Звідки береться місто? Що таке місто? Причини випадання крижаних опадів (фото) Град опис природного явища.

09.10.2019 18:42 448

Під час дощу на землю падають крапельки води. Але іноді замість них із неба сиплються маленькі крижані шматочки. Вони називаються градинки, а саме природне явище – градом. Град падає з неба під час сильної зливи чи грози. Розмір градинок найчастіше досягають кількох міліметрів. Однак трапляються випадки, коли з неба падають градинки розміром з голