.

Если берег образует выступ, то приближающееся к нему течение разрезается им на две струи, проходящие справа и слева от него.

Для того чтобы ветровые течения были достаточно устойчивы, нужно, очевидно, чтобы вызывающие их ветры дули постоянно. Таким свойством, как известно, обладают пассаты (см. стр. 196). Они и создают основные поверхностные течения, идущие по обе стороны от экватора с востока на запад. Прежде их называли экваториальными, а теперь стали более правильно именовать пассатными. На рисунке, изображающем в упрощенном виде океан, они показаны стрелками 1 и 2. Подойдя к западному берегу океана (восточному берегу материка), они раздваиваются. Течение Северное пассатное дает ветви 3 и 4, а Южное пассатное - 5 и 6. Течения 4 и 6 идут навстречу друг другу, сливаются и двигаются вдоль экватора с запада на восток, образуя экваториальное

противотечение (стрелка 7). Течения же 3 и 5 около сороковых параллелей подхватываются западными ветрами и уходят в открытый океан (стрелки 8 и 12).

Течение 8, дойдя до восточного берега океана (западного берега материка), раздваивается. Правая ветвь (стрелка 9) направляется к югу и сливается с Северным пассатным, замыкая северное пассатное кольцо течений (стрелки 1, 3, 8 и 9), а левая ветвь уходит на север, обогревая своей водой западные берега соответствующих материков (Европы и Северной Америки). Из Атлантического океана теплая вода переходит в Северный Ледовитый океан, где из-за большой солености уходит в глубину.

Вдоль западных берегов океана северо-восточные ветры создают холодное течение, идущее с севера на юг (стрелка 11).

Течение 12, дойдя до восточного берега океана (западного берега материка), так же как течение 8, раздваивается. Левая ветвь (стрелка 13) идет на север к экватору и смыкается с Южным пассатным (стрелка 2), образуя южное пассатное кольцо течений (2, 5, 12 и 13), а правая ветвь (стрелка 14) уходит на восток мимо южной оконечности соответствующего материка в соседний океан. Очевидно, что с другой стороны,

с запада, приходит такое же течение (стрелка 15).

Течения 12, 14 и 15 сливаются друг с другом во всех трех океанах и образуют непрерывное кольцо течений вокруг Антарктиды.

В океанах Атлантическом и Тихом имеются оба экваториальных кольца течений, в Индийском же только одно. На карте показана действительная картина течений Мирового океана. Естественно, что острова и непрямолинейные берега делают ее более сложной.

Очевидно, что течения, идущие вдоль меридианов от экватора, несут более теплую воду, а к экватору - более холодную.

На рисунке течения 3, 5 и 10 будут теплыми, а течения 9, 11 и 13 - холодными. Остальные течения несут воду с температурой, соответствующей их географическому положению.

НАГОН ВОДЫ, "МОРЯНА", ПРИЛИВЫ

Хорошо в тихий, ясный летний день на пологом песчаном берегу Финского залива. На пляже много людей, приехавших к морю отдохнуть, загореть, покупаться, набраться сил и здоровья. Проходят часы. Но вот подул ветер с залива. По спокойной ранее глади

моря побежали волны с белыми гребешками - «барашками», и вода стала угрожающе подбираться к разложенным по песку вещам. Их приходится переносить подальше, на более высокое место. Ветер поднял уровень воды, затопил берег, «нагнал» воду, возник так называемый нагон воды. Если бы ветер подул с берега, то он «согнал» бы воду - произошел бы сгон.

В Финском заливе колебания уровня зависят преимущественно от ветра. Когда очень сильный ветер дует продолжительное время с запада, то он нагоняет воду в восточную часть залива. Вода поднимается и заливает низменные районы Ленинграда. В городе начинается наводнение. Самое катастрофическое из них было в ноябре 1824 г. Оно описано Пушкиным в поэме «Медный всадник». Вода поднялась на 4 м, и почти весь тогдашний Петербург оказался затопленным.

Так же как на Финском заливе, в Черном и Азовском морях уровень воды зависит прежде всего от ветра. Дует ветер с моря - вода поднимается, наступает на берег, дует с суши - вода отходит, дно на очень мелких местах обнажается. Особенно большие нагоны бывают на Азовском море около Таганрога и в устье Дона. Ветер иногда поднимает там уровень воды больше чем на 2 м. Маловодные протоки становятся в это время судоходными. Но такого ветра с моря - «моряны» - иногда приходится ждать неделями.

У берегов океанов и некоторых морей (например, Белого, Охотского и др.) наблюдаются периодические, не зависящие от ветра поднятия и опускания уровня воды.

Предположим, что мы с вами идем по невысокому крутому обрывистому беломорскому берегу Канина п-ова около устья р. Чижи. Ветер дует с моря. Волны, крутясь, бьют о береговой уступ, иногда заплескивая на то место, где мы остановились. Широкая Чижа заполняет всю долину почти вровень с берегами.

Уйдемте от моря и вернемся к нему через шесть часов. Ветер по-прежнему дует с моря, но картина резко изменилась. Вода опустилась, отошла от обрыва, на котором мы с вами стояли, и на большое расстояние обнажила дно с многочисленными камнями, разбросанными в беспорядке.

Чижа, теперь неширокая и мелководная, струится по дну довольно глубокой долины.

Что же случилось с морем? Почему его уровень упал на несколько метров, хотя направление ветра не менялось?

Устье реки Чижи во время прилива (вверху) и отлива (внизу).

Мы стали свидетелями одного из замечательных явлений на земном шаре, свойственных Мировому океану,- прилива.

Наибольшее поднятие воды во время прилива (максимальный уровень) называется полной водой, а наибольшее опускание во время отлива (минимальный уровень) - малой водой.

В случае так называемых правильных приливов за 24 часа 50 минут происходят два прилива и два отлива. Средняя продолжительность одного прилива и одного отлива равна 6 часам 12,5 минуты.

Допустим, что полная вода, т. е. максимальное поднятие уровня во время прилива, была ровно в полночь. Тогда малая вода наступит в 6 часов 12,5 минуты; новая полная - в 12 часов 25 минут; следующая малая - в 18 часов 37,5 минуты и снова; полная вода - в 0 часов 50 минут.

Очевидно, что на следующие сутки ночная полная вода будет наблюдаться уже в 1 час 40 минут, а еще через сутки - в 2 часа 30 минут. Через семь суток от начала наблюдения опоздание достигнет 50 минут X 7 == 350 минут = = 5 часов 50 минут. Полная года из ночной и дневной превратится в утреннюю и вечернюю, а малая вода из утренней и вечерней - в дневную и ночную.

Еще древние греки заметили связь приливов и отливов с движением по небу Луны - спутника Земли.

Наблюдения показали, что полная вода наступает несколько позднее прохождения Луны через меридиан того места, где ведется наблюдение, т. е. после момента верхней или нижней кульминации Луны. Величина этого запаздывания в разных местах различная, но для одного и того же места она почти неизменна. Ее можно определить из наблюдений. Если это сделано, то нетрудно заранее вычислить для каждого дня моменты полной воды, так как в астрономических календарях указано время прохождения Луны через меридиан для каждого дня. Предположим, что полная вода в данном месте запаздывает по отношению к моменту кульминации Луны на 2 часа 10 минут. Допустим, что в интересующий нас день верхняя кульминация Луны должна быть в 7 часов 25 минут. Прибавив к этому времени величину опоздания - 2 часа 10 минут, мы узнаем, что

полная вода наступит в 9 часов 35 минут. Так как величину опоздания нужно добавлять, «прикладывать» ко времени верхней или нижней кульминации Луны, она называется прикладным часом.

Очевидно, что, зная момент наступления полной воды (а значит, и малой), можно выбрать время, когда всего безопаснее провести судно через мелкое место, риф или каменную гряду.

Наблюдения за приливами в одном и том же месте в течение нескольких недель показали, что высота приливов иногда значительно изменяется за этот период. Оказывается, что эти изменения связаны с фазами Луны: самые высокие приливы бывают через один-два дня после новолуния и полнолуния, а самые низкие - после первой и третьей четверти. Объясняется это тем, что, кроме Луны, на Мировой океан оказывает действие и Солнце. Солнечные приливные волны подобны лунным, но направлены они на Солнце. По сравнению с лунными приливами солнечные приливы примерно вдвое меньше, так как Солнце отстоит от Земли гораздо дальше, чем Луна.

Во время новолуния и полнолуния солнечные приливы складываются с лунными, и поэтому приливы оказываются высокими.

Во время первой и третьей четверти фазы Луны солнечные приливные волны «вычитаются» из лунных и приливы менее высоки.

В течение суток два соседних прилива обычно неодинаковы по высоте. Это явление также связано с положением Луны.

Из всего сказанного нетрудно сделать вывод, что приливы и отливы на Земле возникают в результате воздействия Луны и Солнца на поверхность Мирового океана.

На высоту прилива оказывают большое влияние местные географические условия, особенно очертания берегов и рельеф дна, Когда приливная волна попадает в постепенно суживающийся залив, ее высота соответственно увеличивается. Если же приливная волна проходит сначала через узкий и мелкий пролив, где она в значительной мере теряет свою энергию, а затем разливается по широкому пространству, высота волны резко снижается.

Прежде чем атлантическая приливная волна доберется до Черного моря, она пройдет через Гибралтарский пролив, а затем через проливы Дарданеллы и Босфор. Понятно, что при этом приливная волна резко ослабеет. Поэтому в Черном море приливы почти незаметны. В Азовском море приливы совсем не наблюдаются.

Чтобы попасть в Балтийское море, приливной волне нужно пройти через очень мелкие и узкие проливы Зунд, Большой и Малый Бельт. Поэтому на Балтийском море, и в частности в Финском заливе, приливы мало заметны. Колебания уровня моря зависят в этих местах главным образом от сгона и нагона воды ветром.

Из Баренцева моря приливная волна входит в Белое море широким фронтом и, постепенно сужаясь, растет в высоту. Поэтому на берегу Мезенского залива приливы достигают

6-8 и даже 10 м, а в Пенжинском заливе Охотского моря - 13 м.

Самые высокие приливы на Земле наблюдаются в заливе Фанди, у Атлантического берега Северной Америки. У вершины залива высота прилива может достигать 18 м.

Кроме правильных полусуточных приливов, при которых за 24 часа 50 минут бывают две полные и две малые воды, в некоторых местах наблюдаются неправильные приливы с одной малой водой в течение суток. Такие приливы называются суточными.

В других местах наблюдаются смешанные приливы, когда в течение суток то одна полная вода, то две.

Неправильные и смешанные приливы возникают в результате сложного взаимодействия между лунными и солнечными приливными волнами и географической обстановкой (т. е. очертаниями берега, рельефа дна моря и пр.).

Обегая вращающийся земной шар, приливная волна испытывает трение о дно и берега и несколько запаздывает по отношению к кульминации Луны.

Это опоздание и определяет прикладной час, о котором сказано раньше.

От чего зависит цвет моря

Синим море кажется не всегда. Синий цвет - это цвет «океанских пустынь». Моря имеют различные цвета. В северных морях вода темно-зеленая; у берегов, особенно у впадения рек,- бурая или желтая. В штормовую погоду, когда ураганный ветер вздымает огромные волны и мчит по небу изорванные клочья дождевых облаков, море приобретает мрачный свинцово-серый цвет.

Что же придает поверхности моря тот или иной цвет или оттенок? Оказывается, цвет моря зависит от толщи воды, в которой рассеивается и отражается дневной свет. Молекулы чистой морской воды отражают и возвращают к поверхности моря синие лучи. Если в воде много микроскопических зеленых водорослей, море кажется зеленым. Минеральные частицы и растворенное в воде органическое вещество (гумус), выносимые реками, а также бурые одноклеточные водоросли придают поверхности моря бурый или желтый цвет. Реки приносят с суши огромное количество глинистых частиц в Желтое море, и вода его имеет желтую окраску. Красный цвет воде Красного моря придают периодически развивающиеся в нем бурые микроскопические водоросли. Если кому-нибудь приходилось плыть на пароходе из Астрахани в Баку, тот помнит, что каспийская вода совершенно желтая в устье Волги, а по мере удаления в море она становится зеленоватой, потом зеленой и, наконец, в средней части Каспия вода приобретает цвет темного изумруда.

На цвет поверхности моря влияет цвет неба - безоблачное голубое небо усиливает синие тона, темные облака придают морю унылый свинцово-серый цвет.

ЖИЗНЬ В ОКЕАНАХ И МОРЯХ

ВОДНАЯ СРЕДА И ЕЕ ОСОБЕННОСТИ

Многие ученые считают, что первые живые существа развивались в море. Прошли сотни миллионов лет, прежде чем животные появились на суше (см. стр. 233). Жизнь в океане намного разнообразнее, чем на суше, а многие типы растений и животных встречаются только в морях. В океанах обитает более 150 тыс. видов животных и растений. Вес всех живых организмов, населяющих Мировой океан, достигает 50-60 млрд. Т. В водах океана имеются все типы органического мира - от простейших организмов до млекопитающих.

Не живут в море только многоножки, пауки и амфибии.

Водная среда отличается от воздушной: в ней иначе распределяется температура; на больших глубинах существует огромное давление воды; солнечный свет проникает только в самые верхние слои.

Среди многих замечательных свойств воды, важных для обитающих в ней организмов, особенно существенны малая теплопроводность, очень высокая теплоемкость и большая растворимость в воде различных веществ. Благодаря высокой теплоемкости воды температурный режим океанов не меняется так резко, как на суше. Это важно как для холоднокровных, так и для теплокровных животных. Водные организмы не нуждаются в приспособлениях к резким переменам температуры окружающей среды.

Медленно нагреваясь, вода океанов так же медленно отдает тепло в атмосферу. Поэтому самой теплой вода океанов и морей бывает тогда, когда летний жаркий период на суше уже заканчивается. Вода океанов хранит громадные запасы тепла. Отдавая его воздуху, она существенно влияет на климат окружающих стран. Средняя температура поверхностного слоя воды Мирового океана +17°,4, а приземного слоя воздуха на поверхности всего земного шара только +14°,4.

Суточные колебания температуры воды у берегов, в небольших заливах и бухтах больше, чем в открытом море. Более значительны сезонные изменения температуры воды в умеренных областях северного и южного полушарий. Но сезонные различия температуры наблюдаются в верхнем слое - до глубины 500 м. На больших глубинах, свыше 1000 м, температура в течение года изменяется очень мало.

Кроме температуры воды, важнейшее условие для жизни - присутствие кислорода. Морские организмы дышат кислородом, так же как и их наземные «родственники». В газах, растворенных в воде, кислород составляет в среднем 35% (в атмосфере кислорода 21%). Кислород, которым дышат животные и растения, поступает в воду из атмосферы или образуется в результате фотосинтеза водорослей, поэтому в поверхностных слоях его больше, чем в глубинных. Морские течения хорошо перемешивают воду, и кислород в небольшом количестве распространяется до дна океанов. Местами, где перемешивание глубинных вод затруднено, как, например, в Черном и Аравийском морях, Бенгальском заливе, на глубинах свыше 200 м нет свободного кислорода, там образуется сероводород.

Кроме газов, воды океана содержат значительное количество различных растворенных веществ. Большое значение для развития органического мира имеет соленость морской воды

и состав солей (см. стр. 140). В среднем в океанических водах содержится 35 Г солей в 1 кГ воды. Если выпарить всю воду океанов, то дно их оказалось бы покрытым 60-метровым слоем соли.

Живым организмам для развития нужны вещества, из которых образуется белок. Первичные создатели органического вещества в море, так же как и на суше,- растения. Все морские животные получают белок уже в готовом виде, поедая водоросли или питаясь животными.

Морские растения - водоросли, как и растения суши, содержат зеленый пигмент - хлорофилл. Он помогает им использовать энергию солнечного света для образования внутри клетки химического процесса, в результате которого сначала разлагается захваченная растениями вода на водород и кислород, а затем водород соединяется с углекислым газом, поглощенным из окружающей воды. Так образуются углеводы: глюкоза (сахар), крахмал и др. Затем в теле водоросли за счет соединения углеводов с фосфором, азотистыми и другими веществами, поглощенными из воды, образуются белок и другие органические вещества. Освободившийся при разложении воды кислород выделяется из клетки. Он обогащает воду газом, необходимым для дыхания организмов.

В поверхностных слоях воды и неглубоких прибрежных местах морей и океанов разви-

Ламинарии - крупные морские водоросли, достигающие 6 м длины. Многие ламинарии съедобны: они содержат сахаристые вещества. Из этих водорослей добывают йод. Ламинарии используются также и для удобрения полей (снимок сделан во время отлива).

вается богатая растительность - разнообразные водоросли. На таких «подводных» лугах «пасется» громадное количество рачков, червей и других мелких животных. Сюда же поднимаются откармливаться личинки многих донных животных, которые во взрослом состоянии крепко прирастают ко дну или зарываются в ил. Мелкие животные служат пищей сельди, сардинам и другим промысловым рыбам, а также китам. Обитатели больших глубин - это фильтраторы или хищники. Фильтраторы процеживают большие количества воды, чтобы отфильтровать пищу - остатки растений и животных, попадающие сюда из поверхностных слоев воды.

Материковые воды смывают различные вещества с поверхности суши и «удобряют» океаны. Кроме того, отмирающие организмы, падая на дно океана и разлагаясь там, служат богатейшим источником пополнения воды запасами азота, фосфора, калия и других веществ, необходимых растениям. Течения, перемешивая воду в море, переносят эти вещества вверх и «удобряют» ими слой воды, где живут морские растения, с помощью которых эти вещества опять вступают в круговорот жизни.

Морские моллюски, кораллы, большинство губок, морские ежи и звезды, черви, мшанки, а также некоторые водоросли (литотамнии)

Кораллы под водой очень похожи на сильно ветвящиеся водоросли, но это не растения, а животные. Они прикрепляются одним концом к подводным скалам и образуют крупные колонии.

извлекают из воды огромное количество кальция, который идет для построения раковин, панцирей и различных скелетов. Радиолярии, кремниевые губки и некоторые другие животные нуждаются в кремнии. Можно сказать, что все растворенные в воде вещества даже в ничтожных количествах необходимы обитателям морей и океанов. Замечательное постоянство солевого состава океанской воды поддерживается деятельностью организмов.

Для нормальной жизни растениям необходим солнечный свет. Солнечные лучи не проникают на большие глубины моря. Это объясняется прежде всего тем, что часть солнечных лучей отражается от поверхности воды. Чем ниже солнце над горизонтом, тем больший процент лучей отражается от морской поверхности, поэтому в арктических морях свет проникает на меньшую глубину, чем в экваториальных водах.

В воде различные части солнечного спектра проникают на разную глубину. Красные и оранжевые лучи быстро поглощаются первыми метрами воды, зеленые исчезают на глубине 500 м, и только синие проникают до 1500 м. Водоросли особенно нуждаются в красных и оранжевых лучах и в меньшей мере - в зеленых. Поэтому растения в море встречаются в основном на глубине до 100, реже до 200 м. Животные, как правило, непосредственно в свете не нуждаются и населяют воды океана до максимальных глубин.

Всю многокилометровую толщу вод океана можно разделить на два «этажа»: верхний - производящий органическое вещество и нижний (глубже 200 м) - потребляющий.

До недавнего времени считалось, что глубины океана более 6 км безжизненны, так как якобы никакой живой организм не может вынести громадного давления воды.

Советские ученые доказали, что даже на самых больших глубинах существуют рыбы, крабы, раки, черви, моллюски и другие животные. Глубоководные обитатели приспособились к жизни и при большом давлении. В теле морских животных содержится большое количество воды, а она сжимается очень мало, поэтому

Морская звезда ищет пищу с помощью многочисленных ножек-сосочков, расположенных на нижней стороне лучей. Это животное - хищник; оно нападает на добычу, превосходящую его размером. В таких случаях морская звезда выворачивает желудок и обволакивает им жертву, а потом снова втягивает желудок.

давление внутри организма легко уравновешивает давление извне. Вот почему оказалась возможной жизнь на больших глубинах.

Многие обитатели больших глубин поднимаются к поверхностным слоям. Их часто можно встретить на глубине 1000 и изредка 500 м. Подняться выше животному мешает высокая температура воды: ведь они привыкли жить при постоянно низких температурах. Вода на большой глубине имеет температуру только плюс 1-2°. При таких условиях все процессы жизни задерживаются. Организмы растут значительно медленнее, чем в теплых поверхностных слоях океана. Причина тому и малое количество пищи.

Животные глубин находятся в постоянном мраке, многие из них слепые, а у некоторых глаза имеют «телескопическое» строение, позволяющее улавливать малейшие проблески света. У части животных имеются специальные «фонари», светящиеся различными цветами. Так, например, на голове рыбки малокостеус одна пара световых органов излучает красный свет, а другая пара - зеленый. У некоторых моллюсков световые органы излучают голубой свет. Есть животные, у которых в организме

накапливается особая светящаяся жидкость. В момент опасности животное выпускает ее и ослепляет врага.

Многие глубоководные существа имеют различные органы, помогающие им воспринимать звуковые волны. Ведь в кромешном мраке надо суметь уловить движение далеко плывущего врага или, наоборот, определить местонахождение желанной добычи. Звук хорошо распространяется в воде - почти в 5 раз быстрее, чем в воздухе (около 1520 м/сек).

У глубоководных рыб поражает величина пасти и обилие зубов. У некоторых рыб челюсти устроены так, что могут широко раздвигаться, как у змей, и маленький хищник в состоянии проглотить жертву даже большего размера, чем он сам. Это связано с малым количеством живых существ на больших глубинах: если уж посчастливилось ухватить добычу, то надо проглотить ее целиком. Как видите, живущие на огромных глубинах организмы хорошо приспособились к условиям окружающей их среды.

Чем ближе к поверхности, тем богаче и разнообразнее становится жизнь. Из 150 тыс. видов морских организмов в верхних слоях (до 500 м глубины) обитает более 100 тыс. видов.

Условия жизни в море весьма благоприятны. В море растения со всех сторон окружены питательным раствором, а на суше они добывают корнями из почвы воду и растворенные в ней питательные вещества.

Чтобы держаться на земле, живым существам необходимы крепкие корни или сильные конечности. На суше самое большое животное -

Рыба «сельдяной король» напоминает своим сплющенным телом ремень. Её серебристо-белое туловище испещрено полосками, плавники - оранжевого цвета.

Плывущая медуза. Своими длинными щупальцами она захватывает добычу.

слон, а в море - кит, который в 20-25 раз тяжелее слона. Такое огромное животное на суше не смогло бы передвигаться и погибло бы. Другое дело - в воде. На всякое тело, находящееся в воде, как известно, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости в объеме погруженной части тела. Вот почему киту при его громадном весе приходится затрачивать во много раз меньше усилий при движении в воде, чем потребовалось бы на суше.

Температура в море более постоянна, чем на суше. Морским животным не нужно искать защиты от холода зимой и от жары летом. С наступлением морозов толстый слой льда и снега препятствует проникновению холода в воду. Лед, как шуба, закрывает водоем и предохраняет воду от промерзания. Даже в холодной Арктике море никогда не замерзает до дна. Температура зимой в глубине моря, под покровом льда, почти такая же, как и летом.

ОТ ПОВЕРХНОСТИ ДО ОКЕАНСКИХ ГЛУБИН

Благоприятные условия жизни способствовали развитию в море величайшего разнообразия организмов.

Все обитатели морей по условиям их существования разделяются на три группы: планктон, нектон и бентос.

К планктону относятся различные микроскопические водоросли (диатомеи, перидинеи, сине-зеленые), одноклеточные животные (глобигерины, радиолярии и др.), мелкие рачки, медузы, некоторые черви, икра и мальки многих рыб. Слово «планктон» - греческое, оно означает «блуждающий», «носимый». Действительно, все эти обитатели моря пассивно переносятся движением воды. Активно они передвигаются преимущественно вертикально - вверх или вниз. Днем животные планктона опускаются в глубину, а вечером поднимаются в поверхностные слои. За планктоном движутся рыбы, которые им питаются. Течения переносят планктон на значительные расстояния, и планктоноядные морские животные всюду находят себе пищу.

Как ни малы по своему объему планктонные организмы, их количество в морях и океанах огромно. Если бы мы могли на одну чашу весов положить всех китов и рыб, а на другую планктон, то он перетянул бы. Количество планктона резко убывает с глубиной.

К нектону относятся: большинство рыб, ластоногие животные (тюлени и моржи), китообразные (киты, кашалоты), головоногие моллюски, морские змеи и черепахи. Нектон - тоже греческое слово и означает «плавающий». Животные, которые относятся к нектону, имеют обтекаемую форму тела, помогающую им быстро двигаться в воде. Догнать кита нелегко даже быстроходному судну, а от пасти дельфинов трудно уйти и быстроплавающим рыбам.

Большинство рыб и млекопитающих совершают дальние путешествия - миграции. С наступлением времени икрометания многие рыбы объединяются в миллионные косяки, занимающие иногда площадь в несколько десятков километров. Путешествуя от места откорма к районам нереста (икрометания), рыбы проплывают сотни и тысячи километров.

Многие рыбы идут на нерест из моря в реки. Этих рыб называют проходными в отличие от морских. Проходные рыбы, особенно лососевые и осетровые, поднимаются вверх по рекам на большие расстояния. Если путь в реке пре-

граждают пороги, рыбы выскакивают из воды и сильными прыжками преодолевают их.

Выходящая из Северного Ледовитого океана в реки Сибири ценная промысловая рыба нельма (из лососевых) проходит более 3 тыс.км вверх по реке до места нереста. Особенно величествен ход рыбы в реках Дальнего Востока, когда миллионные косяки горбуши и кеты устремляются в реки Берингова и Охотского морей. В реках они не питаются и после нереста погибают.

Другой тип миграции наблюдается у угря. Взрослые угри отправляются на нерест из рек в океан. Европейские угри мечут икру в водах Саргассова моря. Для этого они преодолевают путь в 7-8 тыс.км. После нереста взрослые угри погибают, а личинки атлантическим течением переносятся к берегам Европы.

Дальние путешествия совершает беломорское стадо гренландских тюленей. Летом они откармливаются в водах, омывающих Шпицберген и Землю Франца-Иосифа, а зимой приходят рождать детенышей в горло Белого моря.

Почти 5 тыс.км проходят киты до теплой части океана, где появляются на свет их детеныши. Вместе с молодыми китами родители отправляются на откорм обратно в прохладные воды на север и на юг.

Среди китообразных различают усатых и зубатых китов. Первые получили свое название потому, что у них с нёба свешиваются ряды роговых пластин, опушенных по внутреннему краю роговыми волокнами, как бы усами. Пропуская через рот большое количество воды, усатые киты отцеживают и заглатывают мелких обитателей поверхностных слоев океана.

Актиния и моллюск живут в «дружбе» : моллюск возит актинию, а она защищает своего «извозчика» от врагов стрекательными капсулами, которые могут оглушить даже мелких рыбок.

Зубатые киты охотятся за рыбой и кальмарами, а касатки (хищные дельфины) - за тюленями, котиками, моржами. Всеобщее удивление, даже на картинке, вызывает кашалот с огромной как бы тупо обрубленной головой. У него она огромна, весит тонн 20 - почти столько же, сколько все туловище. Кашалоты - прекрасные ныряльщики. Их главная пища - головоногие моллюски. За крупным кальмаром кашалоты ныряют на глубину в несколько сот метров. Часто на коже кашалотов видны рубцы от присосок гигантских кальмаров (более 10 м длиной). Киты настолько приспособились к жизни в воде, что приобрели разнообразную форму тела. Раньше кита называли рыба-кит. Выйти на сушу киты не могут.

Киты - млекопитающие животные. Они рождают и кормят детенышей молоком в воде. Киты дышат атмосферным воздухом и поэтому обитают в поверхностном слое воды океана. В процессе эволюции между китами произошло своеобразное распределение мест охоты. Усатые киты облавливают верхние слои - до 50 м; глубже, до 100 м, ныряют близкие родственники кашалотов - бутылконосы, и еще глубже, до 300 м, охотятся за пищей кашалоты. Усатые киты находятся под водой 10 минут, а кашалоты - до 45 минут.

Рыбы, тюлени, киты и многие другие представители нектона - основная добыча морского промысла.

Все обитатели дна морей и океанов относятся к бентосу. Слово «бентос» - греческое, означает «глубинный». Для животных, относящихся к бентосу, необходим твердый грунт как постоянная опора, например для кораллов, или временная, как для камбалы. Некоторые представители бентоса поселяются на прибрежных скалах и пляжах выше уровня воды, куда доходят лишь брызги волн.

Прикрепленные ко дну моря водоросли и многие животные, обитающие в зоне приливов, во время отлива часами живут на воздухе. Однако это не мешает их развитию.

До глубины 100 м растут различные крупные водоросли. Глубже они уже исчезают. Лучи солнца быстро поглощаются в воде, поэтому донные водоросли не могут жить на большой глубине.

Количество бентоса убывает с глубиной. На глубинах до 300 м на 1 м² дна бентоса приходится около 250 г, а вблизи берега и на мелководьях он исчисляется многими килограммами. На глубине свыше 10 тыс.м донных животных меньше 1 Г на 1 м².

Гидроиды образуют в воде колонии. Они, как мох, покрывают скалы, раковины и даже панцири крабов.

Мировой океан делят на пять биогеографических областей: Арктическую, Антарктическую, Северную и Южную умеренные области и Тропическую область.

Для Арктической и Антарктической областей характерна низкая, часто даже отрицательная температура воды зимой и летом и плавучие льды.

В умеренных областях обоих полушарий температура воды значительно изменяется в разные сезоны; в Тропической области - постоянно высокая температура поверхностных слоев воды. Сезонные колебания температуры редко превышают здесь 2°.

ПО МОРЯМ И ОКЕАНАМ

Начнем путешествие с севера. Перед нами простираются ледяные поля, но они не безжизненны. Вот к краю льдины подкрадывается белый медведь. На льдине лежат тюлени. Конечности, или ласты, у них похожи на весла. На концах пальцев задних конечностей развиты хрящевые пластинки, а между пальцами - плавательные перепонки, увеличивающие площадь «весла». Подошвы задних конечностей прилегают друг к другу, и животное может изгибать их вправо и влево, подобно хвосту рыбы. На суше тюлени передвигаются с трудом, ползая на брюхе. Другие ластоногие - моржи, сивучи и котики - хотя и передвигаются при помощи конечностей по берегу или льдам, но тоже вернее «ползают», чем «ходят».

грубыми волосами. Под кожей - толстый слой жира; он, как теплая шуба, не дает животному зябнуть в холодной воде.

Питаются ластоногие преимущественно рыбами и рачками. У тюленей, как и у всех ластоногих, прекрасные обоняние и слух, а глаза хорошо видят и под водой, и на суше. Вот почему белый медведь, который подкрадывается по льду к тюленю, часто уходит не солоно хлебавши: тюлень молниеносно исчезает в лунке.

В большой полынье резвится стая единорогов (их часто называют нарвалами). Это один из видов дельфинов. Толстая кожа единорога покрыта роговым слоем. Она, как броня, предохраняет зверя от ушибов об лед. Единственный зуб у самцов разросся в длину и превратился в бивень. Изредка у них бывает по два бивня. Питаются единороги рыбой, особенно сайкой. Единороги часто встречаются в водах, омывающих Гренландию, Землю Франца-Иосифа и Северную Землю.

Вблизи сибирских берегов наш корабль встретит другой вид дельфина - белуху. Стадо белух пришло сюда, чтобы поживиться навагой, бычком, печорской сельдью и лососевыми рыбами. Кожа белух имеет «броню». Свое название белухи получили за белый цвет кожи, характерный для взрослых животных. На севере их называют «белугами». Во время хода белухи отрывисто ревут. Рев этот напоминает рев быка и одновременно хрюканье моржа. Отсюда пошло известное выражение: «Ревет, как белуга». Белухи пожирают много горбуши и кеты.

В Баренцевом море можно встретить стада гренландских тюленей. Более ста лет назад здесь водились гренландские киты. Теперь они

Детеныш морского тюленя - белёк. Белая пушистая «шубка» предохраняет его от холода и делает незаметным на льду.

встречаются редко: их почти всех истребили. Воды Баренцева моря населены миллионами рачков и большим количеством рыбы - сельди трески, пикши.

Теперь спустимся на юг. Мы попадем в северную часть Атлантического океана, которая относится к Северной умеренной области. Здесь мы встретим много различных рыболовных судов. Они вышли на промысел атлантической сельди, трески, пикши, морского окуня, камбалы. У южной границы Северной умеренной области развит промысел сардин.

Вскоре на палубу нашего судна станут падать летучие рыбки - обитатели Тропической области. У летучих рыб плавники превратились как бы в крылья. Но крыло рыбки - это крыло не птицы, а планера. Летучая рыбка не машет крыльями, а летит, как планер, широко расправив свои плавники.

Перечислить всех обитателей Тропической области невозможно. Теплые воды Мирового

океана обильно населены разнообразными видами животных и растений. У тропических берегов Малайского архипелага растет 860 видов бурых, красных и зеленых водорослей. Такого обилия растительности нет ни в одном море. Здесь же насчитывается 40 тыс. видов различных морских животных - губок, кораллов, червей, моллюсков, рыб. Кораллы образуют острова и рифы. Знаменитый Большой Барьерный риф на восток от Австралии тянется на протяжении 2200 км, Барьерный риф Новой Каледонии - на 1500 км.

Среди коралловых колоний мелькают причудливой формы пестрые, как бабочки, рыбы. Вот странный шар, покрытый иглами: это еж-рыба. При виде врага тело ее раздувается.

Иногда в устьях рек и на заболоченных низинах тропических побережий встречаются густые мангровые заросли. Среди корней мангровых деревьев обитает много морских животных, в том числе рыбы-прыгуны. Эти рыбки

1. Моллюски. 2. Морская капуста. 3. Морской конек. 4, Медуза. В. Кета. в. Горбуша. 7. Сельдь. 8. Кит.,9. Летучие рыбы. 10. Сардина. 11. Кальмары. 12. Сайра. 13. Парусник. 14. Скумбрия. 15. Губки. 16. Коралл. 17. Актиния. 18. Крабы. 19. Гидроид. 20. Морская звезда. 21. Моллюск-гребешок. 22. Червь. 23. Морской еж. .24. Бычки. 25. Омар. 26. Голотурия (морской огурец). 27. Камбала. 28. Офиура. 29. Скат. 30. Ерш. 31. Морской окунь. 32. Акула с рыбой-прилипалой. 33. Пила-рыба. 34. Треска. 35. Глубоководный кальмар. 36. Светящиеся рыбки. 37. Глубоководные рыбы. 38. Креветки. 39. Удильщик. 40. Глубоководная актиния. 41. Стеклянная губка. 42. Липарис. 43. Морской паук. 44. Осьминог. 45. Глубоководная голотурия. 46. Морская лилия. 47. Светящиеся рачки. 48. Светящийся червь.

Акула. На ее брюхе пристроились рыбки-прилипалы, которые путешествуют с акулой как «бесплатные пассажиры» и подъедают за ней остатки пищи.

вылезают из воды на берег и охотятся за насекомыми. Некоторые виды прыгунов настолько приспособились жить без воды, что погибают, если лишить их возможности побыть на воздухе.

На берегу можно увидеть краба, которого называют кокосовым или пальмовым вором. Он почти распростился с водой и приходит в море только для размножения. Питается краб мякотью кокосовых орехов, за которыми взбирается на пальму. Он срезает орехи своими мощными клешнями, сбрасывает вниз и поедает.

В тропических морях живут гигантские скаты - родственники акул - с сильно разросшимися боковыми плавниками. Любопытны электрические скаты - Торпедо. В теле у них есть особые органы, в которых накапливается электрическая энергия. Разряд электричества ската достаточен, чтобы парализовать рыбу или отогнать хищника.

Среди акул встречаются гиганты - китовые акулы - до 20 м длины. С акулами тесно связана жизнь своеобразных рыбок - рыбы-лоцмана и прилипалы. Рыба-лоцман помогает акуле обнаружить стаю рыб. Рыбы-прилипалы прикрепляются к брюху акулы особой присоской и так путешествуют вместе с ней. Прилипалы и лоцманы подъедают остатки пищи акулы.

Из морских млекопитающих животных интересны дюгони и ламантины из отряда сиреновых. Это морские травоядные животные. Передние конечности у них превратились в ласты, а задние отсутствуют. Живут они в зоне пышного развития донных водорослей.

Продолжая путешествие на юг, мы попадаем в Южную умеренную область. Здесь встретятся старые знакомцы по северным морям: киты, тюлени, сардины, морские окуни, кефаль. На уединенных островах можно увидеть котиков. Они близкие родственники наших дальневосточных котиков.

В высоких широтах южного полушария обитают пингвины. Живут они на островах, берегах и даже льдах Антарктики. Тут же можно встретить и тюленей. Вблизи кромки льдов плавают киты. Среди них встречаются голубые киты, достигающие 33 м длины и 120 Т веса. Один такой великан весит столько, сколько 25 слонов или 200 быков. Жизнь китов проходит в море. «Малютка» кит получает от матери 100-200 л молока в сутки. Под водой кит может находиться 5-10 минут. Вынырнув на поверхность, он с силой выдыхает отработанный воздух. Выдыхаемый с воздухом пар сгущается на холоде и образуется фонтан. По форме фонтана можно узнать вид кита.

Моря Антарктики - теперь главный район китового промысла. У китов используют жир,

кожу, мясо, а из желез внутренней секреции получают медицинские препараты. В Антарктике можно встретить огромные плавучие заводы советской китобойной флотилии.

В Северной умеренной области Тихого океана и в наших дальневосточных морях живет много видов животных, близких к обитателям атлантических вод: треска, сельдь, сардина, камчатская семга и др. Можно здесь увидеть и не встречавшихся ранее животных. Поражает огромное количество и разнообразие лососевых

рыб: горбуши, кеты, чавычи, нерки. На побережьях находятся большие лежбища сивучей и котиков. На Командорских и Курильских о-вах встречаются морские выдры (каланы). Их называют также камчатскими или морскими бобрами. Название это неудачно, так как бобр относится к отряду грызунов и питается растительной пищей.

Умеренная область Тихого океана богаче разнообразными видами животных, чем та же область в Атлантическом океане.

Слоистость океана

Когда батискаф «Триест» опускался на дно самой глубокой впадины в Мировом океане - Марианской (11 022 м), он трижды останавливался, встречая какое-то незримое препятствие. Как известно, в батискафе бензин играет ту же роль, что в дирижабле водород или гелий. Чтобы продолжать погружение батискафа, приходилось выпускать некоторое количество бензина, это делало аппарат тяжелее. Что же мешало спуску батискафа?

Препятствием на пути было резкое увеличение плотности воды. В океане с глубиной, как правило, понижается температура и повышается соленость воды, в результате чего увеличивается ее плотность. На некоторых глубинах все эти изменения происходят скачкообразно. Слой, в котором происходит резкое изменение температуры и плотности воды, так и называется «слоем скачка». Таких слоев в океане обычно бывает один или два. «Триест» обнаружил еще третий.

При тщательном исследовании воды в Тихом океане оказалось, что она в некоторых районах обладает повышенной радиоактивностью в связи с взрывами, которые производили в тот период США.

ЗНАЧЕНИЕ ОКЕАНОВ И МОРЕЙ В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА

Планету, на которой мы живем, с большим правом можно назвать «планета-океан», чем «планета-земля». Ведь площадь Мирового океана более чем в 2 раза превышает площадь всей суши. Если все континенты покрыть водой Мирового океана, то образовался бы слой толщиной в 9 км ! В океанах находится 1370 млн.км³ воды! Очень много воды на Земле, и это сказывается на всей ее природе. Мировой океан - регулятор климата Земли. Он накапливает тепло летом и отдает его зимой. Вода поверхностного слоя Мирового океана, нагреваясь в тропической области, перемещается в северные широты и к югу, к Антарктиде, а в глубинах холодная вода движется из высоких широт к экватору. Если бы не было такого обмена водными массами между тропиками и высокими широтами, то тропическая жара и полярный холод были бы настолько сильными, что жизнь большинства обитающих в этих широтах живых существ сделалась бы невозможной.

С морскими течениями связаны особенности климата прибрежных стран. Течения охлаждают или отепляют климат.

Так, в Норвегии на 60° с. ш. среднегодовая температура воздуха такая же, как и в Нью-Йорке, который лежит на 20°, т. е. на 2160 км южнее. Объясняется это влиянием теплого Северо-Атлантического течения, которое проходит у берегов Норвегии. Ветвь этого течения отепляет и Баренцево море, и наш северный порт Мурманск, который поэтому обычно не замерзает. От этого течения зависит температура воздуха на всем севере Европы. Благодаря Северо-Атлантическому течению среднегодовая температура воздуха в Англии на 15°, а в Норвегии на 20-25° выше температуры для соответствующих широт на другом берегу океана.

На этих же широтах, на восточном побережье Канады, где проходит холодное Восточно-Гренландское течение, выносится много льда Северного Ледовитого океана.

На севере Тихого океана у берегов Советского Союза проходит холодное течение, которое оказывает охлаждающее влияние на климат прибрежных районов. На этих же широтах в тихоокеанской части Канады значительно теплее.

Море - арена трудовой деятельности для миллионов человек. Чтобы снарядить в плавание одного моряка или рыбака, 20 человек трудятся на суше и в портах: на судостроительных заводах, сетевязальных и канатных фабриках и других предприятиях. Больше 100 млн. человек, жителей побережий, так или иначе связаны с морем.

С древнейших времен океаны и моря - это дорога, связывающая разные страны. И в наши дни морской транспорт играет огромную роль в хозяйственной и культурной жизни народов. Более 65% мирового транспортного грузооборота приходится на морской флот.

Морской транспорт на 40% дешевле железнодорожного. Громадные советские танкеры типа «Мир» в 51 тыс.Т водоизмещением заменяют 50 железнодорожных составов по 50 вагонов каждый.

С развитием техники увеличивается скорость морского флота. Так, например, суда на подводных крыльях развивают скорость в 100 км в час.

В Советском Союзе с его колоссальной территорией главное значение в перевозке грузов принадлежит железнодорожному транспорту. Но около 65% всех грузов и более 14 млн. пассажиров в год перевозит морской флот. Ленинград, Мурманск, Одесса, Владивосток и многие другие города быстро развивались как порты, соединяющие нашу страну со всем миром.

Развитие портовых городов в других странах также связано с международными пере-

возками грузов и пассажиров. В Нью-Йорке, например, причальная линия для кораблей превышает в длину 900 км.

Океаническая вода - неиссякаемое хранилище разнообразного химического минерального сырья. В ней растворены все химические элементы периодической системы Менделеева, даже золото и радиоактивные элементы. Вода - прекрасный растворитель. В среднем в 1 Т морской воды растворено 35 кГ различных солей, но добывают их пока сравнительно немного. Это дело будущего.

Много поваренной соли добывают из морской воды в Индии, Италии, Франции, Испании, Соединенных Штатах. Ее выпаривают в особых искусственных испарительных бассейнах, в которые на время прекращают доступ морской воды. Уже сейчас четверть мировой добычи соли производится из морской воды. Запасы каменной соли на суше велики, но в конце концов они все-таки будут исчерпаны.

Неиссякаемым источником поваренной соли навсегда останется Мировой океан. Можно смело сказать, что опасность остаться без соли человечеству не угрожает.

В ряде стран морская вода становится основным источником добычи магния. В США из морской воды вырабатывают магния более 250 тыс.Т в год, что составляет свыше 50% потребности в этом металле. В Англии⁴ /₅ потребности в магнии покрывается за счет переработки морской воды. Развита добыча

магния из моря также в Италии, Франции, Тунисе и других странах.

Бром практически не удается извлекать из минералов, поэтому единственным источником его получения служит морская вода.

Хотя в 1 Т морской воды брома содержится всего 65 Г, но это в 40 раз больше, чем среднее содержание его в земной коре.

Запасы брома в Мировом океане достигают 90 тыс. млрд. Т.

Мировая добыча брома из морской воды пока составляет 100 тыс.Т (без СССР), и она увеличивается по мере спроса. Первый завод для получения брома из морской воды был построен в нашей стране еще в 1916 Г; в Крыму. С тех пор добыча брома значительно увеличилась. Морской бром получают в США, Канаде, Бразилии, Франции, Японии, Индии и других странах.

Бром используется для лечебных целей, он входит в состав многих красителей, фотопрепаратов, добавляют его в топливо для двигателей внутреннего сгорания.

Из морской воды извлекают также калий, который используется в основном как удобрение. Добыча его развита в Англии, Японии и других странах.

Технология получения полезных веществ из вод океана пока еще. плохо разработана. Извлекать из морской воды полезные ископаемые очень трудно, и часто приходится затрачивать гораздо больше средств, чем для добычи их на

суше. Но ведь это только «пока» и «еще». Способы добычи быстро совершенствуются. Если разработку океанских вод вести комплексно, т. е. одновременно извлекать из них несколько полезных веществ, это очень удешевит производство. Человек сможет тогда использовать громадные запасы веществ, которые растворены в водах Мирового океана. Вода, которая освободится от растворенных в ней химических элементов, пойдет для орошения полей и для снабжения городов. По расчетам Всесоюзного института галургии (Солевого института) при комплексной переработке морской воды на каждые 10 тыс.Т пищевой соли получается 1700 Т сырого гипса, 370 Т калийного удобрения, около 2000 Т магнезии, 26 Т брома и другие вещества.

Некоторые элементы, содержащиеся в морской воде, сначала были открыты в организме живых существ и только потом в морской воде. Так, в Англии элемент ниобий обнаружили в организме асцидий, а затем уже в ничтожных

количествах в воде Плимутского залива, со дна которого были эти асцидий взяты. Морские животные обладают способностью поглощать и концентрировать в теле различные редкие вещества. Моллюски, например, поглощают много меди, асцидий - ванадия, радиолярии - стронция, медузы - цинк, олово, свинец, водоросли и губки - йод.

Водоросли ламинарии концентрируют много алюминия, некоторые бактерии - серу, железо и другие вещества.

Со временем, может быть, удастся найти «биологические способы» извлечения редких веществ из морской воды. Мелководные лагуны будут искусственно заселяться организмами, поглощающими никель, кобальт, церий, цезий, уран, торий, ванадий, молибден, радий, а затем из их тела «концентрат» одного из этих веществ будет извлекаться химическими методами в промышленном масштабе. Йод уже давно получают из морских водорослей, растущих на мелководьях вблизи берега.

Экспедиции советских ученых на «Витязе» обнаружили в различных районах океана тысячи квадратных миль дна, усеянных железо-марганцевыми конкрециями. Это твердые желваки размером от горошины до булыжника в два кулака. Помимо марганца и железа, составляющих основную массу конкреций, в них содержится медь, никель, кобальт и много редких элементов.

Процесс накопления различных веществ в конкрециях точно неизвестен, но поражает масштаб этого явления. Так, например, запасы кобальта на континентах оцениваются в миллионы тонн, а в конкрециях на дне океана их в тысячи раз больше.

Кроме океанов, конкреций особенно много в Карском море. Имеются они также в Балтийском и Баренцевом морях.

Общие запасы железо-марганцевых конкреций колоссальны: 200 млрд. Т. В Тихом океане - 100 млрд. Т, а остальные в Атлантическом и Индийском.

В США составлен план добычи железо-марганцевых конкреций в размере 5 тыс.Т в сутки. Специально оборудованные корабли будут их тралить со дна на глубинах в 4-5 км. Затем руда будет доставляться в ближайшие порты, где построят заводы для переработки этого ценного сырья.

Морские недра содержат много ценнейших веществ, например нефть. В нашей стране все большее пространство прибрежных вод Каспийского моря покрывается эстакадами и пло-

Китовая база «Советская Украина» в районе промысла.

щадками, с которых бурят и добывают нефть из недр морского дна. Некоторые вышки расположены на много километров от берега. Широко развиты морские нефтяные промыслы на береговых отмелях в Карибском море и в Мексиканском заливе. Особенную известность получили морские нефтяные промыслы вблизи берегов Венесуэлы.

Само море помогает использовать некоторые сокровища Земли, рассеянные в его недрах в небольших количествах. Волны, набегая на берег, разрушают его, перетирают обломочный материал. Скатываясь, они увлекают за собой гальку, песок, ил. При этом более тяжелый материал оседает вблизи берега. В обломочном материале встречаются такие ценнейшие и редкие элементы, как ванадий, титан, как радиоактивные и др.

За многие тысячелетия морские волны совершают такую работу по сортировке различных частиц, которую не может человек выполнить даже с помощью совершенных промывных сит.

На пляжах и в прибрежных наносах концентрируются массы этих ценных веществ.

В некоторых местах, например на юге Индии, концентрация радиоактивных веществ в прибрежных песках так велика, что они служат сырьем для атомной промышленности.

Океан содержит огромные запасы рыбы, съедобных моллюсков, ракообразных и водорослей. Общий мировой улов составляет в год 45 млн.Т (по данным ООН). Из них в пресных водах добывают только 10%, остальное - в морях и океанах. Первое место в промысле

занимают рыбы - 85%, затем киты - 6%, моллюски и ракообразные - 8% и водоросли - 1%. Больше всего рыбы добывается в северном полушарии. В южном полушарии богатейшие рыбные районы находятся вблизи берегов Африки, Южной Америки, Индонезии, Австралии.

Атлантический и Тихий океаны дают 88% мирового промысла, южная часть Северного Ледовитого океана (Баренцево, Норвежское, Гренландское моря) - 7%, Индийский океан - 5%. В морском рыболовстве главное значение имеют сельдевые (сельди, сардины, анчоусы). Их добывают более 14 млн.Т в год. Второе место занимают тресковые - более 5 млн.Т, далее скумбриевые и тунцы - более 2 млн.Т, затем камбаловые - более 1 млн.Т. Добыча лососевых достигает 500 тыс.Т.

Особенно много добывают дальневосточных лососей, кеты, горбуши, чавычи, красной.

В Советском Союзе за последние 10 лет улов рыбы вместе с добычей других морских продуктов значительно вырос, главным образом за счет океанического рыболовства. В СССР оно превышает теперь 80% всех уловов. В настоящее время СССР по морскому промыслу занимает четвертое место в мире. Огромное количество моллюсков, ракообразных, трепангов, червей, водорослей добывают в Тропической области океанов.

Это излюбленная пища в Китае, Японии, Индии и других странах.

Несмотря на совершенство современной рыболовной техники - мощные суда, разнообразные сети, акустические приборы, при помощи

которых обнаруживают рыбу, рыболовство все же можно назвать охотой - человек ищет по морям и океанам рыб или китов, настигает добычу и ловит ее.

В недалеком будущем наряду с охотой за стихийными скоплениями рыбы придут новые рациональные формы промысла.

Среди морских обитателей есть немало «смышленых», легко поддающихся дрессировке, например дельфины, которые могли бы «пасти» косяки рыб не хуже овчарок на овечьих пастбищах. Тогда рыболовы будут руководить движением рыбных стай. Возможно, будут созданы

Китобойное судно «Дерзкий-45» с добытыми кашалотами.

электрические устройства, ограничивающие разброд рыбьих стай. При помощи акустических приборов люди станут созывать рыб или китов. Да и рыбное население изменится в разных районах. Уже сейчас советские ученые накопили опыт по акклиматизации рыб. Но это только начало большой работы по улучшению и увеличению богатств промысловых животных океанов и морей. Надо «бесполезных» животных (морские звезды, морские ежи и другие прожорливые существа) использовать как корм птицам и для удобрения полей.

Океан таит в себе громадные запасы энергии. Как известно, под действием сил притяжения, идущих от Солнца и Луны, на Земле возникают морские приливы и отливы.

Вода дважды или один раз в сутки подходит к берегу, затопляя часто обширные пространства. Уровень воды в отдельных местах поднимается на несколько метров. Такое регулярное движение воды таит в себе огромные запасы энергии. Сейчас эта энергия океана понемногу начинает использоваться. Во Франции уже построена приливная гидроэлектростанция. Проектируются они в СССР и в других странах. Большой недостаток таких электростанций - неравномерность в работе: они работают на полную мощность не круглосуточно. Но их можно включить в энергетическую систему. В СССР разрабатывается несколько проектов приливных электростанций: в Лумбовской губе, на Мурмане, в устьях pp. Мезени и Кулоя и в восточной части Мезенского залива, а затем и в Пенжинском заливе Охотского моря, где приливы достигают 13 м высоты.

Океан тесно связан с окружающими континентами и с простирающимся над ним космосом, особенно с Солнцем и Луной.

С поверхности Мирового океана испаряется ежегодно 448 тыс.км³ воды. Из них 107 тыс.км³ выпадает над сушей. Так океан увлажняет земли, находящиеся далеко от его берегов. Напоенная им, зеленеет земля, созревают хлеба на полях, овощи в огородах, фрукты в садах.

И как бы далеко от берега моря ни находилось место, где мы живем, всюду мы получаем дары океана.

Они лежат на полках магазинов в виде пакетов соли, бочек рыбы, аккуратных банок консервов и многих других продуктов. Вы

идете по улице и любуетесь облицовкой домов: белыми известковыми плитами. «Родина» известняка - морская пучина. Высоко в небе летит самолет. В сплав металла, из которого он построен, входит магний, добытый из морской воды. Всюду есть частицы великого Мирового океана.

Очень многими его богатствами уже пользуется человек, но они не составляют и тысячной доли того, что можно извлечь из его глубин. Настанет время, когда человек, вооруженный совершенной техникой, овладеет всеми богатствами подводного мира.

Подводное земледелие

В аптеке продаются морская капуста и конфеты-драже, в состав которых входят морские водоросли. В продуктовом магазине можно купить консервы из овощей с морской капустой. Морская капуста - один из 70 видов морских водорослей, которые пригодны для употребления в пищу. В том или ином количестве водоросли содержат те же питательные вещества, витамины и минеральные соли, которые мы находим в овощах. Жители побережья Ирландского моря употребляют в качестве приправы к пище бурую водоросль порфиру. Морские водоросли составляют обычную часть пищевого рациона китайцев и японцев, живущих близ морского берега.

В 1963 г. Советское правительство разрешило рыбакам японского острова Хоккайдо, промысел морских водорослей в территориальных водах советского острова Сигнального.

В Японии не довольствуются «дикорастущими» водорослями и создают подводные плантации. На них выращивают и собирают урожаи водорослей. С одного гектара можно собрать водорослей в 3-4 раза больше, чем сена с хорошего луга. Большая часть съедобных водорослей растет в холодных водах. В некоторых странах успешно производится акклиматизация холоднолюбивых водорослей в теплых водах. Морские водоросли подмешивают в корм скота и употребляют в качестве удобрения. Продукты переработки водорослей широко применяются в пищевой промышленности, например при изготовлении

мороженого, кремов и конфет; в текстильной промышленности - для закрепления окраски тканей. Можно назвать более десятка веществ, получаемых из водорослей и широко используемых в разных отраслях промышленности. Не так давно для сбора «подводного урожая» сконструированы и успешно применяются специальные самоходные косилки, передвигающиеся по дну.

СНЕГ И ЛАВИНЫ

СНЕГ

Посмотрите на карту снежного покрова земного шара и вы поймете, какое огромное значение имеет снег для нашей Родины.

Зимой в нашей стране снег одевает белым покрывалом огромные пространства. На 75% площади нашей Родины снег лежит более 4 месяцев, а на севере - до 8-9 месяцев.

Когда в северном полушарии наступает зима, приходится быть готовым к защите от излишнего снега. Из многих стран начинают поступать сообщения о снежных заносах, нарушивших движение железнодорожного и автомобильного транспорта, о катастрофах в горных районах из-за падения лавин. На улицы городов выходят снегоуборочные машины, и самосвалы, вывозят снег за город.

Распределение снежного покрова на земном шаре (карта составлена Г. Д. Рихтером).

«Нигде влияние снежного покрова так не велико, как в России, так как нигде нет равнины настолько обширной, отдаленной от морей и покрытой снегом зимой», - писал А. И. Воейков, замечательный русской географ и климатолог.

Снег возникает в атмосфере. Водяные пары, содержащиеся в воздухе, при охлаждении начинают конденсироваться: образуются мельчайшие водяные капли. Замерзая, они служат ядрами для роста ледяных кристаллов - снежинок.

Падая, снежинки пролетают через слои более теплого воздуха, насыщенного водяным паром. Водяные пары оседают на поверхности и гранях снежинок, увеличивая их размеры. В большинстве случаев снежинки имеют форму шестигранных пластинок, звездочек с шестью лучами или столбиков также шестигранной формы.

В известной степени размеры и форма снежинок зависят от температуры и влажности тех слоев воздуха, через которые они пролетали, прежде чем попасть на землю. При низких тем-

пературах воздуха и малой насыщенности водяным паром образуются очень мелкие снежинки. Например, в Якутии и в высокогорных местах снег напоминает алмазную пыль, так как состоит из тонких ледяных игл. При температурах, близких к 0°, выпадают крупные снежинки, а при положительных температурах (+1°, +2°) отдельные снежинки, падая, соединяются в крупные хлопья. На земной поверхности снежинки образуют отложения снега.

Обычно снегопады сопровождаются метелью: ветер переносит снег в близких к поверхности земли слоях. При этом различают поземку, или низовую метель, и общую, или верхнюю, метель. При поземке новый снег не выпадает. За счет поземки происходит лишь перераспределение снега и заполнение неровностей рельефа. При верхней метели может выпасть много снегу.

Метели перераспределяют снег в безлесных районах - тундре, лесостепи и степи. Здесь особенно опасны снежные заносы на дорогах. Иногда в поселках снег засыпает четырехэтажные дома до самых крыш.

Метели сносят снег с полей в глубокие овраги. Поля лишаются влаги, содержащейся в снегу, а в оврагах накапливаются большие запасы снега. В весеннее время они превращаются в бурные потоки, способствующие росту оврагов, а овраги наносят большой вред народному хозяйству.

В лесной зоне снег распределяется довольно равномерно: метелям тут негде «разгуляться».

Снежная толща состоит из ледяных частиц, воздуха и водяного пара. Эта смесь неустойчива, часто бывает очень рыхлой, но обладает высокими теплоизоляционными свойствами. Так, достаточно высокий снежный покров надежно укутывает теплым покрывалом посевы озимых хлебов, предохраняя их от вымерзания. Как только установится снежный покров, в нем начинаются внутренние процессы, которые приводят к уплотнению ледяных частиц. Поэтому к весне снег постепенно теряет свойства, защищающие почву от промерзания.

В течение зимы снег подвергается внешним воздействиям погоды: после оттепелей, сменяющихся морозами, поверхность намокшего снега покрывается твердой ледяной коркой; сильные

ветры могут избороздить снежную поверхность глубокими впадинами, в которые ляжет свежий снег, и т. д. В снегу возникает слоистость, отражающая все изменения зимней погоды. Снежный покров - своеобразный самописец, регистратор погоды.

Слоистость снега помогает выяснять многие стороны зимней природы. Так, например, массовая перекочевка северных оленей из одного района в другой часто объясняется тем, что в нижних горизонтах снега, у почвы, где растет лишайник - ягель, снег сделался таким сыпучим и рыхлым, что животные не смогли добывать корм. Ледяная корка, или гололед,- страшная опасность для скота, пасущегося на зимних пастбищах. Животные не могут пробить лед и достать корм.

Но все же положительное значение снега неизмеримо больше, чем некоторые вредные его последствия. За зиму в снежном покрове накапливается много влаги, необходимой растениям. С ноября по март в земледельческих районах СССР выпадает в виде снега от ¹/₄ до ¹/₃ годовой суммы осадков.

Для определения запасов воды, содержащихся в снежном покрове, и расчетов величины весеннего половодья производятся регулярные (через каждые 10 дней) снегомерные съемки. В точках, через которые проводят снегомерные профили, измеряют толщину и плотность снежного покрова.

Советские ученые составляют прогнозы количества талых вод, которые получат реки и озера, изучают влияние талых снеговых вод на смыв почв и рост оврагов, разрабатывают

Кристаллики льда в снежинках образуют тончайшие узоры.

наилучшие способы борьбы со снежными заносами и приемы снегозадержания на полях. Активное вмешательство советских людей в перераспределение снега по территории страны позволяет лучше использовать его ценные свойства в народном хозяйстве и уничтожать неблагоприятные последствия.

ЛАВИНЫ

Когда в горных районах снег накапливается на крутых склонах, он может сорваться и образовать снежный обвал, или лавину, которая обладает большой разрушительной силой. Лавины могут уничтожить на своем пути целые селения. Поэтому в Альпах снежные лавины называют «белой гибелью» или «белой смертью».

На первый взгляд кажется странным, что легкий, «как пух», снег может принести столько

Снежная лавина, устремляясь вниз, уничтожает все на своем пути.

бед. Но следует вспомнить, что один кубический метр воды весит тонну, а кубический метр уплотненного, слежавшегося снега - около 300- 400 кГ. Бывают лавины весом до 200 тыс., а иногда и 500 тыс.Т. Обрушиваясь с высоты 1 или 2 км, лавина ударяет с огромной силой. Кроме того, при падении лавины образуется воздушная волна большой разрушительной силы. Если своевременно не принять меры, то падающая лавина может вызвать бедствие.

Так, во время строительства одной железной дороги в Альпах произошла катастрофа. Вблизи тоннеля, где производились работы, как обычно, возник поселок со служебными постройками, жилыми домами для строителей и двухэтажной гостиницей, построенной на прочном бетонном фундаменте.

Инженеры, строившие железную дорогу, предварительно не обследовали горные склоны, хотя местные жители предупреждали, что угрожает снежный обвал. Через некоторое время, заметив зловещие признаки надвигающейся лавины, местные жители посоветовали строителям немедленно покинуть поселок и искать убежища в соседних деревнях.

Однако руководители строительства не прислушались к этим разумным советам. Вечером в день катастрофы люди собрались в гостинице. Посмеиваясь, они прочитали предостерегающее письмо, посланное кем-то из долины. Но не прошло и часа, как со склона соседней горы сорвалась снежная лавина. Спасаться было поздно. Хотя лавина остановилась в нескольких метрах от гостиницы, но предшествовавшая ей воздушная волна разрушила дом. Крыша здания оказалась переброшенной на склон другой горы. Тяжелый бильярдный стол позднее нашли в горной реке. Страшным давлением воздуха люди, сидевшие лицом к горе, были задушены. Из 30 человек, находившихся в гостинице, 12 погибли, а остальные были ранены.

ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЛАВИН

Падение лавины только на первый взгляд кажется совершенно неожиданным. Советские исследователи лавин хорошо изучили причины этого грозного явления природы. Отчего же возникают лавины?

В то время как в верхних слоях снежного покрова температура понижается до -10° и -20°, в толщах снега, прилегающих к земле,

сохраняются температуры, близкие к 0° (примерно -2°). Таким образом, в снежном покрове толщиной даже в 40-50 см возникает разница в температурах между верхними и нижними слоями снега. Вследствие этой разницы температур в нижних слоях начинается движение водяных паров и испарение снега. Нижняя толща снега разрыхляется, теряет устойчивость и превращается в лавиноопасный слой.

Лыжникам хорошо знакомо, как иногда неожиданно осаживается под лыжами снег с характерным ухающим звуком. Это явление объясняется разрыхлением нижних слоев снежного покрова (образование лавиноопасного слоя); оно происходит не только на склонах гор, но и на равнинах. Однако лавины возникают только в том случае, если снег накапливается на крутых склонах (от 15° и выше), где он не может удержаться. Особенно опасны склоны крутизной 30-35°: на них снег накапливается медленно, пока его толща не достигнет значительной мощности. Тогда снежная масса скатывается.

Лавины падают обычно во время метелей или в течение двух суток после окончания снегопада и во время оттепелей. С собой они выносят в долины много обломков горных пород.

БОРЬБА С ЛАВИНАМИ

Снежные лавины - характерное явление природы в горных и заполярных районах земного шара.

В горных местах, где строятся электростанции, промышленные и жилые здания, железные и шоссейные дороги, ведутся наблюдения за лавиноопасными склонами. Ученые уже могут предсказывать время и место падения лавин. Разработаны конструкции защитных сооружений; лавиноопасные склоны застраивают снегоудерживающими стенками, направляющими дамбами и лавинорезами. Над горными дорогами строят железобетонные противолавинные галереи. Один из действенных способов борьбы с лавинами, который применяется у нас на Кавказе и в Хибинских горах,- минометный обстрел лавиноопасных склонов. Так искусственно вызывают падение небольших лавин и постепенно разгружают от больших скоплений снега лавиноопасные склоны гор.

Чтобы предупредить возникновение лавины, снежный пласт на горном склоне перегораживают бревенчатыми, каменными или земляными стенками.

ЛЕДНИКИ

На земном шаре есть области, покрытые никогда не стаивающими льдами и снегами. Климат в таких местах холодный и влажный: зима длинная и снежная, а лето прохладное и короткое. Снег не успевает растаять за лето. Год за годом он накапливается в углублениях, или котловинах, и с течением времени сплошным покровом одевает поверхность Земли. Такие области находятся в полярных странах и высокогорных районах. Общая их площадь на земном шаре около 16 млн.км². Больше 11% суши покрыто вечным льдом.

Снег, который накапливается в котловинах, в солнечные дни оттаивает на поверхности, а ночью снова подмерзает. Талая вода просачивается внутрь слоя снега и там застывает в виде тоненьких пленок, окружающих отдельные снежинки.

Каждая снежинка, покрытая льдом, имеет вид зерна, и весь слой снега постепенно становится зернистым. Слежавшийся, уплотнившийся снег с отдельными зернышками льда называется фирном. Зернышки постепенно увеличиваются в размерах. Нижние слои фирна все больше и больше уплотняются и превращаются в непрозрачный зернистый белый фирновый лед.

Снег продолжает накапливаться на поверхности; с каждым годом давление на фирновый лед все возрастает, он еще более уплотняется. Из него выделяются пузырьки воздуха, и ледяные зернышки перекристаллизовываются. Постепенно фирновый лед превращается в прозрачный голубоватый глетчерный лед (по-немецки - «глетчер» - ледник), сплошь состоящий из ледяных кристаллов.

Глетчерный лед под давлением начинает течь, как жидкость, оставаясь в то же время твердым телом, подобно воску, сургучу, сапожному вару, стали, олову. Когда на глетчерном льду накопится много фирна и снега, а давление будет достаточно большим, лед начнет вытекать из котловины, образуя ледник. Обычно снег и фирн накапливаются в котловинах с крутыми склонами. Их называют ледниковыми цирками или карами. Это области питания ледника. Скорость движения льда тем больше, чем крупнее ледник и круче склон, по которому он течет. Ученые различают несколько типов ледников. Главные из них - материковые и горные ледники. Материковый ледник сплошной массой покрывает о-в Гренландия и Антарктиду. На о-ве Гренландия лед огромной толщины, местами свыше 3 тыс.м. Как же могла образоваться такая ледяная толща? Гренландия представляет собой равнину, с севера и восто-

ка окаймленную горами. На равнине в углублениях, или котловинах, накапливался снег. Постепенно он слеживался, уплотнялся, превращался в фирновый, а затем и в глетчерный лед. Под давлением глетчерный лед приобрел текучесть. Из котловин начали медленно вытекать ледники, расползаясь во все стороны, как тесто, переполнившее квашню. Ледники из разных котловин слились и образовали огромный ледяной покров большой толщины, который начал постепенно сползать в сторону уклона местности.

Материковые ледники движутся довольно быстро, так как глетчерный лед обладает большой пластичностью. Скорость некоторых ледников Гренландии доходит до 40 м в сутки. Еще больше по размерам и мощности ледник, покрывающий белой шапкой Антарктиду. Почти весь континент, за исключением отдельных участков и крутых склонов горных хребтов, находится под постоянным мощным слоем материкового льда. Площадь, занятая льдом, исчисляется в 13 млн.км². Толщина ледника колеблется от 2000 до 4200 м. Наибольшей мощности он достигает в центральной части материка, где поверхность материка как бы вдавливается и опускается местами ниже уровня океана. Поэтому раньше думали, что под ледяной шапкой Антарктиды не материк, а архипелаг островов.

Ледники Гренландии и Антарктиды спускаются в океан, обламываются и дают начало ледяным плавучим горам - айсбергам. Большие айсберги имеют форму либо причудливых скал высотой иногда более 100 м над уровнем моря, либо плавучих островов, достигающих нескольких десятков километров в длину. Иногда они похожи на огромные столы с плоской верхушкой, покрытой ослепительно-белым снегом. Чаще всего такую форму имеют айсберги Антарктиды, так как мощный ледяной покров этого материка, спускаясь в море, не сразу обламывается, а держится на воде, как бы на плаву.

Такие ледники называются шельфовыми. Наиболее крупный из них - ледник Росса. Это огромный ледяной язык, сползающий с приплюснутого плато в море Росса. Его конец образует в море тысячекилометровый барьер высотой до 65 м. Скорость движения ледника 3 м в сутки.

В 1912 г. погиб в Атлантическом океане огромный пароход «Титаник», столкнувшийся

в тумане с айсбергом, занесенным течением в такие широты, где обычно плавучие льды не встречаются. После гибели «Титаника» была организована интернациональная служба охраны, которая ведет наблюдения за опасными ледяными горами. Теперь на судах устанавливают радиолокаторы - приборы, заранее предупреждающие, что на пути айсберг.

Путешественникам по северным морям иногда удавалось наблюдать интересное явление - взрывы айсбергов, плавающих по водам океана.

Какая же причина взрыва ледяных гор? Свежевыпавший снег содержит в себе много воздуха, который при уплотнении льда и снега проникает внутрь ледника и постепенно уходит оттуда по трещинам. Если их нет, воздух может скопиться в какой-нибудь пустоте, или камере, внутри льда. Там он будет находиться под большим давлением. По мере уплотнения льда давление станет увеличиваться. При таянии ледника камера с сжатым воздухом может внезапно вскрыться; давление в ней сразу резко понизится, а воздух быстро расширится, и произойдет взрыв. Если ходить по поверхности ледника в жаркий солнечный день, то можно услышать звуки, похожие на хруст. Это взрываются внутри ледника маленькие камеры со сжатым воздухом.

Так из материковых льдов образуются айсберги.

Горные ледники берут начало из котловин, расположенных на склонах высоких гор, выше границы вечного снега. Они текут вниз по ущельям и долинам. На своем пути лед расширяет и обтачивает склоны долины, отчего она постепенно приобретает характерную форму корыта; поэтому ледниковую долину называют трогом, что в переводе с норвежского означает «корыто». Сверху горный ледник похож на широкую как бы остановившуюся реку.

Наиболее крупные ледники - долинные. Они занимают уже готовые речные долины. Склоны гор бывают обрывисты, и тогда ледник как бы свисает с уступа. Время от времени край ледника обламывается и с грохотом падает вниз тяжелой ледяной лавиной. Такие ледники называют висячими.

Горные ледники обычно небольших размеров. В Европе самые крупные ледники Альп достигают 27 км в длину. Площадь их не превышает 115 км². Длина крупных кавказских ледников не более 20 км, а площадь около 48 км². Самые длинные ледники находятся в Азии. В Тянь-Шане и на Памире их длина достигает 70-80 км (ледник Федченко и др.).

Толщина льда в горных ледниках исчисляется несколькими сотнями метров, а скорость движения очень мала. Однажды группа ученых, изучавшая горные ледники, вырубила себе во льду под огромным валуном целую квартиру - комнату и кухню, которую они называли своей гостиницей. Валун вместе с «гостиницей» за два года переместился всего на 146 м по течению ледника. Некоторые ледники движутся еще медленнее. Так, например, ледники Кавказа имеют скорость не более 35- 45 м в год. Крупные ледники Памира и Тянь-Шаня движутся со скоростью до 1200 м в год.

Горные реки, встречая на пути уступы, образуют пороги и водопады, похожие на крутые

ступени. Ледник, стекая по таким уступам, образует ледопад. В местах ледопадов ледник раскалывается глубокими поперечными трещинами и распадается на отдельные глыбы, принимающие при таянии причудливые формы. Глубокие трещины образуются и на поверхности ледника, по краям его, где движение льда замедляется трением о берега долины. Трещины ледника очень опасны для альпинистов, особенно если их покрывает свежевыпавший снег.

Горные ледники кончаются там, где солнечного тепла достаточно, чтобы растопить весь притекающий лед. В конце ледника вытекает бурная горная речка, питаемая талыми водами ледника. Ледник давит на поверхность земли своим огромным весом. При движении он производит большую разрушительную работу. Упавшие на его поверхность обломки, а иногда и большие куски скал движутся вместе с ним. Такие скопления обломков горных пород на поверхности ледника, внутри его ледяной массы или подо льдом называют мореной. Различают морены донные, боковые, срединные, внутренние и конечные.

Валуны морены, особенно донной, часто бывают покрыты царапинами, полученными ими при движении ледника по твердым породам.

Схема расположения морен в леднике: 1 - срединная морена; 2 - боковая морена; 3 - донная морена; 4 - внутренняя морена.

В одних случаях ледник отрывает куски от скал, в других - он шлифует и собирает обломки, встречающиеся на его пути. На поверхности ледника морена образуется в результате выветривания горных пород. Обломки их сваливаются на ледник, и по его краям возникают как бы валы. Это так называемые боковые морены. Если два долинных

Ледник принес с собой обломки горных пород - морену.

ледника соединяются в один, то две боковые морены образуют одну срединную морену. По числу срединных морен можно определить, из скольких ледниковых потоков образовался данный ледник. В том месте, где ледник тает, принесенные им обломки накапливаются в виде вала полукруглой формы, называемого конечной мореной. Высота этого вала иногда бывает значительной.

Отложения ледника всегда можно отличить от осадков текучей воды: морены не бывают слоистыми, в них не наблюдается сортировка обломочного материала, тогда как талые воды ледника, перемывая морену, отлагают отсортированные слои галечников и песков. В наше время материковые ледники не имеют широкого распространения, за исключением Гренландии и Антарктиды, но примерно полмиллиона лет назад в северном полушарии обширные ледниковые массы покрывали северные части Европы, Азии и Северной Америки.

Средняя мощность ледяного покрова Европы, по предположению ученых, превышала 1000 м. До этого в северном полушарии климат был мягкий и теплый. Но вот с похолоданием климата на Скандинавском п-ове образовался ледник, который распространился на значительную часть Европы. Ледники доходили на юге до Карпат и до места, где ныне расположен г. Днепропетровск.

Древние ледники, отступая, оставляли морены на огромной территории континентов. По этим характерным отложениям мы и узнаем о границах распространения ледниковых покровов. Конечные морены в виде пологих увалов

хорошо показывают границу распространения ледника.

Когда ледник встречал на своем пути твердые каменные породы, он обрабатывал их, сглаживал, округлял, отполировывал. Так образовывались курчавые скалы и «бараньи лбы». Изучая следы деятельности ледника и оставленные им морены, можно определить, откуда двигался ледник. Так, например, в Подмосковье среди морены попадаются валуны таких пород, которые можно встретить только на Скандинавском п-ове. Отсюда ученые сделали вывод, что ледник нес эти валуны через всю территорию Русской равнины от Скандинавского п-ова до Днепра и Дона. На Западную Сибирь ледник наступал с Северного Урала, Новой Земли и с п-ова Таймыр. В Северной Америке образовались три громадных ледника, развившихся в северной части Кордильер и на п-ове Лабрадор. Наука установила, что оледенения повторялись. Они бывали не только в четвертичное время (в Европе четыре раза), но и в самые отдаленные геологические эпохи.

Изучение ледников имеет большое практическое значение: ледники служат как бы складами, в которых накапливается и сохраняется влага. Из-под ледников начинаются крупные реки Кавказа и Средней Азии, воды которых отводятся по каналам на поля. Полноводность этих рек в значительной мере зависит от количества снега в горах, от того, удлиняется или укорачивается ледник. Многоводны эти реки в жаркие летние месяцы, когда в горах тают лед и снег. На многих ледниках построены специальные постоянно действующие станции, которые ведут научные наблюдения.

Гигантские волны

Высота океанских волн, вызванных ветром, не превышает 20 м. Самые высокие волны - цунами. Они возникают при подводных землетрясениях и не бывают выше 30 м. Но есть такое место на берегу Тихого океана, где волны поднимаются на полкилометра! Это бухта Литуйя в заливе Аляска.

Раз в год сюда заходит судно, чтобы перезарядить ацетиленом автоматический маяк. Судно становится на якорь, а на маяк отправляют катер с шлюпкой на буксире. Прибой здесь так силен, что каждый рейс катера сопряжен с опасностью для жизни его экипажа.

Над бухтой Литуйя высится горный кряж с пиком, с которого спускается в море ледник. В 1958 г. в бухту обрушилась часть ледника. Лед увлек за собой громадную скалу и целый поток камней. В бухте поднялась волна 30-метровой высоты. Отраженная от берегов, она выросла в несколько раз. Достигнув поистине гигантских размеров, волна смыла лес в разных частях бухты со склонов прибрежных гор до высоты 520м. Тщательный осмотр поваленных деревьев, которые не были смыты в море, показал, что в бухте не раз образовывались гигантские волны. По возрасту и состоянию сломанных и выкорчеванных волнами деревьев можно было установить, что такая же катастрофа произошла в 1938 г. Гигантские волны бывали и в более ранние годы. Причины этого удивительного явления до конца не выяснены.

РЕКИ И ОЗЕРА

Откуда и как получают реки свою «вечно-текущую» воду? Очень часто реки начинаются там, где грунтовые воды выходят на поверхность. Если это случается на склоне холма или в овраге, грунтовые воды питают ручеек; если на низком ровном месте - они образуют болото. Река Урал, например, начинается родничками, стекающими со склонов гор. Волга вытекает из болота. Среднеазиатская река Зеравшан зарождается в ледяном гроте. Многие кавказские и среднеазиатские реки питаются талой водой стекающих с гор ледников. Однако, каково бы ни было питание рек - дождевое, снеговое, ледниковое или грунтовое,- первоисточником его являются атмосферные осадки. При этом даже самые большие реки Земли у истоков не больше ручья. Исключение составляют только некоторые реки, вытекающие из больших озер, например Нева, Ангара или Рона.

Каким же образом собирают такое огромное количество воды Енисей и Волга в СССР, Амазонка в Бразилии, Миссисипи в США и другие большие реки? Прежде всего им помогают в этом многочисленные притоки, а кроме того, вода половодий и паводков.

Половодьем называют продолжительный подъем уровня воды в реке, вызываемый основным источником питания реки и повторяющийся ежегодно в определенный сезон. Паводком называют случайный и кратковременный подъем уровня, вызванный, например, сильными ливнями.

В дождливые периоды года, например, в бассейне р. Амура выпадает так много осадков, что реки вздуваются и выходят из берегов. То же происходит с реками на большей части нашей страны во время весеннего половодья, вызванного таянием снегов. К половодью приурочена большая часть речного стока. Дождевые или талые снеговые воды всюду очень быстро стекают в реки, а реки так же быстро, за какие-нибудь 2-3 месяца, уносят полые воды в море. Годовой сток всех рек СССР равен 4 тыс.км³, а из этого количества 3 тыс.км³ (т. е. три четверти) стекает в море во время половодья.

При дождевом питании половодье у наших рек наступает осенью, при снеговом - весной, при ледниковом - летом. Нередко у рек, начинающихся в горах, бывает два половодья: первое - весной, когда тает снег, второе - летом, при таянии ледников.

В тропическом климате у рек бывает короткое половодье и длительный период низкого уровня воды. В умеренном и полярном климатах к этим двум фазам надо добавить зимний период, когда река скована льдом и уровень воды также очень низок.

Если бы реки получали питание только за счет небольших начальных ручейков или обильных, но сезонных полых вод, они сильно мелели бы в сухое время. Мы знаем, что этого не происходит.

Что же дает рекам устойчивый сток даже в сухое время? Это грунтовые воды.

Между рекой и подземными водохранилищами, как по справедливости можно назвать грунтовые воды, происходит непрерывный водообмен. Во время паводка и половодья, когда идут дожди или тают снега, вода просачивается в грунт, который, как губка, впитывает влагу. Реки в это время выходят из берегов и тоже отдают избыток воды в подземные водоносные слои. Но как только река возвращается в свое русло, уровень грунтовых вод оказывается выше ее уровня и возникает обратный поток. В умеренном климате это происходит летом и зимой, в тропическом - в засушливые месяцы. Грунтовые воды питают реку в виде ручейков, стекающих с обрывистых берегов, или невидимых ключей, бьющих со дна реки. Словом, в течение большей части года реки получают устойчивое питание главным образом за счет грунтовых вод.

Воды паводка мутные и грязные, а грунтовые хорошо профильтрованы в порах земли. Поэтому летом и зимой вода во многих реках чистая и прозрачная.

От воды, быстро стекающей за время половодья или паводка, мало пользы, а порой она опасна для человека.

Предоставленная сама себе, паводочная вода затопляет не только заливные луга в пойме (долине), но порой и возделанные поля, села и города. Наводнения иногда лишают крова тысячи людей, уничтожают посевы и смывают плодородную почву. В 1927 г., например, на шесть недель разлилась р. Миссисипи. Она затопила площадь 70 тыс.км² и жилища 750 тыс. человек. Принятые меры оказались недостаточными, и в 1952 г. катастрофическое наводнение на Миссисипи и ее притоке Миссури повторилось. На этот раз пострадало 50 городов, было снесено 27 железнодорожных мостов.

Образование оврага: 1 - зарождение оврага; 2 - изображение появившегося оврага горизонталями; 3 - растущий овраг: 4 - изображение растущего оврага горизонталями; 5 - закрепленный овраг.

За последние годы сильные наводнения происходили во многих странах: в США, в Англии, во Франции, в Мексике, в Бирме, в Китае и СССР. Но особенно часто страдает от наводнений Индия. Во время летних муссонных ветров, приносящих из Индийского океана огромное количество влаги, на территорию Индии обрушиваются страшные ливни. Разливы в бассейнах pp. Инда и Ганга приносят индийскому народу большой ущерб.

Сток реки можно регулировать. Для этого русла рек перегораживают плотинами, а в образовавшихся искусственных озерах - водохранилищах накапливают паводочную воду. Запасенную таким путем воду расходуют по мере надобности на работу турбин гидроэлектростанций, на орошение полей и снабжение водой заводов, фабрик и городов. На р. Ниле, например, под руководством советских специалистов завершается строительство большой Асуанской плотины. Образуется водохранилище, которое даст возможность регулировать сток Нила (см. стр. 21).

Чтобы избежать наводнений, роют отводные каналы и по ним пропускают избыток воды,

который не умещается в русле реки. Иногда по берегам реки или по окраинам речной поймы строят дамбы, ограждающие от разлива реки поля и населенные пункты.

У реки, кроме жидкого стока - воды, есть твердый сток - это мелкие минеральные частицы, взвешенные в толще воды, и крупные обломки горных пород, которые течение тащит по дну.

Как только верхний почвенный слой пропитается дождевой водой, она начинает стекать по его поверхности. При этом вода подхватывает частицы почвы. Сильные дожди и весеннее таяние снегов всегда создают поверхностный сток, а он смывает почву в ручьи и реки. Такой смыв почвы носит название поверхностной эрозии.

Вода, стекающая по поверхности почвы, образует небольшие временные ручейки. Они еще сильнее размывают почву, образуя в ней рытвины, которые с течением времени превращаются в овраги.

Овраги сокращают площадь сельскохозяйственных земель, а смыв почвы уменьшает ее плодородие. На территории СССР оврагами за-

нято 2 млн. га, а ежегодный смыв почв, по подсчетам Института почвоведения Академии наук, достигает 535 млн.Т. Урожаи на смытых почвах резко понижаются.

В совхозах и колхозах ведется настойчивая борьба с эрозией и поверхностным стоком. Поперек оврагов устраивают перемычки, которые замедляют течение воды и задерживают твердые частицы почвы, увлекаемые водой. Склоны оврагов укрепляют травой, кустарником и деревьями. На обработанных полях участки, особенно подверженные эрозии, окружают валами, пашут землю как можно глубже и обязательно поперек склонов. На крутых склонах холмов устраивают террасы, а местами сажают деревья, создают полезащитные лесные полосы.

Но, как бы ни старался человек приостановить эрозию почвы, он может этого добиться только на участках обработанной земли. А такая земля составляет не более одной десятой всей поверхности суши. Водная эрозия - могучий процесс, в течение миллиардов лет формировавший и продолжающий формировать поверхность нашей планеты.

Подсчитано, что за 125000 лет вода смывает с материков слой почвы толщиной в 1 м.

Реки выносят каждый год в океаны и моря 12 км³ твердых минеральных веществ и сотни миллионов тонн растворенных в воде соединений кальция, кремния, солей фосфора, азота и других веществ. Это очень ценные «подарки» морю.

У реки различают русло коренное, в котором река течет при низком (меженном) уровне воды, и пойму. Поймой называется часть дна речной долины, расположенная по сторонам коренного русла реки. Она заполняется водой при разливе реки.

Речная долина под влиянием боковой эрозии (размыва) постепенно расширяется. Кроме того, русло реки иногда удлиняется в сторону верховья, подобно растущему оврагу. Если наклон местности, по которой течет река, большой, то ее русло все время углубляется. Нижним пределом такого углубления служит уровень озера или моря, в которое впадает река. Когда вы будете стоять на берегу реки, то обратите внимание на террасы, расположенные уступами на склонах речной долины. Это так называемые коренные террасы. Они образовались при постепенном размыве рекой пород, среди которых расположена речная долина. Первой называют ту террасу, которая расположена над поймой, хотя она образовалась последней. Террас у реки может быть несколько.

Часто посреди широкой долины с высокими откосами течет небольшая речка. Можно подумать, что когда-то здесь протекала широкая и глубокая река, потом она высохла и остался от нее небольшой ручеек. В действительности даже небольшая речка, постепенно углубляя и изменяя свое русло, может с течением времени прорыть широкую и глубокую долину. Как это происходит - хорошо видно на рисунке.

Речной поток, размывая более податливые породы и откладывая наносы, изменяет русло реки, что влияет на направление потока. Так поток и русло находятся в постоянном взаимодействии. Река иногда образует крутые повороты и очень часто плавные излучины (меандры), а на дне промывает ямы, над которыми кружат водоворо-

Небольшая речка может прорыть широкую и глубокую долину.

ты, порой опасные для купающихся. Удивительно причудливую гигантскую «излучину», обусловленную рельефом, делает великая африканская река Нигер. Она начинается в 200 км от берега Атлантического океана, затем, подчиняясь рельефу местности, течет в глубь страны. Описав гигантскую петлю длиной больше 4 тыс.км, Нигер впадает в Атлантический океан.

Встречая мягкий грунт, река подмывает берега. Как правило, у всех рек, текущих в северном полушарии, левые берега отлогие, они образованы наносами, а правые - обрывистые. Причина этого - отклоняющая сила суточного вращения Земли. Под ее влиянием всякое свободно движущееся тело (будь то воздух, вода или снаряд) отклоняется от направления своего движения в северном полушарии вправо, а в южном - влево. У рек, текущих в южном полушарии, крутыми и подмытыми обычно оказываются левые берега.

У вогнутого, подмытого и приглубого берега течение реки всегда быстрее, чем у выпуклого и отмелого. У дна реки благодаря трению о грунт течение замедленное. Самое быстрое течение у поверхности воды на середине реки в наиболее глубокой ее части. Если лед или ветер препятствует течению воды, наибольшие скорости движения частиц ее обнаруживаются на некотором расстоянии от поверхности воды.

В местах, где русло реки перегораживают выходы скалистых пород, вода кипит и бурлит, как в котле. Такие места называют порогами. Они очень красивы, но мешают судоходству. Если русло реки внезапно и резко понижается, образуется водопад. Чаще всего водопады встречаются в горных районах или на границе гористой и равнинной местностей. В числе наиболее известных водопадов можно назвать Анхель в Южной Америке (высота 1054 м), Бьельвефосс в Норвегии (высота 866 м), Каламбо в Африке (высота 216 м), Илья Муромец на о-ве Итуруп в СССР (высота 141 м) и др.

Количество воды, протекающей в одну секунду через поперечное сечение реки, называется расходом реки. Его можно подсчитать, умножив площадь поперечного сечения реки на среднюю скорость течения. Расход реки измеряют кубическими метрами в секунду, а сток - кубическими километрами за сезон или за год.

Иногда во время паводка река настолько засоряет наносами старое русло, что ей приходится прокладывать новое. У нас к числу таких «блуждающих» рек относится Аму-Дарья, впадающая в Аральское море. Среднеазиатские народы прозвали ее за это «бешеной рекой». Внезапно изменив русло, Аму-Дарья однажды угрожала смыть целый город Турткуль. В 1960 г. она вдруг повернула под прямым углом и стала пробиваться к одному из самых крупных оросительных каналов. Ее остановили, но через год она возобновила атаку.

Еще недавно борьба с такими коварными реками была для человека непосильной задачей. В течение долгих столетий неисчислимые беды населению приносила китайская река Хуанхэ, или Желтая река, прозванная так за обилие взвешенных частиц, которые придают ее воде желтый цвет. Твердый сток этой реки составляет 900 млн.м³ в год. В середине прошлого столетия Хуанхэ изменила направление своего течения и стала впадать в море на 450 км севернее прежнего устья. Обломочные отложения реки (галька, песок, глина) называют аллювием.

На севере Индии есть мало известная река, которую по числу притоков, берущих начало у подножия высочайших гималайских вершин, местное население зовет «Семь Кози». За двести лет она переместила свое русло к западу на 120 км. Несмотря на постройку дамб и плотин, ежегодные разливы и перемены русла этой реки приносят населению огромный убыток.

В США Рэд Ривер (Красная река) некогда впадала в Мексиканский залив. Изменив однажды после паводка направление течения, она стала притоком Миссисипи и лишила воды огромную область.

Скорость течения реки зависит от уклона. Наименьший уклон в низовьях реки у впадения ее в море. Когда течение ослабевает, вода сбрасывает груз наносов, ставший для нее непосильным. Больше всего наносов откладывается рекой у впадения ее в море. Намывая илистые или песчаные острова, река здесь делится на многочисленные рукава и образует так называемую дельту. Дельта Волги, например, занимает площадь 10 тыс.км² .

Если река впадает в море, где у берегов сильные приливные течения, то они относят наносы от берега и образуется устье воронкообразной формы - эстуарий.

Наносы откладываются рекой везде, где замедляется течение. Оседая на дно, они образуют мели, косы, мелководные перекаты. Местами наносы из года в год повышают русло реки. Во время паводка это грозит большими наводнениями. В таких местах реки ограждают высокими дамбами, которые время от времени приходится наращивать. В результате и дно и уровень реки непрерывно повышаются, как это произошло местами с рекой Миссисипи.

Например, г. Новый Орлеан в США "оказался в котловине, над которой возвышается русло Миссисипи. Жители города смотрят на проходящие по реке пароходы снизу вверх. У домов в городе нет подвалов, так как их затопила бы грунтовая вода.

Аму-Дарья в 1 м³ воды несет в среднем 2300 Г твердого материала, Волга-100 Г, Нева - только 10 Г. И все же примерно через 2 тыс. лет о-в Котлин, на котором расположен Кронштадт, соединится с материком.

К числу многих удивительных свойств, которыми обладает вода, относится ее расширение при переходе из жидкого состояния в твердое - в лед. Кроме воды, затвердевая, расширяются только серебро и висмут. Лед легче воды потому, что у соединений молекул льда структура более рыхлая, чем у соединений молекул воды. Будь лед тяжелее воды, он не плавал бы на ее поверхности, а тонул, и тогда реки и озера промерзали бы до дна, а животные в них гибли.

В некоторых, особенно холодных районах Земли, например на севере Сибири, небольшие реки промерзают до дна. Но это незначит, что они совершенно замирают до весны: речная вода медленно сочится под слоем льда в порах донных отложений.

В быстро текущих реках вода иногда переохлаждается на несколько сотых долей градуса ниже нуля, и тогда в ней образуется внутриводный лед. Он осаждается на дно в местах, где слабее течение, создает на реке заторы, закупоривает фильтры в трубах водозаборных сооружений и уменьшает напор воды у гидроэлектростанций.

Великое множество рек на Земле. Достаточно сказать, что только в Советском Союзе насчитывается более 150 тыс. рек, имеющих названия и нанесенных на географические карты.

Берега рек издавна служили колыбелью культуры многих народов. В удалении от рек

могли жить, да и то не круглый год, одни только кочевники, занимавшиеся охотой и скотоводством. И в наше время главная масса населения земного шара сосредоточена по берегам рек. Например, в устье Нила живет 5 млн. человек, в нижнем течении Ганга - 25 млн., а в бассейне Рейна - около 40 млн. человек.

Реки всегда были самым удобным и дешевым путем для перевозки товаров. В 1913 г. длина природных водных путей в России составляла 65 тыс.км. Советские водники из года в год взрывают на реках пороги, расчищают, углуб-

ляют и расширяют русла с помощью землечерпательных машин и мощных землесосов. В результате этой большой и трудоемкой работы протяженность наших водных путей к концу семилетки, к 1965 г., достигнет 152 тыс.км.

Пользуясь реками как водными путями, человек уже давно убедился, что они далеко не

всегда текут в желаемом направлении, и стал исправлять речную сеть, проводя каналы.

Еще недавно реки вращали колеса водяных мельниц, а в наше время приводят в движение мощные турбогенераторы и служат важнейшим источником электроэнергии. Во Франции, например, гидроэлектростанции дают половину всей потребляемой в стране электроэнергии; в Канаде гидростанции производят 90%, а в Норвегии - 99% вырабатываемой электроэнергии. В дореволюционной России энергия рек почти не использовалась. В 1913 г. по отношению к общему количеству вырабатываемой электроэнергии доля гидростанций составляла всего 2%. В 1965 г. на их долю придется 20% всей выработки электроэнергии в стране (100 млрд. квт-ч). У рек на пути в океаны случаются продолжительные «остановки». Эти остановки - озера. На земном шаре озера занимают 2% поверхности суши. В СССР насчитывается более 250 тыс. больших и малых озер. К числу наиболее богатых озерами районов относятся Карельская АССР, Новгородская, Калининская области и некоторые области Сибири. В соседней с Карелией Финляндии озера занимают 15% территории страны.

Большие озера смягчают климат окружающей их суши. Зима около них становится более теплой, лето не таким жарким. Так, на берегах оз. Байкал средняя температура января редко опускается ниже -9°, тогда как в Верхоленске, расположенном всего в 75 км от озера, средняя январская температура воздуха -25°. Озера регулируют сток вытекающих из них рек, делая его более равномерным на протяжении всего года.

Чаши озер, заполненные водой, могут быть различного происхождения. Ладожское и Онежское озера, например, образовались в котловинах, возникших в результате медленного и плавного опускания земной коры. Байкал, Телецкое озеро на Алтае и высокогорное незамерзающее озеро Иссык-Куль, расположенное на высоте 1609 м над уровнем моря, образовались вследствие сбросов и смещений земной коры. Озера Кроноцкое

и Курильское на Камчатке - заполненные водой кратеры потухших вулканов. Озеро Ильмень, валдайские и карельские озера занимают углубления и борозды, выпаханные древними ледниками. На Памире в 1911 г. при сильном обвале, запрудившем бурную горную реку Бартанг, образовалось «обвальное» Сарезское озеро. В местах, где верхние слои земной коры сложены известняком, гипсом и другими породами, которые легко растворяются и размываются водой, появляются так называемые карстовые или провальные озера. Такие озера встречаются в Якутии, Башкирии и других районах страны. В поймах рек также нередко образуются озера; они заполняются водой во время паводка. На берегах морей встречаются морские соленые озера.

Реки выносят в озера большое количество твердого материала и растворенных в воде минеральных веществ. Наносы отлагаются на дне. С течением времени озеро мелеет и зарастает водной растительностью. В зависимости от размера и глубины озеро раньше или позже отмирает и превращается в торфяное болото.

В бессточном озере накапливаются также и растворенные в речной воде вещества. Вода в озере становится соленой. К числу больших соленых озер в СССР относятся Эльтон и Баскунчак, в которых добывается поваренная соль, а также Аральское и Каспийское моря. Большие соленые озера встречаются и в других странах. Наиболее известное из них Мертвое море в Палестине .

Аральское и Каспийское моря некогда соединялись с Черным морем. Но это было в очень отдаленные геологические периоды. Поэтому животный мир Каспийского моря заметно отличается от животного мира других морей. Вероятно, Каспийское море соединялось также и с Северным Ледовитым океаном, так как в нем до сих пор водятся тюлени, сохранившие привычки своих северных родичей; они производят на свет потомство на льду в северной мелководной части моря, замерзающей в зимнее время.

Уровень Каспийского моря на 28 м ниже уровня океана. Наибольшая глубина моря в южной части, она достигает 980 м. Каспийская

впадина возникла в результате разлома и опускания земной коры. Соленость каспийской воды около 14 Г солей на 1 кГ воды. Впадающие в Каспий реки - Волга, Урал, Кура, Терек и др. - уже в начале нашего столетия приносили почти столько же воды, сколько испарялось с его поверхности. Уровень Каспийского моря существенно не менялся. Но за последние 30 лет он понизился. Причины этого явления окончательно еще не установлены. Большинство ученых предполагают, что они кроются в изменении климатических условий (в уменьшении речного стока и в увеличении испарения). Понижение уровня моря причинило большие затруднения водному транспорту и нанесло ущерб рыбному промыслу: обмелели подходы к портам и канал, ведущий с моря в Волгу, прибрежные районы, в которых рыба откладывала икру. Размножение рыбы сократилось. Управление Каспийским пароходством вынуждено тратить большие средства на землечерпательные работы, а рыбная промышленность восстанавливает рыбные запасы моря путем искусственного разведения рыбы в специальных питомниках.

Чтобы прекратить падение уровня Каспийского моря, в, верховьях pp. Печоры и Северной Двины будет создано большое водохранилище. Накопленная в нем паводочная вода северных рек потечет через Каму и Волгу в Каспийское море. Через 20-30 лет после осуществления этого проекта уровень моря должен восстановиться.

и Сыр-Дарья. Сейчас соленость аральской воды около 12 Г солей на 1 кГ воды. Бессточные озера в жарких засушливых странах всегда соленые. Удивительным исключением является среднеазиатское пресноводное озеро Балхаш. Как могло случиться, что бессточное некогда соленое озеро в пустыне стало пресным? Эту загадку разгадал академик Л. С. Берг. Во время сильных штормов соленая вода затопляла прибрежные пески и образовывала мелководные лагуны и озерки. Вода в них испарялась, оставляя на берегу слои соли, которые вскоре заносились песком пустыни. Когда ветер опять нагонял сюда воду, поверх песка откладывался новый слой соли. Так постепенно озеро теряло растворенную в нем соль. Когда в некоторые периоды речной сток в озеро внезапно увеличивался, концентрация солей в нем еще более уменьшалась. Так опреснялось это необыкновенное озеро.

Соленость Мертвого моря 260‰, в 7,5 раза больше океанской. Подсчитано, что рекам, впадающим в Мертвое море, потребовалось 30 тыс. лет, чтобы создать такую соленость. Вследствие высокой солености вода Мертвого моря обладает большой плотностью, и в нем трудно утонуть. По преданию, римский император Тит, разгневавшись однажды на своих рабов, велел сковать их цепью и бросить в воду, но рабы не утонули.

Из воды Мертвого моря добывается большое количество брома, калия, кальция и магния.

Такой же крепкий раствор солей и в заливе Каспийского моря Кара-Богаз-Гол, хотя состав

их несколько иной. Зимой, когда температура воды в заливе понижается до 8°, из нее осаждается глауберова соль, которая используется в промышленности. В ближайшие годы из воды Кара-Богаз-Гола будет организована добыча и других солей. Было время, когда думали, что в этом заливе находится бездонная пропасть, в которую уходит притекающая вода. В действительности в заливе, окруженном со всех сторон пустыней, под действием сухих горячих ветров вода испаряется быстрее, чем в соседнем с ним море. Поэтому уровень в заливе ниже и вода непрерывной струей течет из моря в залив. Сейчас уровень воды в Кара-Богаз-Голе еще более понизился, а в соединяющем его с морем проливе образовался настоящий водопад. Пожалуй, это единственный в мире «морской водопад».

Среди озер можно назвать несколько подлинных диковинок природы. Так, например, озеро Пауэлл Лейк в Северной Америке, в Британской Колумбии, некоторые озера в Норвегии представляют собой древние морские заливы, отрезанные от моря поднятием суши. Верхние слои воды в них совершенно пресные, а под ними лишь слегка опресненные древние морские воды. Удивительны «блуждающие» озера в пустынях Центральной Азии. Образование и исчезновение их зависят от каприза рек, меняющих свое русло. К числу таких озер принадлежит, например, оз. Лобнор, описанное в конце XIX в. Н. М. Пржевальским (см. стр. 335). Тогда озеро находилось не там, где сейчас, и было пресным. К нашему времени, по описанию советского географа Э. М. Мурзаева, оз. Лобнор стало соленым. Недавно в Антарктиде обнаружены три удивительных озера. Одно совсем не замерзающее, а два с температурой глубинной воды: в одном +8°, в другом + 22°, хотя оба круглый год покрыты льдом. Воду в этих озерах подогревает тепло, выделяющееся из недр земли. Глубинная теплая соленая вода в них вследствие большой плотности не поднимается наверх и не перемешивается с верхней холодной водой.

Пресноводные озера в районах умеренного и по-

лярного климата под покровом льда в зимнее время тоже сохраняют относительно теплую воду. Это происходит потому, что при температуре +4° пресная вода приобретает наибольшую плотность. При дальнейшем охлаждении вода становится менее плотной и потому более легкой. Как только осенью вся толща воды в озере охладится до +4°, верхний ее слой, продолжающий охлаждаться, становится легче, чем находящаяся под ним вода. Слой более холодной и менее плотной воды теперь как бы плавает поверх более теплой, но более тяжелой глубинной воды. С этого момента перемешивание воды в озере прекращается и верхний холодный слой воды, а потом и лед предохраняют озеро от остывания, как парниковое стекло - грядку.

Зимняя температура глубинной воды в озерах держится обычно в пределах от 1 до 4° тепла. Если же ее температура понижается до нуля, озеро промерзает до дна, но это бывает только с очень мелкими озерами и лишь на самом дальнем севере.

Иногда в теплую зиму посредине озера долго остается полынья. Причина этого - ветер. Он сгоняет с поверхности полыньи холодную воду под лед, а на ее место сейчас же поднимается теплая глубинная вода, которая и не дает полынье затянуться льдом до тех пор, пока дует сильный ветер и пока в глубинах озера достаточно теплой воды.

Реки и озера - это постоянные источники чистой пресной воды, а потребность человека в

чистой воде растет с каждым годом (см. стр. 187). Нужно постоянно заботиться о сохранении рек и озер.

Мы уже говорили, что самое надежное питание реки получают от грунтовых вод. Запасы грунтовых вод пополняются главным образом в лесных местностях. Там, где вырублены леса, реки мелеют и умирают, поэтому для сохранения рек и озер прежде всего надо беречь леса. После вырубки их надо восстанавливать.

Реки и озера располагаются на поверхности суши неравномерно, что создает трудности для

Лотковый канал в Голодной степи. Такой канал устраняет просачивание воды в грунт.

народного хозяйства. Например, тяжелая промышленность, расходующая много воды, развивается в горнорудных районах, а между тем эти районы часто лежат на водоразделах, где реки только начинаются и потому маловодны. Примером таких районов может служить Урал.

Реки ежегодно выносят в океаны и моря 37 тыс.км³ воды. Из этого количества в Атлантический и Северный Ледовитый океаны стекает 58 % и только 40 % - в Тихий и Индийский океаны. Остальные 2% речного стока испаряются в бессточных областях - в пустынях Средней Азии, Африки и Австралии. Здесь реки впадают в бессточные озера, такие, как Каспийское и Аральское моря, Мертвое море в Палестине, оз. Эйр в Австралии и др. Самые многоводные реки текут в Америке, они выносят в океан 37 % мирового речного стока; сток африканских рек составляет 27%, азиатских - 22%, европейских- всего 6%.

Все реки СССР можно разделить на три основных потока. На север в моря Атлантического и Северного Ледовитого океанов направляется 65% речного стока. Вода здесь на значительном протяжении течет по таежным дебрям, по тундре и пересекает холодные, мало плодородные и без того достаточно увлажненные земли. В этих краях живет всего 20% населения страны. На восток, в Тихий океан, попадает 22% стока, а на юг, где много солнца и плодородная почва, - всего 13%. Как видите, распределение действительно неудобное для людей. Но не будем сетовать на природу. Она сделала свое дело, создала реки и озера, теперь дело за человеком. Он должен направить реки туда, где больше всего нужна вода. Для этого роют каналы, предназначенные как для орошения, так и для водного транспорта.

С 1917 по 1955 г. длина искусственных каналов в СССР удвоилась. В 1965 г. она будет равна 15 100 км, т. е. возрастет по сравнению с 1913 г. в пять раз. Предстоит грандиозная переделка

природной речной сети. Уже построен судоходный канал, связавший Балтийское море с Белым. Углублена система каналов, соединяющая через Волгу Балтийское море с Каспийским. Раньше по этим каналам могли проходить суда грузоподъемностью до 700 Т, а теперь свободно пойдут суда грузоподъемностью более 5000 Т. Перевозки по этому водному пути увеличатся в 2 - 3 раза.

Волго-Донской канал открыл сквозной путь между морями Балтийским, Каспийским и Азовским. Но плавание из Балтийского моря в Черное по этому пути занимает много времени. Еще дольше плавание из Балтики в Черное море вокруг Европы, поэтому сейчас строится прямая водная магистраль, которая свяжет Черное море с Балтийским по рекам Днепру, Припяти и Неману.

Не меньшее значение для нашей страны имеют оросительные каналы. С их помощью вода многих рек принесла жизнь в среднеазиатские пустыни и другие засушливые области Советского Союза. Длина оросительных каналов увеличивается с каждым годом. Воды Днепра оросят засушливые крымские степи. Северная Двина и Печора пошлют часть своей воды в засушливые районы Поволжья, а избыток воды сибирской реки Оби с течением времени устремится на юг пашен страны - в среднеазиатские пустыни.

Волей человека многие реки потекут вспять и отдадут свою воду тем районам страны, где она больше всего нужна.

От недостатка воды страдают многие пустыни и засушливые территории в Африке, Азии, Америке и Австралии. Между тем во власти человека дать им воду. Но для этого нужны большие средства и дружные усилия всех народов. Если бы, например, все средства, которые расходуются на вооружение, истратить на создание каналов и водохранилищ, на Земле не осталось бы безводных пустынь и ни одна страна, ни один человек на Земле не страдали бы от голода и жажды.

ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ

Представьте себе, что земная кора вдруг стала прозрачной, тогда вы увидели бы, что она вся пропитана водой до самых больших глубин. Откуда же берется подземная вода? Одни ученые считали, что подземные воды питаются атмосферными осадками, т, е. за счет дождя и снега.

Другие утверждали, что большая часть атмосферных осадков, не успев глубоко просочиться в почву, стекает в ручьи и реки. По их мнению, подземные воды образуются в порах грунта подобно росе при конденсации (превращении в воду) водяных паров, содержащихся в воздухе.

Против этого решительно возражали сторонники первой теории. Для того чтобы оставить в грунте такое большое количество влаги, говорили они, надо профильтровать через него так много воздуха, что в порах грунта должен дуть настоящий сквозняк. Между тем движение воздуха в грунте совсем невелико.

Большинство сторонников обеих теорий примирил русский ученый А. Ф. Лебедев. Он убедительно показал, что перемещение водяных паров в порах грунта может происходить без одновременного движения воздуха. Водяные пары перемещаются из пространства, в котором упругость (давление) их больше, в пространство, где упругость их меньше. Разница в упругости водяных паров и заставляет их перемещаться. Если при этом водяные пары охлаждаются, то частично они превращаются в воду. А. Ф. Лебедев считал, что питание подземных вод происходит как путем просачивания выпавших атмосферных осадков, так и за счет конденсации водяных паров в порах грунта.

У поверхности земли располагаются почвенные воды, их часто называют верховодкой. Воды эти неустойчивы, они обильно смачивают почву в дождливое время и почти исчезают в периоды засушья. Если дождей выпадает много, вода из верхних слоев почвы просачивается вниз до встречи с первым водоупорным слоем. Такой слой может быть образован, например, глиной. После этого вода начинает сочиться над ним вдоль по его наклону. Это слой грунтовой воды. Очень часто слой грунтовых вод опускается вглубь и оказывается зажатым между двумя водоупорными слоями, которые ограничивают его снизу и сверху, образуя как бы дно и кровлю. Такой водоносный слой называют пластовым или межпластовым. Грунтовые и почвенные воды питают своей влагой растения, размывают, растворяют и переносят, откладывают и переоткладывают вещества, из которых состоит земная кора.

У воды немало удивительных свойств. В некоторых случаях она не повинуется силе тяжести. Убедиться в этом нетрудно. Обмакните лист промокательной бумаги в чернильную кляксу, и чернила поползут по бумаге вверх. Опустите тонкую стеклянную трубку одним концом в воду; вода поднимется и заполнит часть трубки. В обоих случаях проявляется свойство воды, которое называется капиллярностью. Капиллярность заставляет воду подниматься вверх вопреки силе тяжести. Вода, смачивая стенки стеклянной трубки, словно прилипает к ним и ползет по ним вверх до известного предела, пока

В водоносном слое, который залегает над водоупорным слоем, скапливается вода. Из него вытекают ручьи.

вес столбика воды и сила этого притяжения не уравновесятся. Чем тоньше трубка, тем выше поднимается вода.

Бесчисленные поры, словно мельчайшие трубки, беспорядочно пронизывают грунт во всех направлениях. В крупнозернистых горных породах - в гравии, песке - поры крупные, в глине - мелкие. Вода в порах карабкается вверх, как опытный скалолаз. Высота подъема ее зависит от диаметра пор и, следовательно, от размера зерен грунта; чем меньше те и другие, тем выше может подняться вода.

Грунтовые воды имеют дно, но не имеют «кровли». У них свободная поверхность, как у реки. Но только в отличие от реки эта поверхность неровная. Она причудливо изрезана благодаря капиллярной воде, которая поднимается выше или ниже в зависимости от размера пор. Ровную поверхность грунтовых вод можно наблюдать только в колодце.

Там, где выпадает много атмосферных осадков, а испарение невелико, влага просачивается глубоко и питает грунтовые воды. Вода разлившихся весной ручьев и рек тоже проникает в почву, увеличивает запасы грунтовых вод и повышает их уровень. С наступлением лета уровень воды в реках понижается. Уровень грунтовых вод оказывается выше уровня почвенных вод. Поэтому в засушливое время года грунтовые воды, просачиваясь в русла рек, возвращают им свой «долг» и предохраняют от обмеления.

Водообмен между рекой и грунтовыми водами при высоком уровне воды в реке (слева) и при низком уровне (справа).

Подвешенная и грунтовая вода: 1 - поверхность почвы; 2 - подвешенная вода; 3 - мертвый горизонт; 4 - капиллярная вода; 5 - водоносный слой грунтовой воды.

почву вода не достигает грунтовых вод и как бы повисает над ними. Поэтому ее называют подвешенной. В таком подвешенном состоянии воду удерживают различные силы, но главным образом - замечательное свойство капиллярности. Сила тяжести влечет воду вниз, а капиллярность ее удерживает. Когда обе силы уравновешиваются, просачивание воды в почву прекращается. В засушливых степных районах СССР подвешенная вода полностью расходуется ко времени созревания посевов.

Между подвешенной водой и поверхностью грунтовых вод образуется так называемый «мертвый горизонт». Было бы, однако, ошибкой думать, что в мертвом горизонте или в совершенно сухой на вид почве совсем нет воды. Прежде всего все пустоты в почве и грунте заполняет водяной пар, который передвигается в них, как газ. Кроме того, каждую частицу минерального грунта обволакивает тончайший слой гигроскопической воды, которая поглощается породой из воздуха, содержащего водяные пары. Эта вода удерживается на поверхности частиц с силой в несколько тысяч атмосфер; она не подчиняется силе тяжести и может покинуть частицу только в парообразном состоянии. Гигроскопическая вода недоступна корням растений и замерзает при низкой температуре. Поверх этой воды частицу грунта обволакивает более толстый слой пленочной воды. Она тоже не подчиняется силе тяжести и перемещается только от частицы с более толстой пленкой к частице с менее толстой пленкой. Пленочная вода замерзает при температуре ниже 0° и тоже удерживается

породой с очень большой силой, однако меньшей, чем гигроскопическая вода.

Плотные почвы накапливают мало влаги и с трудом отдают ее корням растений. Глубокая вспашка увеличивает способность почвы накапливать и отдавать влагу растениям. Корни деревьев, глубоко проникающие в грунт, разрушают мертвый горизонт и соединяют грунтовые воды с подвешенной водой. Вода в водоносных слоях течет из высоких мест в низкие.

Когда водоносный слой зажат между двумя водоупорными пластами, тогда в пониженной его части создается напор, который стремится выжать через скважину и даже выбросить воду фонтаном до уровня, на котором находится более высокая часть этого слоя. Величина напора зависит от разницы уровней и от пористости грунта. Если напор слабый или его совсем нет, глубинную воду приходится выкачивать насосом. Подземные межпластовые воды, находящиеся под напором, называются артезианскими. Это название произошло от слова «Артезия» - древнего наименования одной из французских провинций, где в XIII в. был вырыт самый глубокий по тому времени в Европе колодец. Артезианская вода, профильтрованная в порах грунта, отличается большой чистотой. В Москве и других городах артезианской водой пользуется в первую очередь пищевая промышленность; в засушливых областях СССР эта вода идет для орошения и других нужд.

Подземные воды растворяют вещества, из которых состоит земная кора. Крупнейший геохимик академик В. И. Вернадский предложил подразделить воды суши по содержанию в них минеральных веществ на 1 кГ воды: до 1 Г - пресная вода, от 1 до 10 Г - солоноватая, от 10 до 50 Г - соленая, свыше 50 Г - рассол¹. Чем дольше вода находится под землей и чем глубже расположен пласт подземной воды, тем больше содержится в ней солей.

На каждые 100 м глубины температура земной коры повышается в среднем на 3°. Поэтому глубинные воды всегда теплые и даже горячие.

Под Волго-Уральской низменностью на глубине 2-3 км недавно обнаружены обширные водоносные пласты. Вода в них соленая, а температура достигает 60-90°. Мощный водоносный слой найден и в Западной Сибири, На юге его граница идет по линии, соединяющей Кустанай, Семипалатинск, Бийск, Красноярск. На

¹ Океанологи границей между солоноватой и соленой водой считают 24,7 Г солей на килограмм воды, так как при такой солености меняются некоторые физические свойства воды.

востоке его удалось проследить до Енисея, а на западе - до Уральских гор. На юге водоносный слой залегает на глубине нескольких десятков метров, температура воды здесь от 5 до 10° выше нуля. Чем дальше на север, тем глубже водоносный слой уходит в землю и тем выше его температура.

В Новой Зеландии и в итальянской провинции Тоскане водяными парами, образовавшимися под землей, приводят в движение турбины электростанций. У нас на Камчатке, в долине р. Паужетки, строится электростанция, которая будет работать на пароводяной смеси с температурой 195°. Камчатские колхозы отапливают подземными горячими водами парники. Горячая вода из буровых скважин в Махачкале используется для бытовых нужд.

Минерализованные подземные воды нередко сами выходят на поверхность земли в виде источников через глубокие трещины в грунте. Многие из них обладают целебными свойствами и используются Для лечения больных. В таких случаях они называются минеральными. В вулканических районах подземные воды нередко выбрасывают на поверхность фонтаны пара и горячей воды. Они действуют не все время, а периодически. Такие фонтаны называются гейзерами (см. стр. 123).

В пустынях Средней Азии почти везде на глубине от 10 до 200 м и более залегают солоноватые водоносные слои. Вода в них поступает с отдаленных гор. Совершая свой путь под землей, она осолоняется. Но над ней во многих местах можно встретить пласт, содержащий совершенно пресную воду. Откуда взялась эта пресная вода и почему она не смешивается с соленой? Пресная вода менее плотная и, следовательно, более легкая, чем соленая, поэтому она словно плавает

Фонтан пресной воды на дне моря у карстового берега.

Сифон, образовавшийся при впадении подземного ручья в море у карстового берега и подводный фонтан опресненной воды.

на поверхности соленой. А источником ее служат местные дождевые и талые снеговые воды.

В среднеазиатских пустынях пески перемежаются с обширными участками водонепроницаемой глины. Эти глинистые участки называют такырами. Редкие дождевые воды стекают по такырам в сторону уклона и на границе такыра просачиваются в песок, где и накапливаются на некоторой глубине поверх слоя соленой воды. Запасы такой пресной воды, накопившейся за сотни, а может быть, даже и за тысячи лет, в некоторых районах среднеазиатских пустынь исчисляются сотнями миллионов и даже миллиардами кубических метров!

Подземные воды часто для красного словца называют «подземными морями». Но это неверно. Точнее, это гигантские подземные губки, пропитанные пресной, солоноватой или соленой водой. Стекая в подземные котловины, вода может образовать крупное озеро-губку, но в большинстве случаев подземные воды находятся в постоянном движении. Скорость рек на поверхности земли 50-100 км в сутки, а подземная вода течет со скоростью нескольких километров, иногда нескольких метров в год.

Повсюду, где бывают морозы, почва промерзает вместе с содержащейся в ней водой и снова оттаивает весной. Но в северных районах СССР и Америки за время короткого лета оттаивает только верхний тонкий слой почвы. Замерзшая в грунте вода хранится без движения, вероятно, со времени последнего оледенения. В вечной мерзлоте нередко находят хорошо сохранившиеся трупы мамонтов и других древних животных. Толщина слоя вечной мерзлоты достигает местами сотен метров. Нижнюю границу мерзлоты устанавливает тепло, которое вы-

деляется из недр Земли. Слой вечной мерзлоты водонепроницаем. Весенние талые воды и летние дожди увлажняют только оттаявший верхний слой почвы. Они проникают глубоко вниз только в тех случаях, если в мерзлоте встречаются трещины. .

В вечной мерзлоте на некоторой глубине от поверхности земли встречаются участки сплошного льда - линзы. Это могут быть погребенные остатки древнего ледника или замерзшего озера. Есть линзы и другого происхождения. В подземных водах, текущих ниже слоя вечной мерзлоты, порой образуется повышенное давление. Если в вечной мерзлоте окажется трещина, вода устремится по ней вверх, как в скважине артезианского колодца. Но воде не всегда удается пробиться на поверхность земли. В таких случаях вода приподнимает и раздвигает верхние слои грунта. Заполнив образовавшийся мешок, вода замерзает и образует такую линзу льда.

В вечной мерзлоте нельзя закладывать фундаменты зданий. Под постройкой почва отогревается, -вспучивается или опускается и перекашивает постройку. Поэтому в районах вечной мерзлоты дома строят на сваях, чтобы под ними круглый год свободно гулял ветер. И постройки стоят непоколебимо, как на скале.

Из всех природных жидкостей (нефть, ртуть и др.) вода обладает самой большой способностью растворять различные вещества. Вода находит себе дорогу в трещинах самых твердых пород - в базальте и граните, а в известняке и отложениях гипса она сама себе прокладывает дороги. Эти породы особенно легко растворяются в воде. Районы известняка и гипса, изрытые

ямами, прорезанные пещерами и извилистыми подземными ходами, называются карстовыми. Карстовые области встречаются во многих частях суши. Этот геологический термин произошел от названия местности на берегу Адриатического моря (Карст). Во времена древней Римской империи на склонах известняковых гор и холмов росли густые леса. Римляне их вырубили, а дожди смыли плодородную лесную почву и обнажили известняк и гипс, в котором вода промыла сложные и причудливые лабиринты пещер. С тех пор здесь во мраке таинственных гротов струятся подземные ручьи и реки, шумят водопады, нетронутой ветром гладью разливаются озера.

Карстовые явления встречаются у нас в Крыму, на Урале, в Горьковской области, в бассейне р. Онеги, в Сибири и в других местах.

В числе подземных «архитектурных чудес» созданных водой, всемирно известны пещеры-Мамонтова в Северной Америке, Кунгурская на Урале и Адельсбергская в Западной Европе. Обследованная часть запутанных лабиринтов Мамонтовой пещеры протянулась на 240 км. В пещере оказалось три подземные реки и три больших озера. Пещеру населяют слепые сверчки и пауки, а в озерах живут слепые рачки и рыбы. В Кунгурской пещере находятся 36 небольших озер, очень красивые ледяные гроты, украшенные сталактитами (известковые сосульки, свисающие с потолка) и сталагмитами (натеки, образовавшиеся на дне пещеры). Адельсбергская пещера славится кружевными известковыми «занавесями» и цветными сталагмитами - белыми, желтыми, серыми и коричневатыми.

В земной коре воды в 14 раз меньше, чем в океане, но значение подземных вод в жизни человека велико. Вода, промачивающая почву (верховодка), грунтовая и подвешенная имеют большое значение для сельского хозяйства. Чем больше воды, доступной корням растений, тем богаче урожай. Поэтому в засушливых областях нашей Родины принимаются меры для увеличения запасов грунтовых вод. Зимой создают препятствия для сдувания снега с полей, весной различными средствами задерживают поверхностный сток талых снеговых вод. Чем меньше стечет воды по поверхности, тем больше запасет ее почва. Задержанию воды способствует глубокая вспашка, окружение земельных участков валами, устройство террас на склонах холмов и многое другое.

Грунтовые и артезианские воды используют для бытовых нужд, а в засушливых областях и для орошения. В недалеком будущем подземные горячие воды будут отапливать города и приводить в движение турбины электростанций во многих районах нашей страны.

Однако не надо забывать, что грунтовые и глубинные воды накапливаются десятилетиями и даже веками, поэтому неразумный расход может привести к их истощению. Подземные воды - не менее ценное ископаемое, чем железная или медная руда, а в засушливых областях они дороже золота.

КРУГОВОРОТ ВОДЫ НА ЗЕМЛЕ

О жизни капли воды со времени ее образования на Земле и до наших дней можно написать самую удивительную и увлекательную повесть. Вместе с миллионами других капель эта капля точила и растворяла горы, в виде кристаллов льда она тысячи лет хранилась в высокогорных ледниках, совершила не одно кругосветное путешествие вместе с морскими течениями, затопляла села и города во время наводнений, плавала в облаках над океанами и морями, разбивала корабли о прибрежные скалы, насыщала влагой травы, кусты и деревья; каплей росы она сверкала в душистых лепестках розы, взращивала посевы, излечивала больного человека и несла жизнь в пустыне утомленному путнику.

Первоисточник воды, главное водохранилище нашей планеты - Мировой океан. Его можно сравнить с гигантским паровым котлом, который нагревается солнцем. Каждый час с квадратного километра водной поверхности этого котла в атмосферу поступает в среднем около тысячи тонн пара, а в тропиках под палящими лучами полуденного солнца испаряется в 2-3 раза больше. Здесь, над безбрежными просторами океана, собирается в воздухе огромное количество водяных паров, образуются мощные облака. Здесь зарождаются грозные тропические ураганы и начинаются могучие воздушные течения. Они, как конвейер, переносят влагу по всему земному шару.

Какая энергия поддерживает этот непрерывно действующий конвейер? Конечно, солнце. Но

ведь известно, что солнечные лучи пронизывают земную атмосферу, почти не нагревая ее. Атмосфера получает тепло от поверхности Земли, нагретой солнечными лучами. А над поверхностью океана главная роль в нагревании воздуха принадлежит водяным парам. Как это происходит?

Чтобы вскипятить чайник с водой, требуется, допустим, 10 минут, а чтобы выпарить из него всю воду, придется ждать целый час. Объясняется это тем, что для превращения воды в пар нужно в 5,5 раза больше тепла, чем для ее нагревания до кипения. Тепло, затраченное на испарение, водяные пары хранят в себе до тех пор, пока снова не превратятся в воду. Когда невидимые для глаза водяные пары превращаются в капельки воды, образующие облако, они выделяют тепло и согревают окружающий воздух. Это тепло и служит источником энергии для многих воздушных течений.

Мощная «тепловая машина» атмосферы, приводимая в движение энергией Солнца, ежегодно поднимает с поверхности земного шара в виде водяных паров 511 тыс.км³ воды, а из них 411 тыс.км³ - с поверхности океана. Две трети этого количества вскоре возвращается обратно в океан в виде атмосферных осадков, выпадающих из облаков. Это малый круговорот воды на Земле.

Более одной трети водяных паров с поверхности океана переносится ветрами на материки и присоединяется к водяным парам, поднимающимся с суши. Кажется, не так уж много влаги

дает океан. Однако без этого пополнения убыли воды, которая стекает с суши в океан, материки давно бы превратились в пустыни.

На суше ежегодно в виде осадков выпадает примерно 100 тыс.км³ воды. Здесь путь воды длиннее, разнообразнее и сложнее. Часть воды после дождя сразу испаряется и возвращается в атмосферу, особенно если это происходит летом или в засушливых южных странах. Выпадает, например, в пустыне ночной дождь. Дневное жаркое солнце накалит и высушит песок, а с наступлением ночной прохлады часть воды, испарившейся днем, опять вернется на землю в виде росы.

Вот первые капли дождя упали на сухую землю. Вода просачивается сквозь поры в почву сначала быстро, потом медленно. Сила тяжести влечет ее все ниже и ниже, пока на пути не встретится водоупорный пласт. Скопившаяся над ним вода начинает медленно течь в порах грунта вдоль по его наклону. Она может снова выйти на поверхность земли в ближайшем овраге в виде ручья, может слиться с другими подземными водоносными слоями в невидимую многоводную «реку» и даже образовать в углублении водоупорного пласта подземное озеро-губку.

Когда почва, вдоволь насыщенная влагой, отказывается принимать дождевую воду, вода стекает по ее поверхности. Она собирается в наземные ручейки и реки и в конечном итоге опять-таки попадает в океан. Между подземными водоносными слоями и реками происходит непрерывный водообмен. Во время половодья реки выходят из берегов, насыщают водой почву и грунт. Летом подземные воды возвращают свой

«долг» обмелевшим рекам. Такой водообмен замедляет возврат воды в океан.

Часть увлажнившей почву воды всасывают корни растений. Насыщенная питательными солями, вода поднимается вверх по стволам и стеблям и возвращается в атмосферу через листья в виде водяных паров. Растения используют около половины атмосферных осадков. Что же делают растения с таким громадным количеством воды? Они извлекают из воды питательные соли и оставляют для себя лишь ничтожную ее часть. Главную массу воды растение перекачивает обратно в атмосферу. Этот процесс называется транспирацией. Растение - это непрерывно действующий мощный насос. Пшеница за период роста откачивает из почвы в атмосферу с одного гектара 2000 Т воды, кукуруза - 3200 Т, капуста - 8000 Т. Один подсолнечник испаряет за лето 200 л воды, а одна взрослая береза столько же воды испаряет за один летний день. Ива в жаркий день способна перекачать в воздух в 100 раз больше почвенной воды, чем береза. Эвкалипты потребляют так много воды, что с их помощью в теплых странах осушают болота.

Вода из облаков может выпасть на землю в виде снега. Тогда на своем пути в океан она задержится до весны. Талые снеговые воды весной стекут в реки или просочатся в почву, питая грунтовые воды. А если снег выпадет на вершины высоких гор в Антарктиде или в Гренландии, он может пролежать многие десятки, сотни и даже тысячи лет. Постепенно уплотняясь, снег превращается в лед медленно сползающих с гор ледников. У подножия высокогорных ледников начинаются реки. В полярных странах от лед-

ников, спускающихся в море, откалываются айсберги. И здесь долгий путь воды завершается в океане. Это большой круговорот воды на Земле.

У воды на Земле много дорог, и нельзя заранее сказать, какая судьба и какой путь - длинный или короткий, прямой или извилистый - предстоит капле воды, покинувшей океан, прежде чем она вернется на свою родину.

В океане вода тоже находится в непрерывном движении. Постоянно дующие ветры (пассаты) создают мощные пассатные (экваториальные) течения. Они увлекают огромные массы теплой воды с востока на запад. Там, где течениям преграждают путь материки или архипелаги островов, водный поток разветвляется, часть воды идет на север и часть на юг. Эти течения несут тепло, а навстречу им движутся в сторону экватора воды холодных течений. Между поверхностными и глубинными слоями океана тоже происходит медленный, но непрерывный водообмен.

Сколько же всего воды на нашей планете? В океанах и морях содержится 1370 млн.км³ воды. Чтобы представить себе, как велико это количество, достаточно сказать, что оно в 10 раз больше объема суши, возвышающейся над уровнем моря. Высокогорные ледники и полярные льды Арктики и Антарктики связали более 30 млн.км³ воды. Если бы этот лед растопить, уровень океана поднялся и вода затопила бы около одной восьмой части суши, многие приморские города оказались бы под водой. В озерах и реках находится 4 млн., а в атмосфере в виде водяных паров до 12 тыс.км³ воды. В толще земной коры заключено около 100 млн.км³ воды.

Интересно знать, остается ли количество воды на планете постоянным? Нам известен только один источник прихода воды на нашей планете.

Это вода, которая выделяется при извержении вулканов. Ее называют ювенильной. Поступление ювенильной воды не превышает 0,25 км³ в год. В верхних слоях атмосферы под действием космических лучей происходит разложение водяных паров на водород и кислород. Водород при этом теряется в межпланетном пространстве. Это единственный известный нам расход воды на Земле. Как и приход, он тоже невелик. По мнению большинства ученых, общее количество воды на Земле остается практически неизменным.

За последнее время в естественный круговорот воды на Земле вторгся человек. Население земного шара за одни сутки расходует около 7 млрд. Т воды. К счастью, это расход условный. Вода, использованная человеком, в конце концов возвращается в атмосферу, в почву, в реки или прямо в океан. Количество воды на Земле от этого не убывает. Но это верно только для всей планеты в целом. Вырубка лесов и неразумное использование воды могут лишить влаги обширные районы. Поэтому, несмотря на обилие воды на Земле, воду надо беречь.

Полная смена воды в атмосфере происходит очень быстро, приблизительно через каждые 9 дней, речная вода меняется в среднем 20 раз в году, а для полной смены подземных вод требуется по меньшей мере 8 тыс. лет.

Земля представляет собой шар, окутанный водяными парами и хотя неравномерно, но щедро смоченный и пропитанный водой. Энергия Солнца поднимает воду в виде водяных паров вверх, сила тяжести увлекает ее вниз. Благодаря этим двум силам вода на Земле находится в непрерывном движении. Остановить движение воды - это значит превратить Землю в безжизненное космическое тело.

ВОДУ НАДО БЕРЕЧЬ!

Зачем беречь воду? Отвернул кран водопровода - вот тебе и вода, а нет водопровода - сходил лишний раз к реке или колодцу. Недаром же говорят: «Воды на всех хватит». Однако эта поговорка устарела даже для многоводных районов Земли.

Много ли воды нужно человеку? Да, примерно 3 л в день. Но это не все. Взгляните на водопроводный счетчик, по которому домоуправление рассчитывается за воду. В городах он отсчитывает до 200л воды на каждого жильца в сутки. Эта вода идет для хозяйственных нужд: приготовления пищи, стирки белья, для ванны, душа и т. д. Но и этим не кончается потребность человека в воде. Для домашнего скота, орошения полей и огородов, для получения электроэнергии, для изготовления тысячи предметов, без которых человек не может обойтись, тоже нужна вода. Для получения 1 Т синтетического волокна требуется 6 Т воды; на выплавку 1Т стали надо

израсходовать - 25Т воды, на 1 Т никеля - 500 Т, а на изготовление 1 Т искусственного каучука - 2100Т воды. Сжигая на электростанции тонну угля, мы одновременно выбрасываем в воздух до 1000 Т отработанного пара. Для того чтобы вырастить тонну зерна исключительно на искусственном орошении, надо затратить 4 тыс.Т воды. За год на всем земном шаре добывается 7 млрд. Т полезных ископаемых, а те же 7 млрд.Т воды человечество расходует за одни только сутки. Вот как велика потребность человека в воде!

Вода сейчас не только источник жизни и средство для соблюдения чистоты. Она стала самым главным видом промышленного сырья, «материалом», без которого никакое производство не может существовать.

При этом даже там, где воды много, она совсем не такой уже «дешевый материал». Прежде чем поступить по трубам в город или на завод, вода подвергается очистке и дезинфекции.

В местах, где воды недостаточно, ее приходится доставлять издалека. Москва-река не могла обеспечить нашу столицу водой. Чтобы население Москвы не страдало от недостатка воды, пришлось прорыть канал, по которому в столицу пришла волжская вода. Сейчас в Москве на бытовые и промышленные нужды расходуется 500 л на человека в сутки! Это больше, чем в любом другом из европейских городов. Москва по расходу воды уступает только Нью-Йорку и Сан-Франциско.

В Париже почти каждое лето жители страдают от недостатка воды. В СССР так быстро растет городское население и развивается промышленность, что в некоторых больших городах тоже ощущается временный недостаток воды.

Будем надеяться, что, прочитав эти строки, никто из ребят не станет без надобности открывать водопроводный кран.

Тонна воды - это приблизительно вес одного кубического метра воды. Все население СССР и весь домашний скот в стране выпивают за сутки 11 млн.Т или примерно столько же кубических метров воды. Население, промышленность и сельское хозяйство нашей страны потребляют за год более 400км³ воды. Водой этой можно заполнить озеро глубиной 100м и площадью 4 тыс.км². А через 20 лет Советскому Союзу потребуется больше чем полтора таких озера.

Потребность в воде велика. А велики ли запасы воды в нашей стране? Годовой сток советских рек - 4 тыс.км³ воды, т. е. в 10 раз больше, чем годовой ее расход. На первый взгляд воды хватит с избытком. На деле оказывается не сов-

сем так. Три четверти речной воды стекает в море за 3 месяца весеннего половодья. Чтобы круглый год иметь в распоряжении достаточно воды, мы перегораживаем реки плотинами и запасаем воду в водохранилищах. Работа эта трудная и дорогая.

Природа несправедливо распределила пресную воду на поверхности суши. На севере, где мало солнца и почва не особенно плодородная, воды много. На юге - в украинских и приволжских степях, в пустынях Средней Азии много солнца и почва плодородная, а воды мало. Иногда там, где земля богата углем и рудой, где самое подходящее место для развития промышленности, тоже оказывается мало воды. Чтобы напоить иссушенные зноем земли и обеспечить водой промышленность, проводят каналы на десятки и сотни километров. Их сооружение обходится дороже, чем постройка плотин и водохранилищ. Во многих местах подземные воды приходится выкачивать с помощью насосных станций. Словом, вода - дорогой .«материал», и, чем больше расстояние, на которое приходится ее доставлять, тем она дороже.

Мы можем прорыть каналы, создать водохранилища и использовать подземные воды. Это обеспечит орошение полей и снабжение водой городов и промышленности. Нам не грозит недостаток пресной воды, но нам угрожает нечто более страшное - недостаток чистой воды.

У воды много удивительных свойств. Одно из них - способность к самоочищению. Вода очень соленого или серного источника стекает в полноводную реку, разбавляется и становится пригодной для питья и орошения. В загрязненной воде развиваются бактерии и среди них, конечно, болезнетворные. Бактерии питаются органическим веществом и с помощью растворенного в воде кислорода разлагают его на минеральные соли. Минеральные соли используются водорослями, а бактерий поедают мелкие животные организмы, которые в свою очередь служат пищей для рыбы. Такой круговорот веществ очищает воду. Но если загрязнение воды велико, кислород в ней истощается и вода уже не справляется с самоочищением.

Загрязнение воды в наши дни стало всемирным бедствием. Американцы говорят, что р. Потомак, на которой стоит столица США Вашингтон, превратилась в помойную яму. На реке запрещено катание на водных лыжах, так как от брызг, попадающих в рот спортсмена, он может заразиться тифом или дизентерией. В американских реках от недостатка кислорода и отравления гибнут миллионы рыб. В Европе загрязняются

знаменитые швейцарские озера и крупнейшие реки - Рейн, Рона, Маас. Не избежали этой печальной участи и некоторые наши реки. От промышленных стоков, насыщенных кислотами, солями и нефтью, чахнет водная растительность, а рыба местами слепнет, болеет пучеглазием, ерошением чешуи; мясо рыбы припахивает керосином. По берегам рек в районах Урала можно увидеть предостерегающие надписи: «Пить воду нельзя» или «Купаться запрещается». Вода даже таких больших рек, как Волга и Днепр, загрязнена вблизи городов.

Количество сточных вод (стекающих по городской канализации, а также с заводов и фабрик) в СССР в недалеком будущем достигнет 100 км³ в год. Чтобы обезвредить сточные воды, их надо разбавлять по меньшей мере в 80 раз. Для такого разбавления не хватит годового стока наших рек. Что делать? Как спасти воду от загрязнения?

Прежде всего надо прекратить спуск в озера и реки неочищенных сточных вод. На многих наших предприятиях уже работают очистительные установки. Особенно трудно очищать стоки нефтеперерабатывающих заводов.

На промышленных предприятиях надо ввести «оборотный» метод использования воды: отработанную воду надо очищать, а затем снова и снова пускать в производство. Таким путем, например, при выплавке чугуна, стали и никеля можно сократить расход воды в 10 раз, при получении синтетического каучука - в 13 раз.

В. И. Ленин призывал охранять природные богатства. Он обратил внимание на то, что воду, которую выкачивают вместе с нефтью, никуда не

употребляют. Теперь эту воду нагнетают обратно в нефтяные пласты, откуда она вытесняет оставшуюся нефть. За разработку этого способа добычи нефти присуждена Ленинская премия. Но вот вода, которую выкачивают из шахт и рудников, все еще не используется и загрязняет реки. Эту воду надо очищать для нужд производства, а в засушливых районах - для орошения.

В СССР очищается меньше половины бытовых сточных вод, отводимых по канализации. Часть московских сточных вод после механической очистки удобряет «поля орошения», где выращивают кормовые культуры для скота. Другая часть сточных вод подвергается сложной биохимической очистке. Очищенная вода дезинфицируется хлором и спускается в реку, а частью используется для орошения огородов и полей. Остающийся после очистки воды осадок ила используется колхозами и совхозами для удобрения земли. Таким образом, московские сточные воды возвращаются в столицу в виде молока, масла и мяса.

Если половину городских сточных вод в СССР использовать в сельском хозяйстве, они могут заменить собой 12 млн.Т минеральных удобрений. По подсчетам специалистов, это может дать стране кормовых культур, молока и мяса на 6 млрд. руб. в год.

В 1960 г. Советом Министров РСФСР был принят закон об охране природы. Он распространяется на речные, озерные и подземные воды. Чистая вода - народное богатство. Забота об охране воды от загрязнения - долг каждого советского гражданина. Бейте тревогу, если заметите, что кто-нибудь загрязняет воду.

ВОЗДУШНАЯ ОБОЛОЧКА ЗЕМЛИ

ВОЗДУШНЫЙ ОКЕАН

Когда мы выходим из дома, нас всегда интересует, какая сегодня погода. Если, занятые своими мыслями, мы не замечаем погоды, она настойчиво напоминает о себе. Погода - наш вечный спутник, но какой капризный и непостоянный!

С далеких времен люди пытались объяснить, почему меняется погода, как возникают грозные ураганы, ливни, метели и какие силы их создают? Ответ на эти вопросы дает метеорология¹ -

наука, изучающая явления в воздушной оболочке земного шара (атмосфере).

ТЯЖЕСТЬ ВОЗДУШНОГО ОКЕАНА

Мы живем на дне воздушного океана. Окружающий нас воздух так прозрачен и легок, что до XVII в. в науке господствовало убеждение в его невесомости.

В 1640 г. в Италии герцог Тосканский решил устроить фонтан на террасе своего дворца. Для

¹ Метеорология - от греческих слов «метеор»- парящий в воздухе и «логос» - слово, учение.

подачи воды из озера был построен насос большой длины, каких до этого еще не строили. Но оказалось, что насос не работает - вода в нем поднималась только до 10,3 м над уровнем водоема.

Никто не мог объяснить, в чем тут дело, пока ученик Галилея - Э. Торичелли не высказал мысль, что вода в насосе поднимается под действием тяжести атмосферы, которая давит на поверхность озера. Столб воды высотой в 10,3 м в точности уравновешивает это давление, и поэтому выше вода не поднимается. Торичелли взял стеклянную трубку с одним запаянным концом и другим открытым и заполнил ее ртутью. Потом он зажал отверстие пальцем и, перевернув трубку, опустил ее открытым концом в сосуд, наполненный ртутью. Ртуть не вылилась из трубки, а только немного опустилась.

Столб ртути в трубке установился на высоте 760 мм над поверхностью ртути в сосуде. Вес столба ртути сечением в 1 см² равен 1,033кГ, т. е. в точности равен весу столба воды такого же сечения высотой 10,3 м. Именно с такой силой атмосфера давит на каждый квадратный сантиметр любой поверхности, в том числе и на поверхность нашего тела.

Ладонь руки взрослого человека испытывает давление атмосферы примерно в 150 кГ, т. е. равное весу двух мужчин.

Так Торичелли создал барометр - первый в мире прибор, измеряющий атмосферное давление (от греческих слов «барос» - тяжесть, вес, «метрео» - измеряю). Долгое время атмосферное давление измеряли в миллиметрах высоты ртутного столба. Среднее давление на уровне моря равно 760 мм. Но такая единица оказалась неудобной для расчетов, и сейчас атмосферное давление выражают в миллибарах. Один миллибар почти точно равен той силе, с которой тело весом в 1 Г давит на поверхность в 1 см², а среднее давление атмосферы равно 1013 мб. При помощи барометра было установлено, что атмосферное давление все время меняется и неодинаково в разных местах. Было обнаружено, что атмосферное давление понижается с подъемом в горы, так как уменьшается толщина слоя атмосферы над барометром.

Барометр, поднятый на одинаковую высоту с различных уровней, показывает неодинаковое изменение давления. Ведь самые нижние слои воздуха находятся под давлением всей толщи атмосферы, они особенно сильно сжаты и наиболее плотны.

Чем выше, тем давление слабее и тем меньше плотность воздуха.

Так, например, на уровне 5,5 км давление вдвое меньше, чем на уровне моря, т. е. в слое толщиной 5,5 км сосредоточена половина всей массы атмосферы. Но в следующем слое той же толщины, между уровнями 5,5 и 11 км, содержится всего лишь одна четверть массы атмосферы, а на высоте 11 км давление равно ¹/₄ приземного. Выше уменьшение давления с подъемом еще более замедляется. Если подняться еще выше, на следующие 11 км, до уровня 22км, то и здесь давление не равно нулю, а составляет ¹/₂₅ от приземного давления. На долю вышележащих слоев остается только ¹/₂₅, или 4 %, общей массы атмосферы.

Еще выше признаки частиц воздуха прослеживаются над земной поверхностью до высот более 1000 км.

СЛОИ ВОЗДУШНОГО ОКЕАНА

Долгое время люди могли судить о свойствах воздушного океана только по наблюдениям с земли. По-настоящему проникать в его тайны наука стала, когда изобрели средства для подъема измерительных приборов в верхние слои атмосферы.

Из опыта горных восхождений и первых подъемов воздушных шаров стало известно, что температура воздуха понижается с высотой. Именно поэтому даже в разгар лета в жарких тропических странах вершины высоких гор оде-

ты сверкающими вечными снегами. Было установлено, что температура воздуха понижается на каждый километр подъема в среднем на 5-6°. В отдельных слоях атмосферы и в отдельные дни это понижение температуры может быть больше или меньше. Иногда даже встречаются слои, в которых температура повышается с высотой: такое явление назвали инверсией или поворотом хода температуры. Заметили также, что очень редко температура понижается до 10° на 1 км подъема и никогда не превышает этой величины:

Но вот исследователи стали проникать все выше, запуская воздушные шары - зонды, к которым прикреплялись самопишущие приборы. На некоторой высоте шары лопались, и приборы с записями опускались на парашютах. Шары-зонды стали проникать на высоты более 10- 11 км, и тут обнаружилось, что выше этого уровня температура с высотой перестает падать. Вначале не поверили приборам: решили, что они нагреваются солнцем. Однако потом пришлось признать, что выше 10-11 км действительно начинается совершенно иной слой атмосферы, в котором с высотой температура не понижается, а остается постоянной.

Этот слой ученые назвали стратосферой, в отличие от нижнего слоя - тропосферы.

До высоты 11 км, т. е. в тропосфере, содержится³ /₄ всей массы атмосферы. Здесь образуются также почти все облака, отсюда выпадают дожди и снег.

Явления, которые мы называем погодой, развиваются именно в тропосфере.

Со временем совершенствовались старые и появлялись новые приборы для изучения атмосферы. Вместо шаров-зондов стали применять радиозонды - поднимающиеся на шарах автоматические радиостанции, которые передают показания измерительных приборов на землю. Выяснилось, что толщина тропосферы все время изменяется и неодинакова в разных местах земного шара. Чем меньше приходит тепла от солнца, чем холоднее тропосфера, тем она тоньше. В наших умеренных широтах толщина тропосферы колеблется от 8 до 13 км, иногда уменьшаясь до 6 км или увеличиваясь до 15 км.

Над Южным и Северным полюсами толщина в среднем равна 8 км, а над экватором достигает 17 км.

Чем толще тропосфера, тем холоднее стратосфера: ведь в тропосфере температура с высотой понижается. Поэтому средняя температура в стратосфере над Арктикой равна -45°, над нашими широтами -55°, над экватором -80°. Таким образом, оказывается, что над более теплой толстой тропосферой лежит более холодная стратосфера, и, наоборот, над холодной тонкой тропосферой - теплая стратосфера.

Вначале, после открытия стратосферы, предполагали, что она простирается до верхней границы атмосферы и постепенно переходит в космическое безвоздушное пространство. Затем появилось новое средство метеорологических наблюдений - ракета, которая стала достигать высот в сотни километров.

Очень интересные данные удалось получить с помощью искусственных спутников. Все эти наблюдения показали, что в стратосфере температура с высотой остается постоянной только до 40 км. Здесь стратосфера кончается. Выше до уровня 80 км простирается мезосфера, где температура падает, и на верхней границе мезосферы понижается до -90°. Выше 80 км располагается ионосфера.

Температура ионосферы возрастает с высотой и достигает на некоторых уровнях очень больших величин, порядка сотен градусов. Но это не значит, что попавший туда человек заживо зажарится: плотность воздуха там так мала, что невозможно ощутить разницу с безвоздушным космическим пространством, имеющим температуру абсолютного нуля (-273°). Температуру мы ощущаем по той интенсивности, с какой молекулы вещества бомбардируют поверхность нашего тела. Скорость движения молекул и представляет физическую сущность температуры вещества; вот эта скорость и возрастает в ионосфере до весьма больших пределов, которые могли бы соответствовать очень высокой температуре воздуха в обычном понимании этого слова.

Выше 800 км над Землей кончается ионосфера и начинается зона рассеяния. Отсюда частицы воздуха ускользают в мировое пространство, покидая навсегда нашу планету. В этой зоне воздух настолько разрежен, что его частица может пролететь сотни километров, не столкнувшись с другой.

Чтобы представить себе это, достаточно сказать, что на высоте 100 км от одного столкновения до другого частица воздуха может пролететь расстояние в 1-2 см, тогда как у поверхности Земли - не более одной стотысячной доли сантиметра!

По некоторым признакам частицы газов, составляющих воздух, встречаются до высот 1500-2000 км.

Этот уровень можно считать верхней границей атмосферы.

1. Уровень моря. 2. Вершина высочайшей горы Джомолунгма (Эверест - 8848 м). 3. Кучевые облака. 4. Сложные кучевые облака. 5. Грозовые облака (1-13 км), 6. Перистые облака (8-13 км). 7. Максимальная высота достигнутая стратостатом «Осоавиахим» (22 км). 8. Перламутровые облака (22-30 км). 9. Максимальная высота, достигнутая самолетом (94 км). 10. Максимальная высота подъема радиозондов и шаров зондов (38-40 км). 11. Максимальная высота подъема ракеты. 12. Метеоры возгорают на высоте 100-160 км. 13. Метеоры затухают на высоте 40-60 км. 14. Нижняя граница полярного сияния (80 км), 15. Верхняя граница полярного сияния (900 км).

1. Слоисто-кучевые облака. Средняя высота от поверхности земли 1 - 2 км. 2. Кучево-дождевое (грозовое) облако с «наковальней». Нижнее основание на высоте 1 - 2 км. 3. Высокослоистые облака. Средняя высота 2-5 км от поверхности земли. 4. Кучевые облака хорошей погоды. Нижнее основание облаков обычно находится на высоте 0,5-1,5 км. 5. Перистые и перисто-слоистые облака. Средняя высота перистых облаков от поверхности земли 7-10 км, перисто-слоистых - 6-8 км. 6. Низкие облака плохой погоды (разорванно-дождевые). Высота - 0,5 км от поверхности земли.

ЧЕМ ОБЪЯСНЯЕТСЯ РАССЛОЕНИЕ АТМОСФЕРЫ

Почему же атмосфера делится на такие слои? Объясняется это рядом причин. Во-первых, плотность воздуха уменьшается с высотой. Во-вторых, солнечные лучи, несущие тепло, почти беспрепятственно проникают через атмосферу, нагревают земную поверхность и уже от нее тепло распространяется вверх на всю атмосферу. В-третьих, атмосфера все же поглощает часть солнечного излучения, особенно поток летящих от Солнца частиц, и поэтому верхние части атмосферы находятся под воздействием этого излучения, а нижние - защищены от них. И наконец, тепло в атмосфере распространяется двумя различными способами: перемешиванием воздуха и тепловым излучением его частиц. Причем в плотном воздухе преобладает первый способ, а в разреженном -второй.

Тропосфера непосредственно соприкасается с нагревателем - земной поверхностью. Плотность воздуха в ней наибольшая, и тепло распространяется преимущественно перемешиванием воздуха, опусканием и подъемом его частиц. Когда воздух поднимается, он попадает в слои с меньшим атмосферным давлением и расширяется. Теоретически при расширении воздуха его температура понижается на 10° на 1 км подъема. При опускании воздуха его температура, наоборот, повышается на ту же величину: 10° на 1 км. Значит, уже за счет таких подъемов и опусканий воздуха в тропосфере температура с высотой должна падать. Но более теплые частицы легче холодных, они чаще поднимаются, а более холодные - чаще опускаются. Поэтому оказывается, что температура в тропосфере падает с высотой не на 10° на каждый километр, а в среднем на 5-6°.

В стратосфере, где плотность воздуха невелика, его потоки не могут переносить много

тепла. Здесь тепло переносится излучением - невидимыми тепловыми лучами. Каждое тело излучает тепло, и тем сильнее, чем выше его температура. Мы ощущаем такие лучи, идущие от стенки нагретой печки. Если поставить друг перед другом нагретый и холодный предметы, то нагретый будет охлаждаться, а холодный - нагреваться, пока их температура не сравняется. То же самое происходит в стратосфере, где все слои излучают тепло вниз и вверх и тем самым поддерживают одинаковую температуру. В ионосферу, где воздух очень разрежен, проникают несущиеся от Солнца с огромной скоростью электрически заряженные частицы, которые бомбардируют и электризуют частицы воздуха. Наэлектризованный слой оказывается способным проводить электричество и сильно влияет на распространение коротких радиоволн - он отражает их вниз к Земле. Отражаясь попеременно то от ионосферы, то от земной поверхности, короткие радиоволны обегают весь земной шар - в этом секрет их поразительно дальнего действия.

КАК ВОЗНИКАЮТ ВОЗДУШНЫЕ ТЕЧЕНИЯ

Воздушный океан находится в непрерывном движении. Оно порождает на земном шаре все явления погоды. Главная причина движения воздуха - неодинаковое распределение атмосферного давления. Атмосферное давление не остается всегда одним и тем же - оно непрерывно изменяется: то повышается, то понижается, редко, правда, отклоняясь более чем на 50 мб от своей средней величины 1013 мб (на уровне моря).

Постараемся выяснить, почему меняется давление и почему оно неодинаково над разными частями земного шара. Солнечные лучи неодинаково обогревают земной шар, так как они под разными углами падают на земную поверхность (см. стр. 222). Больше всего тепла получает экватор, меньше всего - полюсы. Поэтому тропический пояс играет роль постоянного нагревателя атмосферы - здесь больше тепла получается от Солнца, чем отдается в мировое пространство. Полюсы - постоянные холодильники, непрерывно отдающие тепло, а получают они его сравнительно мало.

Между нагревателем и холодильником должно обязательно возникнуть движение воздуха. Сделаем такой опыт. В два сосуда (А и Б),

соединенных внизу и наверху трубками, нальем воду до уровня середины верхней трубки и затем один из сосудов (А) начнем нагревать, а другой (Б) обложим льдом. Вода в сосуде А расширится, и уровень ее станет выше, чем в сосуде Б; она потечет по верхней трубке из А в Б. Но тогда окажется, что общий вес и давление на дно всего столба воды в сосуде Б больше, чем в сосуде А, и по нижней трубке вода начнет течь из сосуда Б в А.

циркуляция воды между нагреваемым (А) а охлаждаемым (Б) сосудами.

Так между нагревателем и холодильником установится круговая циркуляция воды.

Этот опыт показывает, что течение направлено от места с более сильным давлением столба воды к месту с менее сильным давлением. Наверху более сильное давление совпадает с теплом, а внизу,- наоборот, с холодом. Посмотрим, что же наблюдается в атмосфере. Если подсчитать за много лет среднее атмосферное давление на уровне, например, 10 км в северном полушарии, то самое высокое (для этого уровня) давление окажется на экваторе, самое низкое - на полюсе, а вдоль параллелей давление почти не меняется. Обычно на географическую карту наносят величины давления для данного уровня и по этим величинам проводят линии одинакового давления - изобары (от греческих слов «изо» - равный, «барос» - тяжесть, вес). Средние изобары на уровне 10 км проходят почти точно вдоль параллелей: вдоль экватора располагается полоса самого высокого давления, и отсюда давление равномерно убывает к полюсам. Полюс находится в центре самого низкого давления.

Таким образом, давление в атмосфере наверху распределяется так же, как и в верхних

частях наших сосудов,- оно убывает от тепла к холоду.

Если посмотрим на карту среднего давления атмосферы для земной поверхности, полного совпадения с результатами нашего опыта мы уже не найдем. Действительно, на полюсе давление повышенное, а на экваторе - пониженное, но в промежутке между ними давление в среднем от экватора повышается к тропикам, затем понижается к умеренным широтам и вновь возрастает к полюсам. Изобары здесь уже вовсе не проходят по широтам, а замыкаются вокруг отдельных центров повышенного и пониженного давления. Если же мы просмотрим ежедневные карты давления, то на всех уровнях (а особенно у земли) увидим крайне изменчивую день ото дня картину - движущиеся, образующиеся и вновь исчезающие центры высокого и низкого давления, которые не подчиняются никаким видимым порядкам и законам.

Обратимся теперь к воздушным течениям: подтверждают ли они наш опыт? Оказывается, что почти во всей толще атмосферы ветры дуют вовсе не от высокого давления к низкому (т. е. перпендикулярно к изобарам), а вдоль изобар:

Распределение среднего давления и воздушных течений в атмосфере для северного полушария: А - на высоте 10 а; Б - у земной поверхности; Н - низкое давление; В - высокое давление. 1 - изобары; 2- направление ветра.

в северном полушарии они оставляют высокое давление справа, а низкое - слева (по ходу движения потока), в южном полушарии - наоборот. Только в самом нижнем, приземном слое атмосферы поток отклоняется в сторону более низкого давления, и именно те ветры, которые мы непосредственно ощущаем, дуют под углом к изобарам. Причина этого - отклоняющее действие вращения Земли.

ОТКЛОНЯЮЩАЯ СИЛА ВРАЩЕНИЯ ЗЕМЛИ

В повседневной жизни мы замечаем вращение Земли только по смене дня и ночи. Между тем вращение земного шара вокруг своей оси оказывает отклоняющее действие на все движущиеся тела. Это отклоняющее действие становится заметным только при очень длительных движениях по инерции, без действия слишком мощной движущей силы. К этому роду движений можно отнести перемещение воздуха в атмосфере, так как силы разности давления очень невелики и частице воздуха приходится проделывать большой путь из одних областей земного шара в другие.

Все направления на Земле мы привыкли определять по сторонам горизонта (на юг, на север и т. д.) и забываем о вращении меридианов и параллелей вместе с Землей. Наиболее наглядно это видно на полюсе, вокруг которого меридианы вращаются, как спицы вокруг оси колеса.

Посмотрите на рисунок. Представим себе, что из точки А вдоль меридиана на север запущена ракета. Через некоторое время после старта с места запуска определяют положение ракеты и убеждаются в том, что она отклонилась вправо от приданного ей направления и находится уже не на том меридиане. Впрочем, это никого не может удивить, так как отклоняющее действие вращения Земли было учтено заранее, при расчете траектории ракеты. За истекший промежуток

Действие отклоняющей силы вращения Земли. Кажется, что ракета отклонилась от меридиана, а в действительности же повернулся меридиан.

времени Земля и меридианы повернулись на некоторый угол, точка старта сместилась из А в Б, а ракета продолжала двигаться в приданном ей направлении параллельно прежнему положению меридиана. Наземным наблюдателям кажется, что ракета попала в точку Г вместо точки В из-за отклонения под действием какой-то силы.

Эту силу мы и называем отклоняющей силой вращения Земли.

Наиболее велика она на полюсе, где меридианы за сутки совершают полный оборот на 360°. Чем ближе к экватору, тем меньше отклоняющая сила. В южном полушарии отклоняющая сила действует влево, а не вправо. В этом можно легко убедиться, представив себе запуск ракеты. Чем быстрее движется тело, тем сильнее действует на него отклоняющая сила.

Под влиянием отклоняющей силы воздушный поток движется вдоль изобар. Почему именно так? Непрерывно действующая отклоняющая сила могла бы отклонять ветер все дальше и дальше вправо (в северном полушарии). Но когда ветер отклоняется от изобар вправо, он начинает дуть от низкого давления к высокому против действующей силы давления и эта сила вновь возвращает его к прежнему направлению вдоль изобар.

ОСНОВНЫЕ ТЕЧЕНИЯ ВОЗДУШНОГО ОКЕАНА

Воздух не может двигаться прямо от высокого давления к низкому из-за отклоняющей силы. Поэтому обмен теплом и холодом между различными частями земного шара сложен.

Меньше всего отклоняющая сила вблизи экватора: поэтому здесь меньше и разности давления, которые быстро выравниваются потоками, направленными почти прямо от высокого давления к низкому. Приблизительно с шпроты 25-30° отклоняющая сила настолько велика, что такие прямые потоки становятся невозможными. Вблизи тропиков наверху получается скопление масс воздуха, поступающего сравнительно свободно от экватора, но не имеющего возможности передвигаться дальше к полюсам. Это скопление масс воздуха создает полосы повышенного давления вдоль тропиков в слое пять и более километров толщиной. Излишек поступающего наверх воздуха уравновешивается непрерывным оттоком воздуха в нижних слоях, от полосы повышенного

давления к экватору, где ветер дует под углом к изобарам. Этот нижний ветер называется пассатом. Так между экватором и тропиками устанавливается своя система циркуляции, сходная со схемой нашего опыта: наверху ноток от тепла к холоду, внизу - от холода к теплу.

Между тропиками и полюсом давление почти во всех слоях падает к полюсу и ветер дует с запада на восток, образуя огромный круговой вихрь вокруг Северного полюса. Именно из-за такого направления потока у нас погода почти всегда приходит с запада. Недаром народная примета говорит: «Теменца (облачность) на закате - будет дождь». Этот западный поток напоминает течение бурной горной речки с вихрями и водоворотами. Только при складывании всех ветров сказывается преобладание западного ветра; в действительности ветры непрерывно меняются. В общем западном потоке образуются, движутся вместе с потоком и вновь исчезают круговые вихри, связанные с подвижными областями пониженного и повышенного

Движение воздуха в северном полушарии. Н - низкое давление, В - высокое давление. 1 - изобары и направление ветра на высоте 500-1000 м; Я - ветер у поверхности Земли.

давления. В северном полушарии воздух движется вокруг центра пониженного давления против направления вращения часовой стрелки (в южном полушарии направление вращения обратное); такой вихрь называется циклоном,

Вихрь, вращающийся в противоположном направлении вокруг центра повышенного давления, называется антициклоном.

Эти движущиеся вихри возникают из-за неустойчивости верхнего западного потока. Когда поток наверху отклоняется от изобар, воздух начинает переходить через изобары или от высокого давления к низкому, или от низкого к высокому. Но в этом случае на той стороне, куда приходит воздух, увеличивается общая масса атмосферы и давление внизу растет, а на той стороне, откуда воздух оттекает, давление внизу уменьшается. Вот эти изменения давления и приводят к образованию циклонов и антициклонов.

Воздушные потоки, двигаясь вокруг центров циклонов и антициклонов, переносят тепло от низких широт к высоким и холод - от высоких к низким. Именно так и обмениваются тропики и полюсы теплом и холодом. Эти потоки сменяют друг друга, создавая всем нам хорошо известные резкие изменения температуры.

ЦИКЛОНЫ, АНТИЦИКЛОНЫ И ФРОНТЫ

Циклоны - области по преимуществу пасмурной погоды с осадками, антициклоны - ясной сухой погоды. Как мы уже знаем, в самом нижнем слое атмосферы ветры дуют под углом к изобарам и воздух оттекает от высокого давления к низкому. Он стекается к центру циклона и здесь поднимается. В антициклоне наоборот: внизу воздух растекается от центра наибольшего давления, а на его место сверху опускается воздух, стекающийся наверху. Когда воздух в циклоне поднимается и оказывается под меньшим давлением атмосферы, он расширяется и температура его понижается. С понижением температуры водяной пар, содержащийся в воздухе, начинает конденсироваться, т. е. переходить в воду. В воздухе появляются мелкие водяные капли, образующие облака. В антициклоне при опускании воздух сжимается и нагревается, а все облачные капли испаряются. Такова основная причина различной погоды в циклонах и антициклонах.

Но неправильно было бы думать, что во всей области циклона небо сплошь затянуто облаками и идут непрерывные дожди. Если посмотреть на циклон сверху, из космического пространства (а такие фотоснимки уже имеются), то окажется, что облачность в его зоне распределяется преимущественно в виде вытянутых

Положение поверхности фронта в атмосфере. Черная стрелка показывает направление движения холодного воздуха, светлая - теплого.

полос, которые сходятся в центральной части циклона.

Длина этих полос достигает тысяч, а ширина - сотен километров. Распределение облаков показывает, что воздух подымается не во всей области циклона, а в сравнительно узких его зонах. Эти зоны имеют особое значение для формирования погоды. Они не случайно называются атмосферными фронтами, так как, подобно военным фронтам, изображаются на карте погоды линией (см. стр. 205). Вдоль такой линии наблюдается резкий контраст температуры - здесь у земли непосредственно рядом находятся области как теплого, так и холодного воздуха. Выше от земли граница между теплым и холодным воздухом представляет почти горизонтальную поверхность, наклоненную под очень малым углом к земной поверхности: холодный воздух в виде клина расположен под этой поверхностью, а теплый воздух - над ней. Там, где фронтальная поверхность опускается до земли, находится линия фронта.

Фронт может оставаться неподвижным только при одном условии: если массы теплого и холодного воздуха текут, как бы скользя вдоль его поверхности, либо в одном и том же, либо в противоположных направлениях. Если воздушный поток направлен от теплого воздуха к холодному, то фронт перемещается в этом направлении, теплый воздух вытесняет и заменяет холодный. Такой фронт называется теплым, так как он приносит с собой всегда потепление. Теплый воздух движется быстрее холодного и вынужден восходить вверх по наклонной фронтальной поверхности; он как бы взбирается на спину отступающего холодного воздуха. Восходящий воздух охлаждается, в нем образуется целая система облаков, из которых в зоне шириной до 300-400 км выпадает дождь или снег. Характерная особенность этих облаков - они очень однородны, напоминают пелену и только в зоне осадков под ними образуются

низкие разорванные облака плохой погоды. Теплый фронт дает наиболее устойчивую и продолжительную ненастную погоду, так как ширина зоны его осадков наиболее велика.

Наблюдали ли вы когда-нибудь, как приходит ненастье? Стоит ясный день, и вот у самого горизонта появляются малозаметные тонкие перистые облака. Они постепенно распространяются по всему небу. Солнце светит почти по-прежнему ярко, а небо остается голубым, хотя и утратило немного чистоту своей окраски. Вслед за перистыми облаками надвигается прозрачная вуаль перисто-слоистых облаков, солнце продолжает светить, но небо стало белесоватым. Вуаль уплотняется, солнце светит как сквозь масляную бумагу, небо белое и у горизонта даже сероватое: это - высокослоистая облачность, поверхность фронта над нами опустилась еще ниже. Теперь уже самый ненаблюдательный человек заметит, что погода ухудшается. Но вот падают первые редкие капли дождя. Солнце скрывается за ровной серой пеленой облаков. Дождь усиливается; под пеленой слоисто-дождевых облаков несутся обрывки и клубы низких разорванно-дождевых облаков. Дождь идет несколько часов, а затем прекращается, воздух теплеет: теплый фронт прошел.

Если воздушный поток направлен от холодного воздуха к теплому, то, наоборот, холодный воздух вытесняет теплый. Такой фронт приносит похолодание и называется холодным. Отставание нижних слоев воздуха от верхних под влиянием трения о земную поверхность приводит к тому, что фронт «выпячивается» вперед и верхние слои обрушиваются вниз: холодный фронт приобретает форму катящегося вала. Вытесняемый прямо вверх теплый воздух быстро поднимается и образует гряду темных туч - кучево-дождевых облаков, из которых летом выпадают грозовые ливни, иногда с градом, зимой - шквалистый снегопад. Над более высокими частями фронтальной по-

верхности теплый воздух поднимается более плавно: здесь часто образуются облака и осадки, похожие на облака ненастья и обложные осадки теплого фронта.

Холодный фронт не предупреждает о своем приходе в отличие от теплого. Редко, когда перед ним образуются высококучевые облака в виде хлопьев или зерен чечевицы. Обычно на горизонте появляется сплошная гряда темных туч с белоснежными вершинами. Эта гряда быстро приближается, протягиваясь от одного края небосвода до другого. Становится видной нижняя рваная поверхность этой гряды, за которой виднеется сливающаяся темная стена дождя. Удары грома, молнии, порывы ветра, и ливень с градом забарабанил по крышам. Дождь становится обложным, потом постепенно ослабевает, прекращается, облачность разрывается. Быстро холодает: холодный фронт прошел.

Наиболее резко фронты выражены в циклонах, так как здесь нижние стекающиеся потоки сближают холодные и теплые массы воздуха, увеличивают температурные различия между ними. В антициклонах, наоборот, растекающиеся потоки ослабляют температурные

контрасты, и поэтому фронты почти никогда не проходят через центры антициклонов.

Циклоны с фронтами и антициклоны непрерывно возникают в атмосфере, переносятся общим воздушным потоком (преимущественно с запада на восток), исчезают и возникают вновь. Они-то и определяют капризную изменчивость погоды, о которой говорилось в начале этой статьи. Иногда в течение целого месяца или даже сезона через какую-нибудь область непрерывно один за другим движутся циклоны с фронтами, выпадают осадки, стоит ненастная погода. Потом наступает период преобладания антициклонов и устанавливается ясная сухая погода.

Заблаговременное предсказание погоды - пока главное средство преодолевать вредное ее влияние на нашу жизнь и народное хозяйство. Но недалеко то время, когда мы сможем частично изменять погоду. Уже сейчас на небольших территориях удается рассеивать облака или вызывать из них осадки (см. стр. 218). Нужно надеяться, что упорная работа ученых подготовит новую эру, когда погода будет подчинена человеку.

КАК НАБЛЮДАЮТ ПОГОДУ

МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ И ГИДРОЛОГИЧЕСКАЯ СЛУЖБА

Изо дня в день в грозу, в бурю, в метель наблюдают за погодой метеорологи. Они работают повсюду: и среди снегов Арктики и Антарктиды, и на вершинах Тянь-Шаня, и в сибирской тайге. Им помогают гидрологи, которые следят за жизнью рек, морей, озер, болот.

Для чего все-таки нужна метеорологическая и гидрологическая служба? Может быть, можно обойтись без нее? Оказывается, нет. О погоде забывать нельзя. А кто о ней забудет, она сама напомнит о себе. Вот один из тысячи примеров. В начале нашего века около г. Джонстауна (США) вода прорвала земляную плотину. Гигантская волна прокатилась по долине, снося на своем пути мосты, строения, деревья. Отчего же это произошло? Оказывается, оттого, что при сооружении плотины инженеры не приняли в расчет, что наблюдающиеся в бассейне этой реки сильные и продолжительные ливни могут

поднять воду на много метров выше обычного уровня. Они не учли этого и сделали отверстие плотины слишком узким. Паводок не мог пройти сквозь него, и произошла катастрофа. Уже один такой пример показывает, какое значение имеют данные метеорологической и гидрологической службы.

Впервые дневники погоды в России начали вести с 1722 г. в Петербурге по указу Петра I. В 1849 г. была открыта Главная физическая обсерватория, а затем и десятки метеорологических станций начали работать по единым инструкциям.

Великая Октябрьская социалистическая революция открыла широкий путь для развития метеорологии в нашей стране. 21 июня 1921 г. Совет Народных Комиссаров по инициативе Владимира Ильича Ленина постановил расширить метеорологические исследования в Советском Союзе. Была создана общая метеорологическая и гидрологическая служба. Сеть метеорологических станций выросла в несколько раз. На отечественных заводах приборостроения были сконструированы сложнейшие современные приборы для метеорологических и гидрологических станций.

Советские инженеры сконструировали для необитаемых островов и труднодоступных гор автоматическую радиометеорологическую станцию (АРМС), которая работает без людей и передает результаты наблюдений по радио. Сигналы АРМС принимаются на расстоянии более 500 км.

АРМС действует за счет электрической энергии аккумуляторов. Работа ее рассчитана почти на год.

В нашей стране действуют полярные, морские, курортные, горные метеостанции и обсерватории. Самые северные из полярных станций расположены на о-ве Рудольфа (Земля Франца-Иосифа), на Северной Земле и на мысе Желания (северная окраина Новой Земли). Самые высокие горные метеорологические станции у нас устроены на Эльбрусе (на высоте 4250м), леднике Федченко (4200м) и Казбеке (3660м). Каждый год в нашей стране организуют антарктические экспедиции, во время которых проводятся метеорологические наблюдения.

ДАРМС - дрейфующая автоматическая радиометеорологическая станция.

АРМС - автоматическая радиометеорологическая станция. Она питается от аккумулятора и работает безотказно около года. Станция работает в пургу, при сильных морозах и в дождь: 1 - приемник скорости ветра; 2 - приемник направления ветра; 3 - приемник температуры воздуха; 4 - приемник атмосферного давления.

дрейфующие в Арктике метеорологические станции «Северный полюс».

Но таких станций немного, и поэтому их сведений недостаточно для изучения погоды на необъятном просторе Арктики. И вот сотрудники Института Арктики и Антарктики нашли выход: они сконструировали дрейфующую автоматическую радиометеорологическую станцию (ДАРМС).

Во время работы станция автоматически преобразует полученные метеорологические данные в сигналы телеграфной азбуки Морзе и посылает их раз в сутки в эфир. Эти сигналы принимают береговые и островные полярные станции. ДАРМС дают сведения не только о погоде, но и о направлении движения льдов в полярном бассейне. ДАРМС могут беспрерывно действовать в течение года.

В 1962 г. в СССР запущен ряд спутников «Космос» с приборами для изучения высоких слоев атмосферы и передачи на землю структуры циклонов и антициклонов, несущихся над землей. Огромная высота, на которой велись наблюдения, позволила изучить обстановку в атмосфере на большом пространстве гораздо точнее и подробнее, чем удается с помощью карт погоды.

Чтобы лучше понять причины изменения погоды, нужно изучать воздушный океан сразу на большом пространстве.

Эту задачу выполняют метеорологические станции, которые разбросаны по всем уголкам нашей Родины.

Вероятно, вам не раз приходилось видеть небольшие огороженные забором площадки, на которых стоят «домики», напоминающие пчелиные ульи, воронкообразные сосуды и разные приборы на подставках. А над всем этим возвышается столб с флюгером. Это типовая метеорологическая станция. Она определяет состояние атмосферы и следит за явлениями погоды.

Для службы погоды на метеостанциях СССР наблюдения ведутся 8 раз в сутки: в 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21 и 24 часа по московскому времени. Кроме того, для изучения климата вся метеорологическая сеть дополнительно ведет наблюдения в 1,7, 13 и 19 часов по местному времени.

В наблюдениях недопустимы пропуски и опоздания: они обесценивают всю работу метеорологической станции. Поэтому за 12-15 минут до наблюдения метеоролог обходит все метеорологические установки, чтобы проверить, исправны ли они. Все отсчеты приборов метеоролог записывает в специальный журнал наблюдений и передает по телеграфу или радио в бюро погоды области и Центральный институт прогнозов (в Москве). Синоптики¹ бюро погоды на основании сведений, полученных с метеостанций, составляют карты погоды и дают прогнозы по данной области.

Сведения о погоде за один и тот же час из различных мест страны наносят условными значками на географическую карту, которая становится картой погоды. На такой карте вы можете видеть состояние погоды одновременно в разных районах.

Для изучения погоды надо наблюдать за всеми ее элементами: давлением воздуха, температурой, влажностью, облачностью, направлением и силой ветра и др.

Давление воздуха измеряется ртутным барометром, а запасным прибором служит барометр-анероид. Его приемник - металлическая гоф-

¹ Синоптики - специалисты, изучающие погоду и составляющие ее прогнозы.

рированная коробочка, из которой выкачан воздух. От сплющивания атмосферным давлением эта коробочка предохраняется сильной пружиной. Колебания атмосферного давления действуют на дно и крышку коробочки, которая от уменьшения давления вспучивается, а при увеличении - прогибается. Эти колебания при помощи особого механизма усиливаются и передаются стрелке, которая движется по циферблату и отмечает величину давления.

Если стрелка прибора показывает, что давление воздуха понижается (как говорят, барометр «падает»), то обычно наступает ухудшение погоды. Данные изменения давления важны для прогноза погоды.

Метеорологические станции ведут регулярные наблюдения за температурой воздуха. На огромных пространствах нашей Родины в одно и то же время бывают самые различные температуры.

Когда говорят о температуре воздуха, то всегда имеют в виду показания термометра,

Ртутный барометр - точный прибор для измерения давления воздуха: 1 - трубка барометра; 2 - ртуть; 3 - чашка барометра.

Барометр-анероид, измеряющий давление воздуха: 1 - коробка, из которой выкачан воздух; 4 - стальная пружина для предохранения коробки от сплющивания внешним давлением атмосферы. При увеличении давления коробка сплющивается и тянет за собой пружину; движение пружины передается через систему рычажков (2) и на стрелку (3).

установленного в тени. Если измерять температуру на открытом месте, освещенном солнцем, то различные термометры покажут разные величины. Термометр с черным шариком покажет выше температуру, чем со светлым. Известно, что черное тело поглощает максимальное количество лучей и поэтому нагревается сильнее других тел.

Следовательно, любой термометр «на солнце» больше будет показывать собственную температуру, чем температуру воздуха.

Часто говорят, что при ветреной погоде мороз сильнее, чем при тихой. Это неверно. Термометр показывает одну и ту же температуру и при ветре и без ветра.

Ощущение холода зависит от того, насколько быстро охлаждается человеческое тело. При сильном ветре охлаждение идет быстрее, чем без ветра.

Термометры на метеорологических станциях устанавливаются в особых будках для защиты от солнечных лучей, дождя, снега. Для лучшей вентиляции стенки будки делают из наклонных планочек, так что воздух свободно проходит внутрь. Чтобы уменьшить нагревание будки солнечными лучами, ее окрашивают в белый цвет.

Устанавливается будка на высоте около 2 м от земли, чтобы ее не засыпало снегом. Для наблюдателя делается лесенка.

Волосной гигрометр - прибор для измерения влажности воздуха в процентах: 1 - регулировка натяжения волоса; 2 - шкала; 3 - ось стрелки; 4 - волос; 5 - стрелка.

Психрометр - точный прибор, измеряющий температуру и влажность воздуха: 1 - заводной ключ; 2 - ветрянка; 3 - термометр, обернутый тканью; 4 - засасываемый воздух.

Анемометр вращения - точный прибор для измерения скорости ветра. При наблюдении прибор поднимается рукой вверх, и при помощи секундомера отсчитывается число делений на шкале анемометра за известный промежуток времени.

В будке устанавливаются три термометра: ртутный, спиртовой и термометр-максимум. Ртуть при сильных морозах замерзает, и тогда пользуются спиртовым термометром: он одновременно может показывать самую низкую температуру с момента последнего наблюдения. Максимальный термометр устроен так же, как медицинские термометры. Трубка термометра сужена вблизи шарика. При повышении температуры ртуть под давлением свободно проходит через это сужение.

Когда температура понижается, суженная часть трубки разрывает столбик, и он остается на максимальном уровне.

Воздух не бывает абсолютно сухим. Даже в жарких пустынях он всегда содержит влагу.

Простейший прибор для измерения влажности - волосной гигрометр. Он состоит из рамки, на которой натянут обезжиренный человеческий волос. Один конец волоса закреплен вверху рамки, а другой перекинут вниз через блок. С блоком связана стрелка, двигающаяся по шкале. При увеличении влажности клеточки волоса разбухают, волос удлиняется, что сейчас же через блок передается стрелкой на шкалу, где влажность воздуха показана в процентах. Влажность уменьшается - волос укорачивается.

Гигрометр помещают в будке рядом с термометрами. Более сложный прибор - вентиляционный психрометр. Он состоит из двух одинаковых термометров, заключенных в металлическую оправу.

Шарики термометров окружены трубками, через которые свободно проходит воздух. На верху оправы помещен всасывающий вентилятор. Шарик одного термометра обернут кусочком батиста. Во время наблюдений материю смачивают водой, а вентилятор заводят. Как только пру-

жина заставит вращаться лопасти вентилятора, воздух начнет всасываться в трубки, обдувать термометры и выходить наружу. Со смачиваемого термометра будет испаряться вода, и он покажет более низкую температуру, чем сухой (вспомните, как холодит мокрое белье). По разности температур сухого и смачиваемого термометров и по таблицам наблюдатель вычисляет влажность воздуха.

Психрометр не требует никакой искусственной тени. С ним можно работать даже на солнце, надо только для удобства подвесить прибор на столбике.

Направление и силу ветра наблюдатель определяет по флюгеру. На столбе флюгера укреплена «роза ветров» из металлических прутьев, указывающих страны света. В верхней части флюгера есть дуга со штифтиками и рамка, на которой качается металлическая дощечка,- это простой прибор для определения силы ветра. Ветер давит на дощечку и поднимает ее на фоне дуги. По штифтикам отсчитывают силу ветра; зная ее, легко определить и скорость ветра, т. е. число метров, проходимых воздухом в одну секунду.

Более точный прибор для измерения скорости ветра - анемометр вращения. Приемником его служит крестовина с четырьмя (или тремя) полушариями, обращенными выпуклостью в одну сторону. Крестовина насажена на вертикальную ось. Под действием ветра вся система легко вращается в одну сторону. Конец оси, уходящей внутрь механизма, имеет бесконечный винт (червяк), связанный с целой системой зубчатых колес. С тремя из них соединены стрелки циферблата.

Если анемометр поместить на ветру и дать вертушке раскрутиться, то можно определить точно скорость ветра.

Все большее распространение на метеостанциях получает электрический анеморумбометр (АРМЭ), который может передавать по проводам направление и скорость ветра. Приемник АРМЭ - трехчашечный анемометр, который силой ветра заставляет вращаться якорь маленькой динамо-машины (генератора), заключенный внутри прибора. Вырабатываемая генератором электроэнергия по проводам передается в помещение метеостанции на шкалу вольтметра. Чем сильнее ветер, тем быстрее вращаются полушария и тем сильнее электрический ток. По степени отклонения стрелки вольтметра судят о скорости ветра. Одновременно на особой шкале показывается направление ветра. АРМЭ устанавливается высоко на металлической мачте или на столбе и может передавать данные о ветре на расстояние 100-150 м.

Метеоролог, наблюдая за облачностью, определяет на глаз количество облаков (0- ясно, 10 баллов - облачно), а по атласу облаков - их форму. Высота облаков определяется при помощи шара-пилота. Это небольшой резиновый шар, наполненный водородом. Пущенный в полет, он достигает облака и исчезает в нем. За шаром следят в угломерный прибор - теодолит. По времени полета шара-пилота определяют высоту облака. Более совершенный прибор для определения не только нижней, но и верхней границы облачности (толщины облаков) в любое время года и суток - облакомер. Он выпускается в свободный полет на шаре и передает на землю с

помощью радиопередатчика особые сигналы в момент своего погружения в облако и выходя из него. Так как скорость подъема шара известна, то по времени появления сигналов о входе и выходе прибора из облаков определяют высоту и толщину их.

Флюгер - простейший прибор для определения направления и скорости ветра. Его устанавливают высоко на столбе, где нет препятствий для ветра. Состоит из флюгарки (3) и доски указателя (2), вращающихся на металлическом стержне. Система уравновешена грузом (4). Под влиянием ветра лопасти флюгарки устанавливаются по ветру, а доска указателя поднимается до одного из штифтов дуги (1). Направление ветра определяется по «розе румбов» (5), а сила ветра - по номеру штифтов на дуге.

Барограф - самопишущий прибор для регистрации давления воздуха: 1 - барабан с часовым механизмом; 2 - столбик анероидных коробок.

Гигрограф - самопишущий прибор для измерения влажности воздуха: 1 - волос; 2 - рычаг; 3 - балансир.

Осадки измеряются особым цилиндром с конусообразной защитой. Цилиндр сечением в 200 см² устанавливают на столбе высотой 2 м. Его огораживают воронкообразным футляром из разреженных планок, чтобы предохранить осадки (особенно снег) от выдувания сильным ветром.

Собранную воду сливают в мензурку и измеряют (зимой снег растапливают). Количество осадков определяется толщиной слоя выпавшей воды в миллиметрах. Умеренный дождь дает 5-6 мм осадков, сильный - около 15- 20 мм, а ливень - более 30 мм.

Даже самые частые наблюдения метеорологов в течение суток бывают недостаточны. Необходима непрерывная запись наблюдений приборами-автоматами.

Для этого созданы самопишущие приборы: барограф - самописец давления воздуха; термограф, записывающий температуру воздуха; гигрограф, регистрирующий влажность воздуха, и плювиограф - дождевые осадки.

На крупных метеорологических станциях, где наблюдения ведутся круглые сутки, используется дополнительно дистанционная метеорологическая станция (ДМС). Она устанавливается на площадке. Для наблюдения за приборами не надо выходить на площадку. Достаточно подойти к распределительному щитку прибора, установленному в комнате, где дежурят метеорологи, нажать 2- 3 кнопки, и ДМС сообщит, что делается снаружи: какой ветер, какая температура и влажность. Все шкалы прибора ДМС смонтированы на пульте управления в форме радиоприемника. Специальный кабель соединяет ДМС с пультом управления. ДМС питается электроэнергией от сети городского или сельского освещения. Если нужно узнать, какой сейчас ветер, нажмите кнопку на пульте управления с надписью «ветер».

На шкалах направления и скорости ветра появятся соответствующие сведения. Все данные о погоде можно получить в течение 30-40 секунд.

Кроме этих основных приборов, применяются многие другие: для измерения солнечной радиации (излучения), температуры почвы, высоты облаков.

Метеоролог должен делать наблюдения точно, быстро и аккуратно. Погода не стоит на месте; она непрерывно меняется, и надо быстро уловить эти изменения. От точности наблюдений метеоролога зависит правильность прогноза погоды, а часто и судьба пассажиров самолетов и судов, которые могут в пути встретиться с грозой или бурей.

Плювиограф - самопишущий прибор для измерения дождевых осадков: 1 - сосуд; 2 - стержень; 3 - перо; 4 - поплавок; 5 - сифон; 6 - контрольный сосуд; 7 - сосуд.

В бюро погоды синоптики все элементы погоды (давление воздуха, температура, влажность, облачность, ветер) наносят на немую географическую карту около каждого пункта наблюдения в строго определенном порядке. Метеорологическая станция на карте обозначается маленьким кружком. Стрелка указывает направление ветра

(стрелка как бы летит по ветру). На рисунке направление ветра - юго-западное. Оперение на стрелке - это сила ветра в баллах. Один балл соответствует скорости ветра примерно 2 м/сек. На рисунке один штрих у стрелки длинный и один - короткий, это означает, что сила ветра равна трем баллам. Четверть кружка зачерчена - значит, четверть неба покрыта облаками. Значок под кружком дает представление о форме облаков - кучевые высотой 1000 м. Слева от кружка показана температура воздуха (+16°). Цифра 127 справа обозначает давление воздуха в миллибарах. Она дается сокращенно, полностью будет 1012,7 мб. Метеорологи условились всю цифру не писать и не отделять запятой десятые доли. Всем, кто знает об этом, понятно, что цифра 127 означает 1012,7 мб. Нормальное давление в 760 мм равно 1013 мб. На нашем рисунке (внизу слева) давление немного ниже нормы.

Но вот все сведения нанесены на карту. Теперь в них надо разобраться. Для этого на карте проводятся изобары - линии, соединяющие места с одинаковым давлением. Затем выделяются области с туманами, дождями и снегопадами и, наконец, выявляются атмосферные фронты (см. стр. 197). В таком виде карта закончена и называется рабочей синоптической

картой. По таким картам синоптики составляют прогнозы погоды.

Надо много хорошо работающих метеорологических станций, чтобы получить все необходимые данные для прогноза. В наши дни Центральный институт прогнозов ежедневно составляет карту погоды всего земного шара.

Термограф биметаллический - самопишущий прибор для регистрации температуры воздуха: 1 - регулировочный винт; 2 - биметаллическая пластинка.

Метеорологические станции устраивают на географических площадках в школах. Они ведут наблюдения за погодой при помощи простейших приборов, изображенных на рисунке.

1. Грабельный нефоскоп. При помощи этого прибора определяют скорость движения облаков (рис. 14). Облако следует выбрать с резко очерченными краями. Для определения скорости движения облака берут в руки концы веревки и отходят на такое расстояние от столба, чтобы видеть зубцы граблей и наблюдаемую часть облака на, одной линии. Стрелка граблей должна быть обращена в сторону движения облака. Наблюдатель становится так, чтобы отметка на

стержне граблей (ее делают на высоте 2м от верхнего конца) была на уровне его глаз. Когда крайняя точка наблюдаемого облака придется против крайнего зубца, надо заметить время по секундной стрелке часов и следить, когда эта же точка дойдет до следующего зубца. Исходя из подобия треугольников ABC и ADE, мы делаем вывод, что расстояние, пройденное облаком, во столько раз больше расстояния между зубцами (0,2 м), во сколько раз сторона АВ треугольника А B С больше стороны AD. Далее по таблице определяется высота облака. Если, например, оно высоко-кучевое, то высота его будет 4000м; поэтому BE/DE₁ =4000/2. Зная, что BC/DE=AB/AD и BF/DE₁ = AB/AD, получаем BC/DE = BF/DE₁ ; отсюда узнаем, чему равняется ВС; очевидно, что ВС = BF · DE/DE₁ =(4000X0,2)/2 = 400 м. Зная время, за которое облако прошло это расстояние, вычисляем скорость движения облака. Направление движения отсчитывается по кругу с делениями (внизу прибора). 2. Флюгер. 3. Нефоскопическая сетка для определения количества и положения облачных масс на небе. Наблюдатель помещается внутри сетки и, пользуясь ее десятью секторами, отсчитывает на глаз количество облаков в баллах. Каждая десятая часть небесного свода, покрытая облаками, соответствует оценке облачности в 1 балл. Если полнеба закрыто облаками, то ставят 5 баллов. 4. Снегомерная рейка для определения высоты снежного покрова. 5. Мензурка. 6. Осадкомер. 7. Подставка для осадкомера. 8. Осадкомер с защитной воронкой. 9. Гигроскоп - самодельный прибор для приблизительного определения влажности воздуха. 10. Волосной гигрометр. 11. Метеорологическая будка. 12. Сифонный ртутный барометр. 13. Гигрометр для определения точки росы.

Гидрологические станции изучают состояние рек, морей, озер, болот. Данные наблюдений этих станций необходимы речникам, строителям мостов, энергетикам и т. д. - словом, всем, кто заставляет воду служить человеку.

На речных гидрологических станциях ведутся наблюдения за уровнем воды, чтобы вовремя предупредить о грозящем наводнении. Измерения делают с помощью простейших водомерных реек. В дно реки вбивается свая. На ней укрепляется рейка с делениями. На больших гидрологических станциях устанавливают самописцы уровня воды. Наблюдатель определяет сроки вскрытия и замерзания реки, что очень важно для навигации. Измеряет он также высоту и плотность снежного покрова во многих пунктах бассейна реки и ее притоках. Так определяются запасы снега в бассейне реки, от которых зависит сила весеннего паводка. Знать, какой силы бывают паводки на реке, очень важно строителям гидросооружений.

Гидрологические станции в течение года сообщают на гидроэлектростанции о количестве воды, поступающей в водохранилище. Эти сведения необходимы гидроэлектростанциям, так как их работа зависит от запасов воды в водохранилищах и от возможности пополнения сточными водами реки.

Ведутся наблюдения и за льдом. Особенно важно наблюдать за внутриводным льдом. Бывает так, что лед еще не идет по реке, а на гидростанции авария. В турбины перестала поступать вода. В чем дело? Оказывается, их забил внутриводный лед. Поэтому очень важно знать о его существовании заранее, чтобы оградить от него турбину. Толщина льда водоемов определяется с помощью рейки с подкосом (из железа). Рейка разделена на сантиметры. Для просверливания скважин в ледяном покрове применяется ледовый бур.

На морях работники гидрологических станций изучают силу и строение морских волн. Эти данные необходимы при постройке кораблей, портов, для защиты береговых сооружений от разрушающих действий волн. Скорость и направление морских течений на различных глубинах измеряют с помощью вертушек. Глубоководными термометрами на разных глубинах определяют температуру воды. Зная температуру воды в глубине и на поверхности, можно определить, где проходят теплые и холодные течения. Например, измеряя температуру воды в Баренцевом море, гидрологи следят за теплым течением Гольфстрим. Это дает возможность до навигации предсказать, как будут вести себя льды в Арктике на Северном морском пути. По температуре воды судят о том, где будут двигаться косяки рыбы. Ведь для ее переходов годится не всякая температура воды.

Для измерения уровня моря и непрерывной записи его колебаний на берегу устанавливаются мареографы. Действие этого прибора основано на записи вертикальных перемещений поплавка, всегда находящегося на поверхности воды. За уровнем моря следят для изучения его вековых колебаний, а также высоты приливов и отливов.

Все данные гидрологических наблюдений из разных концов страны поступают в Центральный институт прогнозов, где составляются гидрологические прогнозы (морские, речные, озерные, болотные и т. д.), которые необходимы народному хозяйству.

В воздушной оболочке Земли происходят многообразные процессы, которые иногда принимают форму грозных и величественных явлений.

Разбушевавшаяся воздушная стихия может причинить бедствия, поэтому люди стараются защититься от них, используя науку и технику.

ГРОЗНЫЕ И ВЕЛИЧЕСТВЕННЫЕ ЯВЛЕНИЯ В АТМОСФЕРЕ

ГРОЗЫ

Грозой называются разряды атмосферного электричества в форме молний, сопровождаемые громом.

Гроза - одно из наиболее величественных явлений в атмосфере. Особенно сильное впечатление производит она, когда проходит, как говорят, «прямо над головой». Удар грома следует за ударом одновременно со вспышками молнии при ураганном ветре и сильном ливне.

Гром - это своеобразный взрыв воздуха, когда он под влиянием высокой температуры молнии (около 20 000°) мгновенно расширяется и затем сжимается от охлаждения.

Линейная молния - огромная электрическая искра длиной в несколько километров. Её появление сопровождается оглушительным треском (громом).

Ученые уже давно внимательно наблюдали и пытались изучить молнию. Ее электрическая природа была раскрыта американским физиком В. Франклином и М. В. Ломоносовым.

Когда образуется мощное облако с крупными дождевыми каплями, сильные и неровные восходящие потоки воздуха начинают дробить дождевые капли в его нижней части. Отделившиеся наружные частички капель несут в себе отрицательный заряд, а оставшееся ядро оказывается заряженным положительно. Мелкие капли легко уносятся потоком воздуха вверх и заряжают верхние слои облака отрицательным электричеством; крупные капли собираются внизу облака и заряжаются положительно. Сила разряда молний зависит от силы потока воздуха. Такова схема электризации облака. В действительности этот процесс гораздо сложнее.

Удары молнии нередко вызывают пожары, разрушают здания, портят линии электропередачи, нарушают движение электропоездов. Для борьбы с вредным действием молнии необходимо «поймать» ее и тщательно изучить в лаборатории. Сделать это нелегко: ведь молнии пробивают сильнейшую изоляцию и опыты с ней опасны. И тем не менее ученые блестяще справляются с этой задачей. Чтобы поймать молнию, в горных грозовых лабораториях устанавливают антенну длиной до 1 км между выступами гор или между горой и мачтами лаборатории. Молнии и ударяют в такие антенны. Одна из таких лабораторий у нас организована на Кавказе - в Бакуриани, где грозы наблюдаются наиболее часто.

Ударив в токоприемник, молния по тросу попадает в лабораторию, проходит через записывающие приборы-автоматы и немедленно уходит в землю. Автоматы заставляют молнию как бы «расписаться» на бумаге. Так удается измерить напряжение и силу тока молнии, продолжительность электрического разряда и многое другое.

Оказалось, что молния имеет напряжение в 100 и более миллионов вольт, а сила тока доходит до 200 тыс. ампер. Для сравнения укажем, что в линиях передач электрической энергии используются напряжения в десятки и сотни тысяч вольт, а сила тока выражается сотнями и тысячами ампер. Но в одной молнии количество электричества невелико, так как ее продолжительность обычно исчисляется малыми долями секунды. Одной молнии хватило бы

на питание только 100-свечовой лампочки в течение суток.

Однако применение «улавливателей» заставляет ученых ждать ударов молнии, а они ведь не так уж часты. Для исследований гораздо удобнее создавать искусственные молнии в лабораториях. При помощи специальной аппаратуры ученым удалось получить на короткое время напряжение электричества до 5 млн. вольт. Разряд электричества давал искры до 15 м длиной и сопровождался оглушительным треском.

Изучать молнии помогает фотография. В темную ночь направляют объектив фотоаппарата на грозовое облако и оставляют на некоторое время камеру открытой. После вспышки молнии объектив фотоаппарата закрывают, и снимок готов. Но такая фотография не дает картины развития отдельных частей молнии, поэтому применяют особые вращающиеся фотокамеры. Необходимо, чтобы механизм аппарата при съемке вращался достаточно быстро (1000-

1500 оборотов в минуту), тогда на снимке проявятся отдельные части молнии. Они покажут, в каком направлении и с какой скоростью развивался разряд.

Плоская молния имеет вид электрической вспышки на поверхности облаков.

Линейная молния - гигантская электрическая искра, очень извилистая и с многочисленными отростками. Длина такой молнии 2-3 км, но бывает до 10 км и больше. Линейная молния обладает большой силой. Она расщепляет высокие деревья, иногда поражает людей, а при ударе в деревянные строения часто вызывает пожары.

Четочная молния - светящаяся пунктирная молния, пробегающая на фоне облаков. Это очень редкая форма молнии.

Ракетообразная молния развивается очень медленно, разряд ее продолжается 1 -1,5 секунды.

Четочная молния похожа на траекторию трассирующей пули. Движение «четок» молнии можно видеть невооруженным глазом.

вая. Это круглая светящаяся масса. В закрытом помещении наблюдали шаровую молнию величиной с кулак и даже с голову, а в свободной атмосфере диаметром до 20 м. Обычно шаровая молния исчезает бесследно, но иногда она взрывается со страшным треском. При появлении шаровой молнии слышен свистящий или жужжащий звук, она как бы кипит, разбрасывая искры; после ее исчезновения в воздухе часто остается дымка. Продолжительность шаровой молнии от секунды до нескольких минут. Движение ее связано с воздушными течениями, но в некоторых случаях она перемещается самостоятельно. Шаровые молнии возникают в сильные грозы.

Объяснение шаровой молнии найдено лишь в последние годы. Шаровая молния возникает под воздействием разряда линейной молнии, когда в воздухе происходят ионизация¹ и диссоциация² объема обыкновенного воздуха. Оба эти процесса сопровождаются поглощением огромного количества энергии. Шаровая молния в сущности не имеет права называться молнией: ведь это просто раскаленный и заряженный электрической энергией воздух. Сгусток заряженного воздуха постепенно отдает свою энергию свободным электронам окружающих слоев воздуха. Если шар свою энергию отдает на свечение, то он просто исчезает: превращается снова в обыкновенный воздух. Когда же на своем пути шар встречает какие-либо вещества, действующие как возбудители, он взрывается. Такими возбудителями могут быть окиси азота и углерода в виде испарений, пыли, сажи и т. д.

Температура шаровой молнии около 5000°. Подсчитано также, что энергия взрыва вещества шаровой молнии в 50-60 раз превышает энергию взрыва бездымного пороха.

При сильных грозах бывает очень много молний. Так, во время одной грозы наблюдатель за 15 минут насчитал 1 тыс. молний. Во время одной грозы в Африке за час отметили

Чтобы предохранить здания и другие сооружения от молнии, применяется громоотвод, или, как теперь правильно называют, молниеотвод. Это - металлический стержень, соединенный с надежно заземленным проводом.

Для защиты от молнии не становитесь под высокими деревьями, особенно одиноко стоящими, так как молния часто ударяет в них. Очень опасен в этом отношении дуб, потому что его корни глубоко уходят в грунт. Никогда не надо укрываться в стогах сена и снопах.

В открытом поле, особенно на возвышенных местах, при сильной грозе идущий человек подвергается большой опасности поражения молнией. В таких случаях рекомендуется сесть на землю и переждать грозу.

Молниеотвод для защиты от ударов молнии. Металлический стержень установлен на крыше здания и соединен с толстым проводом, уходящим в землю. Для лучшего рассеивания электричества провод в земле надежно соединяется с металлическим листом.

¹ При ионизации нейтральные атомы приобретают электрический заряд.

² Диссоциацией называется процесс, при котором молекулы распадаются на отдельные атомы.

Перед началом грозы необходимо уничтожить сквозняки в помещении и закрыть все дымоходы. В сельских местностях не следует вести разговоры по телефону, особенно при сильных грозах. Обычно у нас сельские телефонные станции в это время прекращают соединение. Радиоантенны при грозе нужно всегда заземлять.

Если случится несчастье - кто-либо будет контужен молнией, - необходимо немедленно оказать пострадавшему первую помощь (искусственное дыхание, специальные вливания и т. д.). Кое-где существует вредный предрассудок, будто пораженному молнией можно помочь, закопав его тело в землю. Этого ни в коем случае нельзя делать: человек, пострадавший от молнии, особенно нуждается в усиленном притоке воздуха к телу.

ЛИВНИ

Грозы, как правило, сопровождаются ливнями. Но бывают ливни и без гроз. Ливнем · называется дождь такой силы, когда в одну минуту выпадает более 1 мм осадков.

Ливни могут в некоторых случаях вызвать настоящие бедствия. В июле 1882 г. у станции Кукуевка Курской ж. д. разразился ливень с сильной грозой. Несколько часов дождь лил как из ведра. При этом выпало 158 мм осадков, или по 140 тыс. ведер воды на каждый гектар. Потоками воды размыло железнодорожную на-сыпь. В результате произошло крушение почтового поезда. Было много жертв.

Сила ливней возрастает от высоких широт к экватору В северных районах Европейской части СССР наибольшая интенсивность ливней не превышает 1,5 мм/мин, в районах средней полосы - 2,5 мм. В горах Кавказа наблюдались ливни интенсивностью 5-6 мм/мин. Еще более интенсивны тропические ливни. Иногда за сутки выпадает более 1000 мм осадков! Это почти в два раза больше, чем выпадает осадков в Москве за целый год.

Ливни вызывают необычный подъем воды в реках и сильные наводнения. Много несчастий приносят ливни в горах. Всем известна страшная сила течения горных рек, особенно после ливней. Огромные скалы обрушиваются с гор в долины, сносятся целые поселки, плодородные долины засыпаются камнями.

Ливни в горах могут вызвать грязевые или грязе-камневые потоки - так называемые сели.

Для защиты от наводнения на берегах больших рек обычно сооружают огромные дамбы.

В нашей стране создаются защитные лесные полосы, предохраняющие поля от губительного действия сточных вод, строят плотины и колоссальные водохранилища, которые помогают регулировать сток ливней и паводковых вод.

ПОЧЕМУ БЫВАЕТ ГРАД

Град - это кусочки льда (обычно неправильной формы), которые выпадают из атмосферы с дождем или без него (сухой град). Град выпадает преимущественно летом из очень мощных кучево-дождевых облаков и обычно сопровождается грозой. В жаркую погоду градины могут достигать величины голубиного и даже куриного яйца.

Сильнейшие градобития известны еще с древнейших времен по летописям. Случалось, что не только отдельные районы, но даже целые страны подвергались градобитиям. Такие явления бывают и в наши дни.

29 июня 1904 г. в Москве выпал крупный град. Вес градин достигал 400 Г и более. Они имели слоистое строение (как у луковицы) и наружные шипы. Град падал отвесно и с такой силой, что стекла теплиц и оранжерей были словно прострелены ядрами: края образовавшихся отверстий в стеклах оказались совершенно гладкими, без трещин. В почве градины выбивали углубления до 6 см.

11 мая 1929 г. сильный град выпал в Индии. Встречались градины 13 см в диаметре и весом в килограмм! Это самый крупный град, когда-либо отмеченный метеорологией. На земле градины могут смерзаться в большие куски, чем и объясняются удивительные рассказы о размерах градин величиной с конскую голову.

История градины отражена в ее структуре. В разрезанной пополам круглой градине можно видеть чередование прозрачных слоев с непрозрачными. Степень прозрачности зависит от скорости замерзания: чем оно идет быстрее, тем менее прозрачен лед. В самом центре градины всегда видно ядро: оно похоже на зерно «крупы», которая часто выпадает зимой.

Скорость замерзания градин зависит от температуры воды. Вода замерзает обычно при 0°, но в атмосфере дело обстоит иначе. В воздушном океане капли дождя могут оставаться в переохлажденном состоянии при очень низких температурах: минус 15-20° и ниже. Но стоит

только переохлажденной капле столкнуться с кристалликом льда, как она мгновенно замерзнет. Это уже зародыш будущей градины. Возникает он на высотах более 5 км, где и летом температура ниже нуля. Дальнейший рост градины происходит при иных условиях. Температура градины, падающей под действием собственной тяжести из высоких слоев облака, ниже температуры окружающего воздуха, поэтому на градине оседают капельки воды, и водяной пар из которых состоит облако. Градина начнет укрупняться. Но пока она мала, и даже умеренный восходящий поток воздуха подхваты-вает ее и несет в верхние части облака, где хо-лоднее. Там она охлаждается и при ослаблении ветра начинает снова опускаться. Скорость восходящего потока то усиливается, то уменьшается. Поэтому градина, совершив несколько раз «путешествие» вверх и вниз в мощные облака, может вырасти до значительных размеров. Когда она отяжелеет настолько, что восходящий поток уже не в состоянии будет ее поддерживать, градина упадет на землю. Иногда с края тучи выпадает «сухой» град (без дождя), где восходящие потоки значительно ослабли.

Итак, для образования крупного града нужны очень сильные восходящие потоки воздуха. Для поддержания в воздухе градины диаметром в 1 см необходим вертикальный поток со скоростью 10 м/сек, для градины диаметром в 5 см - 20 м/сек и т. д. Такие бурные потоки были обнаружены в градовых облаках нашими летчиками. Еще большие скорости - ураганные - зафиксированы кинокамерами, которые с земли снимали растущие вершины облаков.

Ученые с давних пор пытались найти средства для рассеивания градовых туч. В прошлом столетии были построены пушки для стрельбы по тучам. Они выбрасывали в высоту вихревое дымовое кольцо. Предполагали, что вихревые движения в кольце могут помешать образованию града в туче. Оказалось, однако, что, несмотря на частую стрельбу, град продолжал выпадать из градовой тучи с прежней силой, так как энергия вихревых колец была ничтожна. В наши дни эта задача принципиально решена, и главным образом усилиями советских ученых.

ШТОРМЫ, УРАГАНЫ, ТАЙФУНЫ

Легкие или умеренные ветры иногда усиливаются до шторма (бури) или урагана.

Штормом (бурей) называется продолжительный сильный ветер, скорость которого

превышает 15 м/сек по ветровой шкале, принятой в мореплавании и метеорологии.

На суше такие ветры бывают сравнительно редко: ветер встречает неровности земной поверхности и много других препятствий и не может достигнуть такой силы, как в открытом море. Чем сильнее ветер, тем он более порывист. Во время бури порывы ветра иногда в полтора-два раза превышают средние скорости и могут вызвать разрушения.

Так как сильные бури бывают на суше сравнительно редко, а чаще случаются на морях и океанах, то им присвоены морские названия. Ветер в 8 баллов называется штормом, в 10 баллов - сильным штормом, а в 11 баллов - жестоким штормом.

Ураганом называется буря, когда скорость ветра превышает 24 м/сек (12 и более баллов).

Все бури, как бы они ни назывались, возникают по одной и той же причине - из-за большой разности давлений атмосферы на близких расстояниях. Чаще всего бури связаны с атмосферными вихрями-циклонами (см. стр. 196). Если давление в центре циклона очень низкое по сравнению с его окраинами, то возникает большая разность давлений, вызывающая штормовые ветры.

Штормовые циклоны (до 12 баллов) в средних широтах бывают редко: один раз в 8-10 лет.

Обычная скорость движения циклонов - 30-40 км/час; но бывает и более 80 км/час. Жестокий ураган при скоростях ветра до 60 м/сек (220 км/час) пронесся в начале сентября 1961 г. над южным побережьем США. Особенно пострадал г. Галвестон (северо-западное побережье Мексиканского залива). Он был почти полностью разрушен. Ветром унесло в море деревянные дома, амбары, сараи. Ураган разрушил электростанцию. Рухнуло здание суда, в котором укрывалось от стихии более 100 жителей города. Большинство окон в зданиях было выбито. Ливень залил некоторые районы города водой, уровень которой превышал 1 м. Бедствие усилилось еще и тем, что массы смертоносных гремучих змей и водяных щитомордников заполнили дороги, которые использовались для спасения пострадавших. Было много человеческих жертв. Город опустел: из 75 тыс. жителей в нем осталось лишь 15 тыс.

Особенно страшны циклоны, образующиеся в тропических широтах. Тропические циклоны вызываются теми же причинами, что и циклоны

наших широт, но они меньше размером и в поперечнике достигают всего 200-300 км. Зато разница в давлении воздуха здесь колоссальная, иногда 20 мб на 100 км. Поэтому скорость ветра достигает силы урагана. Циклоны сопровождаются мощной грозовой облачностью, сильными ливнями и огромными океаническими волнами. Эти циклоны возникают сравнительно редко - от 5 до 15 раз в году.

Тропические циклоны зарождаются обычно между 6 и 20° с. и ю. ш. Над Тихим океаном они наиболее часто возникают восточнее Филиппинских о-вов.

Над Атлантическим океаном циклоны появляются чаще всего в районе о-вов Зеленого Мыса и Антильских.

Первые признаки приближения тропического циклона появляются на небе. Еще накануне при восходе или заходе солнца небо ярко-красного цвета. Это окрашиваются солнцем высокие и легкие перистые облака, движущиеся впереди наступающего циклона. Постепенно, по мере приближения циклона, небо становится медно-красным. На горизонте появляется темная полоса. Затихает ветер. В душном, жарком воздухе наступает зловещая тишина. Морские птицы поспешно собираются в стаи и улетают в глубь континента. Барометр начинает падать за 24 часа или даже за 48 часов до наступления бури. Чем быстрее снижается давление, тем скорее и тем сильнее будет буря.

В центре тропического циклона всегда бывает область затишья диаметром 20-30 км. Проясняется небо, светит солнце, стихает ветер, но по-прежнему ходят волны разбушевавшегося океана. Моряки назвали такую область «глазом бури». В этой небольшой зоне воздух сдавлен со всех сторон ураганными ветрами, стремящимися к центру циклона. Нисходящие потоки воздуха в центре циклона рассеивают облачность.

Разрушения, производимые тропическим циклоном, зависят не только от непосредственного действия ветра, но и от волнения на море: огромные волны, набегая на низкие берега, также разрушают строения, смывают поселки и даже целые города. Ураган выбрасывает на берег большие суда.

В сентябре 1961 г. грозный тайфун (так называют тропические циклоны в Юго-Восточной и Восточной Азии) под названием «Ненси» пронесся над Тихим океаном. Он возник в районе Маршалловых о-вов. Вначале тайфун стремительно перемещался на запад. В центре циклона наблюдалось очень низкое давление. 13 сентября, например, оно понизилось до 888,5 мб, ниже самого низкого давления, которое когда-либо отмечалось метеорологами. Скорость ветра в тайфуне превышала 80 м/сек (до 300 км/час). 15 сентября «Ненси» подошел к берегам Японии - о-ву Кюсю. В течение последующих дней тайфун прошел вдоль Японских о-вов к северо-востоку. Он причинил большие бедствия: погибло около 150 человек и было ранено более 2 тыс. человек. 450 тыс. домов оказалось затоплено и разрушено, прорваны дамбы и уничтожены мосты. Сильные ливни и океанические волны вызвали наводнения, обвалы и оползни. Циклон пересек о-в Хоккайдо, вышел в Охотское море и охватил южную часть Сахалина. Здесь со многих домов были сорваны крыши, разрушены печные трубы, разбиты окна. На своем пути тайфун ломал деревья, валил телеграфные столбы, рвал провода. На море разыгрался сильный шторм. Однако суда, находившиеся в угрожаемом районе, были заблаговременно предупреждены Службой погоды и ушли в укрытия.

ШКВАЛЫ

Шквалом называют внезапное усиление ветра до бури с резким изменением направления. Шквальный ветер нередко сравнивают с ударом ветра: настолько велики бывают разрушения, которые производит шквал в несколько минут. По силе шквальный ветер не только не уступает бурям, но даже превосходит их.

На изучение природы шквалов было обращено особое внимание в конце прошлого века, после катастрофы в 1878 г. с английским военным фрегатом «Эвридик». Судно возвращалось из дальнего плавания. На пристани толпились встречающие. «Эвридик» показался на горизонте, с каждой минутой вырисовываясь все яснее и яснее. Когда до берега оставалось каких-нибудь 2-3 км, внезапно налетел шквал. Люди на пристани были сбиты с ног ветром. Масса мокрого снега закрыла весь горизонт, превратив день в ночь. Море закипело и покрылось огромными валами. Продолжалось это не более пяти минут. Затем ураганный ветер внезапно стих, перестал идти снег, прояснилось небо. Но от фрегата не осталось и следа. Тщетно всматривались люди в море. Там было пусто. Фрегат «Эвридик» был опрокинут ветровым уда-

ром и моментально затонул со всем экипажем. Только через несколько дней после шквала водолазы нашли корабль на дне моря у входа в бухту. Когда были собраны сведения из разных мест о происшедшем урагане, то оказалось, что он шел с громадной скоростью - 90 км/час - очень узкой (2-3 км ширины) полосой. Длина ее превышала 700 км.

Теперь уже хорошо известно, какие причины порождают такой внезапный ураганный ветер. Шквал возникает при вторжении холодных масс воздуха в теплые. Холодный воздух при вторжении вытесняет теплый, заставляя его быстро подниматься. При охлаждении теплого воздуха вверху образуются кучево-дождевые облака, разражающиеся ливнем, градом, шквалом, который всегда идет длинной узкой полосой, обычно от 1 до 6 км шириной. Ветер резко меняет свое направление, иногда даже на противоположное, и усиливается.

Шквальное облако имеет очень характерный вид: оно черное, с рваными краями, как бы когтями, спускающимися вниз, и белой завесой дождя в глубине облака. Это облако идет низко над землей; нижний его край все время меняет форму.

Уже по внешнему виду облака наблюдатель может догадаться о предстоящем шквале.

Чтобы предвидеть шквалы, необходимо следить по ежедневным картам погоды за холодными фронтами. Определяя их передвижение, можно своевременно предупредить районы, которым угрожает шквал.

Смерч - вихрь диаметром 100-300 м, иногда более километра - передвигается вместе с облаком со скоростью 40 - 50 км/час.

СМЕРЧИ (ТОРНАДО, ТРОМБЫ)

В природе иногда бывает так, что все затихает, но это затишье перед бурей. Приближается огромная мрачная туча. Гром гремит все сильнее и сильнее. И вдруг из-за завесы дождя с правой стороны тучи начинает выдвигаться крутящийся вал. Извиваясь, как змея, он подходит к краю тучи, изгибается и направляется вниз к земле. Вот он опускается все ниже и ниже. Навстречу ему с земли поднимается крутящийся столб пыли, образуется фигура, похожая на хобот гигантского слона. Внутри «хобота» воздух вращается с огромной скоростью и одновременно по спирали быстро поднимается вверх. «Хобот» не стоит на одном месте, он все время перемещается. Когда «хобот» приближается к месту наблюдения, то по летающим веткам, сучьям, а иногда и бревнам можно судить об ураганной скорости вращения воздуха. Через 1-2 минуты вихрь умчится и начнется обычная гроза с сильным ливнем.

Такой вихрь называется смерчем. Он почти всегда связан с грозой. Скорость ветра внутри смерча достигает 100 и более метров в секунду, намного превышая скорость жестоких ураганов. Вихрь может поднимать бревна, которые таранят здания. Диаметр смерча на водной поверхности бывает от 25 до 100 м, на суше больше - от 100 до 1000м, а иногда и до 1,5- 2 км. Видимая высота «хобота» достигает 800-1500 м.

В США и Мексике смерч называют торнадо, а в Западной Европе - тромбом. В сельских местностях США, где торнадо часты,

жители устраивают специальные погреба, куда прячутся, спасаясь от него. В нашей стране смерчи наблюдаются редко.

Ветер при прохождении смерча, даже на близком расстоянии от него, имеет ту же скорость, какая была до появления смерча. Иногда, в то время как смерч проносится через какую-либо местность, все разрушая на своем пути, на расстоянии нескольких десятков метров от него стоит почти полный штиль.

Сильное разрежение воздуха внутри смерча вызывает значительное падение температуры, что приводит к конденсации водяного пара, имеющегося в воздухе: поэтому «хобот» похож на облачный столб. Понижение давления вызывает и всасывающее действие смерча: он, как гигантский пылесос, захватывает разные предметы и переносит их на большие расстояния. Смерчи могут всасывать рыбу и выбрасывать ее на берег. «Рыбные дожди»- явление, которое раньше вызывало ужас у людей. Если смерч пройдет над болотом, которое «цветет» и имеет «ржавую воду», то он выбросит в соседнем районе «кровавый дождь».

Загадка происхождения смерчей еще окончательно не решена. Предполагают, что смерч зарождается в центральной части мощного грозового облака на высоте 3-4 км, где наблюдаются самые сильные восходящие потоки и происходят резкие скачки ветра как по направлению, так и по силе. Здесь находится «ось» вертикальных потоков. Если эти сильнейшие восходящие потоки будут «опрокинуты» еще более мощным горизонтальным течением воздуха, тогда образуется вихрь с горизонтальной осью. Сносимый горизонтальным течением, он как бы покатится вперед и начнет выходить из облаков. По законам механики такой вихрь должен стать кольцевым. И действительно, вихрь начинает изгибаться по обе стороны облака и спускаться до земли. Довольно часто наблюдается двухсторонний смерч, который опускает одновременно «хоботы» с левой и с правой стороны от облака.

ГАЛО

Когда небо покрывается тонким слоем перистых облаков, состоящих из ледяных кристаллов, около солнца и луны образуются круги, венцы и столбы, называемые гало.

Радужный круг, в центре которого находится солнце или луна, внутри бывает окрашен

красным, а снаружи синеватым цветом. Появление радужного круга объясняется тем, что в воздухе плавают кристаллы льда в форме шестигранной призмы. Лучи света, проходя через эти призмы, разлагаются на красные, зеленые, синие и другие: они-то и дают радужную окраску кругу.

Круги около солнца или луны могут служить важным местным признаком перемены погоды, так как перистые облака, дающие гало, обычно предшествуют появлению циклона.

Цветные кольца вокруг светил называют венцами. Окраска венцов отлична от окраски кругов: внутри синеватый, а снаружи красный цвет. Так как в ослепительных лучах солнца наблюдение без специальных приспособлений невозможно, то венцы простым глазом видны только вокруг луны. Они возникают, когда лучи света проходят через тесные промежутки между ледяными кристаллами или капельками воды, из которых состоит облако. Оказалось, что чем больше частички облака, тем меньше диаметр венца. Отсюда можно заключить, что при появлении очень малых венцов (в виде ореола) в воздухе плавают в большом количестве крупные частицы (кристаллы льда или капли воды) и поэтому надо ожидать осадков.

В некоторых случаях во время восхода или захода солнца или луны видны белые вертикальные столбы над светилами. Они получаются при отражении лучей от граней горизонтально расположенных призм ледяных кристаллов, из которых состоят перистые облака. Когда ледяные кристаллы медленно падают в воздухе, то возникает не одно светлое пятно, а светящийся столб.

В сильные морозы иногда наблюдаются два столба по обе стороны солнца. В это время в воздухе внизу реют ледяные иглы, поблескивая в лучах солнца («алмазная пыль»). Столбы указывают на продолжение сильных морозов.

РАДУГА

Явление радуги всем известно. Когда солнце у горизонта, мы видим полный полукруг; когда же солнце высоко - только часть радуги у горизонта. Если солнце стоит над горизонтом выше 45° (днем и летом), то радуга не видна, так как она уходит за горизонт, однако ее можно обнаружить с самолета: она проектируется на земную поверхность. Иногда наблюдаются даже двойные радуги. Радугу можно видеть и при луне, но она кажется нам белой, так как свет

от луны очень слаб и наш глаз не в состоянии различать цвета радуги.

Радуга возникает от преломления и разложения лучей света в каплях дождя. Принято говорить о «всех цветах радуги», но в действительности мы видим только три цвета - красный, зеленый, фиолетовый, иногда еще два цвета - желтый и оранжевый, но они выражены очень слабо. Яркость радуги и ясно выраженный красный цвет говорят о крупных каплях дождя, в которых происходит преломление лучей света. Следует иметь в виду, что каждый наблюдатель видит не радугу вообще, а «свою» радугу, «свой» круг и венец, потому что эти явления в атмосфере зависят от положения солнца или луны по отношению к глазу наблюдателя.

Мираж

Иногда в пустыне на горизонте перед истомленными зноем путниками вдруг появляется волнистая поверхность воды. Долгожданный оазис! Путники устремляются к воде, но она все удаляется от них и, наконец, исчезает. Это - мираж. Из-за него гибли в пустынях целые караваны, сбиваясь с пути в бесплодных поисках оазиса.

Мираж - оптическое явление. Он возникает в тех случаях, когда луч света от предмета проходит к глазу наблюдателя через слои воздуха различной плотности и отклоняется от своего первоначального прямолинейного направления. Различают нижний и верхний миражи.

Нижний мираж возникает обычно в пустынях, где от сильного накала песка или грунта перегревается воздух нижних слоев атмосферы, тогда как выше располагается более холодный воздух. В этом случае плотность воздуха резко увеличивается с высотой. Переходя от менее нагретых слоев к более нагретым, т. е. от более плотных к менее плотным, луч света все сильнее отклоняется от прямолинейного пути. Может наступить такой момент, когда угол отклонения луча достигнет 90°. В этом случае искривленный луч дает обратное изображение предметов и участка неба, расположенного за ним. Изображение неба создает впечатление блестящей водной поверхности, тем более что цвет неба и водной поверхности очень похож. При изменении цвета неба (дымка, облака) изменяется и цвет миража. Например, он напоминает снег, когда небо тусклого, белесого цвета.

Нижний мираж в некоторых случаях возникает и в умеренных широтах.

При движении по раскаленному солнцем асфальтированному шоссе перед наблюдателем внезапно появляется водная поверхность, вызывающая в первые минуты изумление - откуда здесь вода? Вода держится все время впереди и так же внезапно исчезает.

Верхний мираж возникает, если плотность воздуха резко уменьшается с высотой. Это бывает рано утром, когда прилегающий к земной поверхности слой атмосферы еще холоден, а выше расположенные слои воздуха теплы. Особенно часто верхний мираж наблюдается в полярных странах, где нижние слои воздуха сильно охлаждаются от соприкосновения со льдами или снегом.

При верхнем мираже над предметом, находящимся у горизонта, появляется его изображение в сильно искаженном виде. Однажды в воздухе появилось изображение судна, находящегося в это время за горизонтом. В подзорную трубу были видны различные части корабля.

Миражи образуются при одном обязательном условии - отсутствии сильного ветра, который перемешивает верхние и нижние воздушные слои.

МОЖНО ЛИ ИЗМЕНЯТЬ ПОГОДУ

Очень важно не только предвидеть погоду, но и научиться влиять на нее в интересах людей.

В атмосферных процессах участвуют могучие силы. Солнце посылает лучистую энергию на Землю. Но по-разному нагреваются суша и море, экваториальные и полярные области. Возникающая при этом разница в температуре - основная причина движения воздушных масс. Направление и скорость их перемещения зависят также от вращения Земли и от рельефа местности. Если бы мы захотели изменить движение воздушных потоков всего на несколько дней, понадобилось бы затратить колоссальную энергию, исчисляемую миллиардами киловатт-часов. Поэтому человечество пока еще не в состоянии искусственно перемещать воздушные массы и создавать циклоны и антициклоны.

Но уже имеются надежные средства воздействия на погоду, правда, только на небольших территориях. Прежде всего можно преобразовать местность, над которой движутся воздушные массы, и таким образом воздействовать на физическое состояние атмосферы: соорудить искусственные водоемы, каналы, создать полезащитные лесные полосы и т. д. Человек давно научился защищать себя от вредного влияния непогоды: он строит дома и создает в них искусственный климат, выращивает в теплицах тропические растения, орошает засушливые районы, осушает болота, сажает леса. Люди используют энергию ветра и движение воды в реках, и все же, несмотря на все достижения современной науки, нередко стихийные явления природы приносят людям огромные бедствия: засухи, наводнения, разрушительные ураганы, градобития и т. д. Понятно, что всех интересует вопрос: нельзя ли найти средства борьбы с грозными явлениями природы?

Для решения этих задач в СССР и за рубежом были проведены многочисленные исследования. Созданы специальные камеры, в которых '' воспроизводятся туманы, облака и другие явления погоды. Кроме того, метеорологи изучают облака, поднимаясь на самолетах и аэростатах. Ученым удалось найти способы ускорять или задерживать развитие грозы, выпадение дождя или града, рассеивать облака и туман.

Решается проблема получения искусственного дождя, но опыты пока ведутся в малых масштабах на облаках, занимающих небольшие площади. Каждое облако не просто тратит накопленный запас воды, а служит своего рода «генератором влаги», преобразующим водяной пар в капли воды или кристаллы льда. Через облако непрерывно проходит масса влаги.

Облако, из которого выпадает слабый дождь, обычно состоит только из мелких водяных капель. При сильном дожде туча несет в своей нижней части дождевые капли, в средней части - капли переохлажденной воды (т. е. имеющей температуру ниже 0°) и еще выше - ледяные кристаллы. В туче происходит непрерывный процесс слияния и укрупнения капель. Переохлажденные капли, соприкасаясь с ледяными кристаллами, мгновенно замерзают и превращаются в мелкие градинки. От смерзания и намораживания новых прослоек льда градины укрупняются, тяжелеют, падают в низ облака, где тают и в виде крупного дождя выпадают на землю. В природе это происходит при сильных восходящих потоках, которые поднимают облачные массы в высокие слои атмосферы, где круглый год сильные морозы.

Но можно охладить облако и создать массу ледяных ядер и искусственно. Для этого облака, которые не дают ни капли дождя, «засеиваются» с самолетов сухим льдом (вы видели его у продавцов мороженого), его температура около - 80°. Сухой лед дробится особым способом на мельчайшие кристаллики. В 1 кГ сухого льда содержится до 10¹² (триллион) частичек твердой углекислоты. Облако «засеивается» сверху. Частички вызывают образование мириадов снежинок, градинок, которые выпадают в виде осадков. Чем больше посеять охлаждающих веществ, тем интенсивнее будут осадки. В августе 1957 г. такой опыт был проведен в Адлере (на Кавказском побережье Черного моря).

На высоте 5 км самолет ИЛ-12 достиг облачных вершин. Температура была -8°. В открытые окна, из которых фотографировали облака, врывались клубы морозного пара. Прозвучала команда руководителя экспедиции: «Приготовиться всем!» В поле зрения была мощная гряда кучевых облаков с четырьмя высокими шапками. Решили уничтожить три вершины, а четвертую оставить для контроля.

Самолет устремился к облакам. Мгновение, и машина погрузилась в густой туман.

Прошло не больше минуты. Самолет трижды входил в верхушки облака. Оно начало менять цвет: из белого превратилось в грязно-серое. Потом темная полоса дождя протянулась до самой земли. Пышные шапки на глазах

расслаивались на отдельные клочья, которые таяли. Всего десять минут потребовалось, чтобы огромное облако перестало существовать. Только четвертая, контрольная шапка облака ослепительно сверкала на солнце. На земле мы узнали, что прошел обильный дождь.

Такие опыты неоднократно повторялись, и всякий раз облака разрушались. Воздействию хорошо поддаются переохлажденные облака. Иногда облака просто таяли, не давая ни капли дождя, в других случаях, несмотря на обильное засеивание их сухим льдом, осадков выпадало очень мало. Все это подтверждает сложность процесса управления погодой.

Хорошие результаты дали опыты с рассеиванием сплошных низких облаков над аэродромами. Ведь каждый нелетный день на аэродроме приносит большие убытки. Десятки самолетов стоят на приколе. Пассажиры «ждут погоды», а облака сплошной пеленой закрывают небо.

Для рассеивания тумана или облачности самолеты пробивают низкие облака, заходят с наветренной стороны и посыпают их химическими веществами. Через несколько минут на аэродроме начинается внезапный снегопад. Облака тают, появляется обширный участок чистого неба, который держится все время, пока работают самолеты-опылители. Аэродром может принимать и отправлять самолеты.

7 ноября 1962 г. метеорологи и летчики сделали хорошую погоду в Москве. На рассвете все небо над столицей было затянуто облаками. Один за другим взлетали к небу самолеты с метеорологами, которые обрабатывали одно облако за другим. И вот с юго-запада, со стороны Внукова, открылось небо радиусом в 30-40 км. Светлая полоса поднималась, ширилась, и перед самым парадом первый луч солнца упал на Спасскую башню Кремля. Ни одно облако не прорвалось к праздничной Москве.

Теперь в холодное время года наши пилоты на любом аэродроме имеют возможность «организовать» летную погоду.

Ведутся опыты и по созданию облаков. При ясном небе быстро сбрасывают сухой лед в восходящие потоки воздуха. Через некоторое время появляются облака. Облачные «заслоны» особенно нужны в Средней Азии, где месяцами стоит жара и ясная погода. Затемнение солнца повышает эффективность искусственного полива посевов.

К сожалению, пока эти опыты обходятся дорого. Ученые хотят получить цепную реакцию в облаке, на которое воздействуют, т. е. добиваются, чтобы процесс, возбужденный в малой

части облака, распространился по закону цепной реакции на все облако.

В настоящее время в отдельных районах страны ведутся опыты. Их цель - предупредить выпадение града из облаков.

Что же происходит при этом с облаком? Оно начинает таять. Проходит несколько минут, и на месте громоздящихся башен остаются бесформенные клочья облаков, разносимые ветром.

Как видите, атмосфера все же поддается воздействию человека, но необходимо осуществить еще много лабораторных опытов и исследований, чтобы найти наилучшие способы воздействия на воздушную стихию, и, несомненно, решающее слово в этой области будет принадлежать ядерной энергии. В СССР в эту работу включились многие ученые научно-исследовательских институтов.

Лондонские туманы

Обычный туман образуется при охлаждении перенасыщенного влагой воздуха. Тогда избыток влаги выделяется в виде мельчайших капелек. Они-то и образуют пелену тумана. Понятно, что туманы часто возникают в местах, где в атмосфере больше влаги,- над болотами, озерами, реками. Однако в городах туманы наблюдаются еще чаще. В этом нетрудно убедиться, стоит только в туманный день выехать за город. Уже в нескольких километрах от города может быть ясная погода.

Для сгущения водяного пара в капельки воды одного охлаждения воздуха недостаточно. Необходимо, чтобы в воздухе плавали так называемые ядра конденсации. Они так малы, что простым глазом их не видно,- это мельчайшие пылинки, частицы дыма н т. п., на которых сгущается водяной пар. В городах воздух засорен копотью и пылью, следовательно, ядер конденсации здесь огромное количество. При достаточной влажности они способствуют появлению тумана.

Широкой известностью пользуются лондонские туманы. За грязно-желтый цвет лондонцы прозвали их «гороховым супом». В Лондоне дымят сотни тысяч каминов, в которых сжигают уголь. Они дают большую часть дыма и копоти. В этом громадном городе образуются довольно стойкие туманы, хотя высота их не превышает 150 м. Воздух здесь сильно загрязнен. Лондонские туманы - настоящее бедствие для городского транспорта. С ноября до середины января небо часто закрывает плотная туманная завеса. Она сокращает часы солнечного сияния и лишает лондонцев живительных лучей солнца. Густые туманы вредны для здоровья, особенно опасны они для сердечных и легочных больных.

КЛИМАТ И ЕГО РОЛЬ В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА

ЧТО ТАКОЕ КЛИМАТ

Все мы знаем, как изменчива погода, но, несмотря на это, замечаем в ней некоторые постоянные свойства, типичные для каждой определенной местности. Такие постоянные свойства погоды называются климатом. Известно, что климат Ялты теплее климата Москвы, хотя иногда по радио можно услышать, что сегодня температура в Ялте была ниже, чем в Москве.

Понятие «климат» гораздо сложнее определения погоды. Ведь погоду можно все время непосредственно видеть и ощущать, можно сразу описать словами или цифрами метеорологических наблюдений (см. стр. 205). Чтобы составить себе даже самое приблизительное представление о климате местности, в ней нужно прожить по крайней мере несколько лет. Конечно, не обязательно ехать туда, можно взять за много лет данные наблюдений метеорологической станции этой местности. Однако такой материал - это многие и многие тысячи различных цифр. Как же разобраться в этом изобилии цифр, как найти среди них те, что отражают свойства климата данной местности?

Эта задача непростая, и поэтому климатология - наука, изучающая климат,- для характеристики его свойств использует многочисленные разнообразные приемы обработки метеорологических наблюдений.

Самый простой из этих приемов - вычисление средних многолетних величин метеорологических элементов (температуры, влажности, осадков, скорости ветра и т. д.). Множество цифр, характеризующих, например, температуру воздуха в 7 часов утра в различные дни января за 10 или 20 лет (т.е. 310 или 620 цифр), складывают и сумму делят на число наблюдений. Таким образом и получают среднюю многолетнюю температуру для 7 часов утра января. Такую же операцию можно проделать для всех остальных постоянных сроков наблюдений (1, 7, 13 и 19 часов) и получить среднюю температуру января для этих часов суток. Если затем сложить средние величины для всех четырех сроков и разделить полученную сумму на 4, получим среднюю многолетнюю температуру января. Средние величины для различных местностей и разных месяцев года легко сравнивать, их легко нанести на географическую карту и таким путем наглядно изобразить географическое распределение средней температуры, сред-

него количества осадков и других метеорологических элементов.

Как бы ни были удобны средние величины, они не отражают еще всех свойств климата. Многие редкие и необычные отклонения от средних условий - также важное свойство климата. Например, в Японии, на Филиппинах, на юге США редкие жестокие ураганы причиняют громадные разрушения и уносят человеческие жизни. Но это свойство климата никак нельзя определить по средним скоростям ветра. Средние величины температуры не отражают заморозки весной и осенью, случаи необычайной летней жары с засухой, необычные зимние морозы. Поэтому, помимо вычисления средних величин метеорологических элементов, среди данных наблюдений за много лет климатологи обращают внимание на самую высокую и самую низкую температуру, самую позднюю дату весеннего заморозка и самую раннюю дату осеннего и т. д.

Все же и этого недостаточно. Ведь погода воздействует на нас сразу всеми своими элементами, а средние и крайние величины выводят для каждого из этих элементов в отдельности. Известно, что одинаковый мороз переносится человеком совершенно различно при сильном ветре и безветрии. Однако по средним и крайним значениям температуры и скорости ветра зимой мы не сможем определить, как часто в этой местности бывает сильный мороз при сильном ветре: ведь самая низкая температура и самый сильный ветер почти наверняка наблюдались в разное время.

Оказалось необходимым в дополнение к другим методам использовать и так называемый «комплексный». Вся шкала возможных на земном шаре значений температуры от самых жестоких морозов до самой удушающей жары делится на промежутки, например по 5 градусов. Каждый промежуток, или градация, получает свое условное обозначение. Например, градация от 2,5° до 7,4° обозначается 5°, от 7,5° до 12,4°-10° и т. д. Так же поступают с остальными элементами - скоростью ветра, влажностью воздуха и др. Затем для каждого дня определяют, в какой промежуток попадает наблюдавшаяся температура, выписывают условное обозначение этой градации. Затем определяют условные обозначения для каждого из остальных элементов. После обработки материалов всего многолетнего периода подсчитывают, сколько раз за эти годы наблюдался каждый из возможных комплексов, метеорологических элементов.

Теперь должно быть понятно, почему ученые климатом какой-либо местности называют свойственный ей сложный многолетний режим погоды со всеми возможными колебаниями погодных условий.

Изучать особенности климата необходимо, для того чтобы знать, какие сельскохозяйственные растения выгодно разводить в той или иной местности, какие методы применять при их выращивании, где лучше строить дома отдыха и санатории, насколько утеплять жилище, где готовиться к снежным заносам зимой и т. д. Для предсказания погоды, борьбы с вредными свойствами климата, а в будущем и для искусственных его изменений нужно знать не только свойства климата, но и как они формируются, почему климаты разных местностей отличаются друг от друга.

КАК ФОРМИРУЕТСЯ КЛИМАТ

Древние греки думали, что климат зависит только от наклона падающих на Землю солнечных лучей. По-гречески слово «климат» означает наклон. Греки знали, что чем выше солнце над горизонтом, чем круче солнечные лучи падают на земную поверхность, тем должно быть теплее.

Плавая на север, греки попадали в места с более холодным климатом. Они видели, что солнце в полдень здесь стоит ниже, чем в то же время года в Греции. А в жарком Египте оно, наоборот, поднимается выше. Теперь нам известно, что атмосфера пропускает в среднем три четверти тепла солнечных лучей до земной поверхности и только одну четверть задерживает. Поэтому сначала земная поверхность нагревается солнечными лучами, и только потом уже от нее начинает нагреваться воздух. Когда солнце стоит высоко над горизонтом ( А₁, на рис. стр. 222), участок земной поверхности ( аб) получает шесть лучей; когда более низко ( A₂), то лишь четыре луча из шести. Значит, греки были правы, что тепло и холод зависят от высоты солнца над горизонтом. Этим определяется разница в климатах между вечно жаркими тропическими странами, где солнце в полдень круглый год поднимается высоко, а дважды или один раз в год стоит прямо над головой, и ледяными пустынями Арктики и Антарктики, где несколько месяцев солнце вообще не показывается из-за горизонта.

Когда солнце стоит высоко (А₁), то площадка а6 получает шесть лучей, а когда низко (А₂), то только четыре луча из шести.

Однако на одной и той же географической широте даже по степени тепла климаты могут очень резко отличаться друг от друга. Так, например, в Исландии в январе средняя температура воздуха равна почти 0°, а на той же широте в Якутии она ниже -48°. По другим свойствам (количеству осадков, облачности и т. д.) климаты на одной широте могут отличаться друг от друга даже сильнее, чем климаты экваториальных и полярных стран. Эти различия климатов зависят от свойств земной поверхности, воспринимающей солнечные лучи. Белый снег отражает почти все падающие на него лучи и поглощает только 0,1-0,2 части приносимого ими тепла, а черная мокрая пашня, наоборот, почти ничего не отражает. Еще важнее для климата разная теплоемкость воды и суши, т.е. разная их способность запасать тепло. Днем и летом вода значительно медленнее нагревается, чем суша, и оказывается холоднее ее. Ночью и зимой вода остывает гораздо медленнее, чем суша, и оказывается, таким образом, теплее ее.

Кроме того, на испарение воды в морях, реках, озерах и на влажных участках суши затрачивается очень большое количество солнечного тепла. За счет охлаждающего действия испарения в орошаемом оазисе бывает не так жарко, как в окружающей его пустыне.

Значит, две местности могут получать совершенно одинаковое количество солнечного тепла, но по-разному его использовать. Из-за этого температура земной поверхности даже на двух соседних участках может отличаться на много градусов. Поверхность песка в пустыне летним днем нагревается до 80°, а температура почвы и растений в соседнем оазисе оказывается на несколько десятков градусов холоднее.

Соприкасающийся с почвой, растительным покровом или водной поверхностью воздух либо

нагревается, либо охлаждается в зависимости от того, что теплее - воздух или земная поверхность. Так как именно земная поверхность в первую очередь получает солнечное тепло, то она в основном передает его воздуху. Нагревшийся самый нижний слой воздуха быстро перемешивается с лежащим над ним слоем, и таким путем тепло от земли все выше распространяется в атмосферу.

Однако так бывает далеко не всегда. Например, ночью земная поверхность охлаждается быстрее воздуха, и он отдает ей свое тепло: поток тепла направляется вниз. А зимой над заснеженными просторами материков в наших умеренных широтах и над полярными льдами такой процесс идет непрерывно. Земная поверхность здесь или совсем не получает солнечного тепла, или получает его слишком мало и поэтому непрерывно отбирает тепло у воздуха. Если бы воздух был неподвижен и не существовало ветра, то над соседними различно нагретыми участками земной поверхности покоились бы массы воздуха с разными температурами. Их границы можно было бы проследить до верхних пределов атмосферы. Но воздух непрерывно движется, и его течения стремятся уничтожить эти различия.

Представим себе, что воздух движется над морем с температурой воды 10° и на своем пути проходит над теплым островом с температурой поверхности 20°. Над морем температура воздуха такая же, как воды, но, как только поток переходит через береговую линию и начинает продвигаться в глубь суши, температура его самого нижнего тонкого слоя начинает повышаться, как показано на рис. на стр. 223, и приближается к температуре суши. Сплошные линии одинаковых температур - изотермы - показывают, как нагревание распространяется все выше и выше в атмосфере. Но вот поток доходит до противоположного берега острова, вступает снова на море и начинает охлаждаться - тоже снизу вверх. Сплошные линии очерчивают наклоненную и сдвинутую относительно острова «шапку» теплого воздуха. Эта «шапка» теплого воздуха напоминает форму, которую принимает дым при сильном ветре.

То, что мы видим на рисунке, повторяется всюду над малыми и большими различно нагретыми участками. Чем меньше каждый такой

Воздушный поток, переходя с холодного моря на теплый участок суши, постепенно нагревается и снова охлаждается над морем.

участок, тем ниже над ним будет уровень в атмосфере, до которого успеет распространиться нагревание (или охлаждение) воздушного потока. Если воздушное течение с моря переходит на покрытый снегом материк и движется над ним многие тысячи километров, то оно охладится на несколько километров вверх. Если холодный или теплый участок простирается на сотни километров, то его влияние на атмосферу можно будет проследить только на сотни метров вверх, при меньших размерах - высота еще меньше.

Различают три основных вида климатов - большой, средний и малый.

Большой климат складывается под влиянием только географической широты и самых больших участков земной поверхности - материков, океанов. Именно этот климат изображают на мировых климатических картах. Большой климат изменяется плавно и постепенно на больших расстояниях, не менее тысяч или многих сотен километров.

Особенности климатов отдельных участков протяженностью в несколько десятков километров (большое озеро, лесной массив, большой город и т. д.) относят к среднему (местному) климату, а более мелких участков (холмы, низины, болота, рощи и т. д.) - к малому климату.

Без такого разделения нельзя было бы разобраться, какие различия климата главные, какие - второстепенные.

Иногда говорят, что создание Московского моря на канале имени Москвы изменило климат Москвы. Это неверно. Площадь Московского моря для этого слишком мала.

Различный приток солнечного тепла на разных широтах и неодинаковое использование этого тепла земной поверхностью не могут полностью объяснить нам все особенности климатов, если не учесть значение характера циркуляции атмосферы.

Воздушные течения все время переносят тепло и холод из разных областей земного шара, влагу с океанов на сушу, а это приводит к возникновению циклонов и антициклонов (см. стр. 196).

Хотя циркуляция атмосферы все время меняется и мы ощущаем эти изменения в сменах погоды, все же сравнение разных местностей показывает некоторые постоянные местные свойства циркуляции. В одних местах чаще дуют северные ветры, в других - южные. Циклоны имеют свои излюбленные пути движения, антициклоны - свои, хотя, конечно, в любом месте бывают любые ветры и циклоны всюду сменяются антициклонами. В циклонах выпадают дожди и снегопады, а в антициклонах стоит ясная погода.

Циркуляция атмосферы создает очень важное для всего живого на Земле явление - непрерывный круговорот воды в природе (см. стр. 185).

Если бы не было такого круговорота воды, то вся суша была бы безжизненной.

КЛИМАТИЧЕСКИЕ ЗОНЫ ЗЕМНОГО ШАРА

Представим себе, что мы летом отправились на самолете из Москвы в Ташкент. Пестрой чередой тянутся под самолетом поля, луга, леса, города и поселки. Мы можем заметить, что под Москвой много лесных площадей; когда-то, во времена древней Руси, здесь стояли сплошные дремучие леса.

Дальше на юго-восток лесов становится все меньше, и к Волге уже простираются только плодородные черноземные земли. В прошлом здесь были бескрайние степи, покрытые высокой травой. Но вот за Волгой почва на пашнях светлеет, среди полей начинают появляться пустоши с желтой выжженной травой, их становится все больше. Возделанные поля встречаются уже только по низинам, а затем простирается сухая степь. Дальше на юго-восток сухая степь переходит в еще более сухую полупустыню, а в Средней Азии тянутся песчаные и каменистые пустыни.

Так сверху можно увидеть последовательную смену растительных зон от лесной зоны до пустынь. Каждая зона имеет свой тип почвы, в каж-

дой из них свой водный режим. Весь облик природы меняется с переходом из одной зоны в другую. Вся поверхность суши земного шара разделена на природные зоны, последовательно сменяющие друг друга от экватора до полюсов (см. стр. 247).

Особенности природных зон зависят от климата.

Посмотрите на карту природных зон. Вблизи экватора располагаются области влажных тропических лесов. Здесь многоярусная вечнозеленая растительность. Девственный тропический лес почти непроходим из-за густых перепутывающихся лиан, гниющих остатков растений, болот.

Такая буйная растительность может развиваться благодаря обилию солнечного тепла и влаги. Солнце вблизи экватора круглый год в полдень поднимается очень высоко, а в определенное время даже проходит через зенит; здесь нет ярко выраженной смены сезонов года, нет зимы. Вдоль экватора протянулась полоса пониженного атмосферного давления. Здесь создаются благоприятные условия для образования восходящих потоков воздуха и обильного выпадения осадков. Так как испарение с океанов и влажной суши в этой зоне очень велико, то восходящий воздух богат влагой и при тропи ческих ливнях выпадает огромное количество воды. В среднем за год в зоне тропических лесов выпадает слой воды толщиной 1,5-3 м, а местами- до 10-12 м.

Даже огромного количества солнечного тепла здесь недостаточно, чтобы испарить всю влагу, ее излишек стекает в многоводные реки и застаивается в болотах.

На широтах 25-30° оба полушария опоясываются зонами пустынь. Эта зона совпадает с полосами субтропических антициклонов (см. карту, стр. 224-225). Осадков здесь выпадает 10-20 см в год. В пустыне Сахаре есть места, где по нескольку лет не бывает ни одного дождя. Солнечного тепла в эту безоблачную зону поступает больше, чем в зону тропических лесов. Солнце выжигает всю растительность, почв не образуется, нет ни ручьев, ни рек, и только редкие «транзитные» реки, возникшие в более влажной зоне, несут свои воды к морю через пустыню (как Нил в ОАР). На примере пустынь видно, к чему приводит избыток тепла при недостатке влаги.

Между зонами влажных тропических лесов и тропических пустынь лежит промежуточная зона саванн - высокотравные тропические лесостепи с небольшими лесами или отдельными

деревьями. В этой зоне сезоны дождей, когда степь покрывается зеленой травой, сменяются периодами засухи, выжигающей траву и листву деревьев.

За саваннами протянулась полоса пустынь и степей умеренного пояса. Затем следует лесная зона.

В умеренном поясе бывает зима, суровость и продолжительность которой возрастают к полюсам. Зима здесь сравнительно мягкая, деревья переносят ее хорошо, и влаги для них хватает. Умеренный климат, достаточное количество влаги способствуют произрастанию здесь мощных деревьев с развитой корневой системой, высокими стволами и широкой кроной.

В соседней зоне, зоне тундры, короткое лето дает возможность развиваться мхам, некоторым травам, местами низкорослым кустарникам и деревьям; тепла здесь так мало, что даже небольшое количество осадков создает болота, почти сплошь покрывающие эту зону. Деревья не достигают нормального роста из-за зимних холодов. В зоне вечного мороза - на ледниках Гренландии и Антарктиды и в примыкающей к ней полярной пустыне - всякая жизнь, за исключением примитивных водорослей, исчезает.

В центральных частях материков у самой границы с тропическим поясом расположены пустыни; приток влаги с океанов сюда затруднен.

Климатические зоны показывают нам, что климат влияет на многие стороны человеческой деятельности не только непосредственно, но и через всю окружающую нас природу - растительность, почвы, воды, животный мир.

ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА

Стоит случиться особенно жаркому или, наоборот, необычайно дождливому и холодному лету, слишком суровой или непривычно мягкой зиме, как начинаются необоснованные разговоры об изменении климата. Летописи и другие источники рассказывают нам о гораздо более поразительных явлениях - о замерзании Нила в Египте зимой 1011 г., о замерзании проливов и большей части Черного моря зимой 1620 г., о необычайных засухах, наводнениях и других явлениях погоды, которые нам даже трудно сейчас себе представить.

Вместе с тем исторические источники показывают, что общий характер климата не испы-

тывал за историческое время коренных изменений. Реки Китая 3000-4000 лет назад разливались приблизительно в то же время и так же, как теперь.

2000 лет назад Юлий Цезарь описал климат Галлии (так называли римляне территорию Франции, Северной Италии, Бельгии, части Нидерландов и Швейцарии), похожий на климат современной Франции.

Исторический период в несколько тысяч лет - только краткое мгновение в жизни нашей планеты. Если за такой период не произошло существенных изменений климата, то это не значит, что климат вообще не может изменяться. Можно привести немало примеров коренного изменения климата Земли. Далеко за полярным кругом, на Шпицбергене, разрабатываются залежи каменного угля - окаменевших остатков роскошных вечнозеленых лесов, которые росли здесь миллионы лет назад. В Экваториальной Африке на равнине найдены следы ледников, подобных ледникам Антарктиды, а значительные пространства Северной Америки и Европы были покрыты таким ледником «совсем недавно» - около 10 тыс. лет назад.

Изменения климата в основном имеют характер колебаний с возвращением к начальным условиям через более или менее продолжительный период времени. Уже в наше время по наиболее продолжительным наблюдениям метеорологических станций было установлено одно из таких колебаний климата, которое получило название современного потепления Арктики. Оно достигло наибольшей силы в десятилетие 1929-1938 гг. Сильнее всего потепление сказалось в Гренландии, где средние зимние температуры были на 4-6° выше средних за многолетний период: это равносильно перемещению Гренландии на 300-400 км к югу. Потепление охватило большие пространства и было отмечено даже в южном полушарии.

Наука еще не выяснила полностью всех причин изменений климата. Возможно, что с появлением на Земле растительности сократилось количество углекислого газа в атмосфере (растения его поглощают), а этот газ предохраняет атмосферу Земли от излишней потери тепла в мировое пространство. За счет этого явления климат мог стать холоднее. Положение земной оси, расстояние от Земли до Солнца и другие астрономические показатели нашей планеты испытывают колебания с периодом в десятки миллионов лет: это может сказываться на притоке солнечного тепла.

Наконец, на климат могут действовать и изменения поверхности самой Земли: растут и понижаются горы, меняются очертания материков и глубины океанов, изменяются пути морских течений.

По-видимому, наиболее важной причиной как длительных, так и самых коротких колебаний климата являются процессы на Солнце. Астрономы уже давно обнаружили на Солнце множество темных пятен, непрерывно меняющих свое количество, очертания и размеры. Сравнение периодов развития и ослабления этих пятен с ходом многих явлений погоды и климата на Земле показало связь между ними. Это и понятно, так как солнечная энергия - основа всех движений земной атмосферы.

СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА ПОГОДУ И КЛИМАТ

Нам кажется, что источник жизни на Земле - солнечное излучение - постоянен и неизменен. Непрерывное развитие жизни на нашей планете в течение последнего миллиарда лет как бы подтверждает это. Но физика Солнца, за минувшее десятилетие достигшая больших успехов, доказала, что излучение Солнца испытывает колебания. На Солнце появляются пятна, факелы, протуберанцы (см. ст. «Солнце», т. 2 ДЭ). Число их возрастает в течение 4-5 лет до наивысшего предела - максимума. Это время максимума активности Солнца. В эти

годы Солнце выбрасывает дополнительное количество заряженных электричеством частичек - корпускул, которые со скоростью более 1000 км/сек несутся в межпланетном пространстве и врываются в атмосферу Земли. Особенно мощные потоки корпускул исходят при хромосферных вспышках - особом виде взрывов солнечной материи. Во время этих исключительно сильных вспышек Солнце выбрасывает так называемые космические лучи, как было, например, при грандиозной вспышке 23 февраля 1956 г. Космические лучи состоят из осколков

атомных ядер и приходят к нам из глубины Вселенной. В годы солнечной активности усиливается ультрафиолетовое, рентгеновское и радиоизлучение Солнца.

Излучение Солнца несет с собой большие запасы энергии. Все виды этой энергии, попадая в атмосферу, в основном поглощаются ее верхними слоями, где происходят, как говорят ученые, «возмущения». Силовые линии магнитного поля Земли направляют обильные потоки корпускул в полярные широты. В связи с этим там возникают магнитные бури и полярные сияния (см. стр. 56). Корпускулярные лучи начинают проникать даже в атмосферу умеренных и южных широт. Тогда вспыхивают полярные сияния в таких отдаленных от полярных стран местах, как Москва, Харьков, Сочи, Ташкент. За последние годы это наблюдалось неоднократно.

Иногда магнитные бури достигают такой силы, что прерывают работу телеграфа, телефона и радио. Так, например, в США 11 мая 1959 г. во время сильной хромосферной вспышки на Солнце в течение трех часов американцы не могли слушать радио, пользоваться телефоном и телеграфом.

Ультрафиолетовые лучи Солнца почти целиком поглощаются высокими слоями атмосферы. Для Земли это имеет огромное значение: ведь в большом количестве ультрафиолетовые лучи губительны для всего живого.

Активное излучение Солнца, воздействуя на высокие слои атмосферы, существенным образом влияет на общую циркуляцию воздушных масс. Следовательно, оно отражается на погоде и климате всей Земли. По-видимому, возмущения, возникающие в верхних слоях воздушного океана, передаются в его нижние слои - тропосферу. При полетах искусственных спутников Земли и метеорологических ракет были обнаружены расширения и уплотнения высоких слоев атмосферы: воздушные приливы и отливы, подобные океаническим. Однако механизм взаимосвязи высоких и низких слоев атмосферы полностью еще не удалось раскрыть. Бесспорно, что в годы максимума солнечной активности чрезвычайно усиливается общая циркуляция атмосферы, чаще происходят столкновения теплых и холодных течений воздушных масс.

На Земле существуют области жаркой погоды (экватор и часть тропиков) и гигантские холодильники - Арктика и особенно Антарктика. Между этими областями Земли всегда существует разница в температуре и давлении атмосферы, что приводит в

движение огромные массы воздуха. Идет непрерывная борьба между теплыми и холодными течениями, стремящимися выровнять разницу в температуре и давлении. Иногда теплый воздух «берет перевес» и проникает в виде «теплого языка» далеко к северу до Гренландии и даже к полюсу. В других случаях массы арктического воздуха прорываются на юг до Черного и Средиземного морей, доходят до Средней Азии и Египта. Граница борющихся воздушных масс- самые неспокойные области атмосферы нашей планеты.

Когда разница в температуре движущихся воздушных масс возрастает, то на границе их возникают мощные циклоны и антициклоны, порождающие частые грозы, ураганы, ливни.

В 1956 г. бурная погода охватила северное и южное полушария. Во многих районах Земли это вызвало стихийные бедствия. Например, в Индии паводки на реках повторялись несколько раз. Вода затопила тысячи селений, смыла посевы. От наводнений пострадало около 1 млн. человек. От ливней, гроз и наводнений летом этого же года пострадали даже такие страны, как Иран и Афганистан, где обычно в эти месяцы бывают засухи. Особенно высокая солнечная активность в 1957-1959 гг. вызвала еще больший рост числа метеорологических катастроф - ураганов, гроз, ливней. Всюду наблюдались резкие контрасты погоды. Например, в Европейской части СССР зима 1957 г. оказалась необычайно теплой: в январе средняя температура была -5° вместо -10°. В феврале в Москве средняя температура достигла -1,3°, при норме -9,7°. В это же время в Западной Сибири и в республиках Средней Азии стояли сильные морозы. В Казахстане температура понизилась до -40°. Ташкент, Алма-Ата и другие города Средней Азии были буквально засыпаны снегом. В южном полушарии - в Австралии и в Уругвае - в эти же месяцы стояла небывалая жара с суховеями. Атмосфера бушевала до 1959 г., когда начался спад солнечной активности.

Влияние солнечной активности на растительный и животный мир сказывается косвенным путем: через общую циркуляцию атмосферы. Например, ширина слоев спиленного дерева, по которым определяется возраст растения, зависит главным образом от ежегодного количества осадков. В засушливые годы слои эти очень тонки. Количество годовых осадков изменяется периодически, что можно увидеть на годичных кольцах старых деревьев. Срезы, сделанные на стволах мореных дубов (их находят в руслах

рек), позволили узнать историю климата за несколько тысячелетий до нашего времени. Существование определенных периодов, или циклов, солнечной активности подтверждает исследования материалов, которые выносят реки с суши и откладывают на дне озер, морей и океанов. Анализ проб донных отложений позволяет проследить течение солнечной активности на протяжении сотен тысяч лет. Взаимосвязи солнечной активности и процессов природы на Земле очень сложны.

Ученые установили, что колебания солнечной активности совершаются в пределах от 9 до 14 лет.

Солнечная активность влияет на уровень Каспийского моря, на соленость вод Балтийского и ледовитость северных морей. Для цикла повышенной солнечной деятельности характерно низкое стояние уровня Каспия: повышение температуры воздуха вызывает усиленное испарение воды и уменьшение стока Волги - главной питающей артерии Каспия. По той же причине повысилась соленость Балтийского моря и уменьшилась ледовитость северных морей. Ученые могут теперь дать прогноз будущего режима северных морей на ряд ближайших десятилетий.

Теперь наблюдается дальнейший спад солнечной активности. Минимум ее ожидается в 1965 г. В связи с этим атмосфера Земли будет «успокаиваться» до начала нового цикла усиленной солнечной активности в 1966 г.

Зеленый луч

Из глубины веков до нас дошло возникшее на религиозной почве народное поверье, будто бы в дни некоторых церковных праздников солнце при восходе и закате «играет». Эта «игра» заключается в том, что солнце при восходе или заходе меняет свой цвет и яркость, как бы мигает, испуская ярко-зеленые и красные лучи.

Наука установила, что поверье это связано с довольно редким и чрезвычайно интересным оптическим явлением, которое названо зеленым лучом.

Это оптическое явление выражается в том, что солнце перед окончательным исчезновением за горизонтом при заходе дает вспышку ярко-зеленого луча. При восходе солнца зеленое сияние возникает в момент появления светила из-за горизонта.

Земную атмосферу можно рассматривать как стеклянную призму, которая разлагает солнечный луч на составные цвета. Явление это носит название цветорассеяния пли дисперсии. В связи с дисперсией солнечный диск, находящийся на горизонте, вытягивается сверху вниз.

В это время окраска с чередованием цветов - фиолетовый, синий, голубой, зеленый и т. д.- бывает заметна на верхнем и нижнем краях диска. Атмосферная дисперсия как бы разлагает светило на три диска, налагая их один на другой так, что края их не совпадают. Таким образом, при закате солнца, когда от него остается очень узкая верхняя полоска, цвет ее должен быстро переходить из белого через голубой в синий. Толща атмосферы сильно ослабляет коротковолновые лучи - фиолетовые и синие. Поэтому при заходе солнца чаще всего до глаза наблюдателя фиолетовые, синие и зеленые лучи не доходят, и остаются только желтые и красные - солнце «краснеет».

Однако при благоприятных условиях, когда воздух на горизонте очень прозрачен, остаются и зеленые лучи, которые дают яркую вспышку в продолжение 1-3 секунд. Но вследствие инерции сетчатки нашего глаза нам кажется, что зеленый луч виден дольше. Кроме того, зеленый луч можно видеть только в том случае, когда в атмосфере мало водяного пара и заходящее солнце кажется очень ярким. Если солнце при заходе имеет красный цвет и на него легко смотреть незащищенным глазом, можно с уверенностью сказать, что зеленый луч не появится.

Зеленый луч лучше всего виден там, где горизонт ровнее,- на поверхности моря, на равнине в степи. Иногда полоски облаков у горизонта выравнивают его поверхность, и зеленый луч вспыхивает, как на море. При наблюдении зеленого луча рекомендуется смотреть не на солнце, чтобы не слепило глаза, а на горизонт. И только когда половина солнца уже зайдет, взгляд следует перенести на светило и смотреть не отрываясь. Появление зеленого луча служит указанием на хорошую погоду.

Том 1. Земля	[1) ...]	[2) ...]
Том 2. Мир небесных тел. Числа и фигуры	[1) ...]	[2) ...]
Том 3. Вещество и энергия	[1) ...]	[2) ...]
Том 4. Растения и животные	[1) ...]	[2) ...]
Том 5. Техника и производство	[1) ...]	[2) ...]
Том 6. Сельское хозяйство	[1) ...]	[2) ...]
Том 7. Человек	[1) ...]	[2) ...]
Том 8. Из истории человеческого общества	[1) ...]	[2) ...]
Том 9. Наша советская Родина	[1) ...]	[2) ...]
Том 10. Зарубежные страны	[1) ...]	[2) ...]
Том 11. Язык. Художественная литература	[1) ...]	[2) ...]
Том 12. Искусство	[1) ...]	[2) ...]
- Список томов

ЧЕМ ЗАНИМАЮТСЯ ГЕОГРАФЫ И ГЕОЛОГИ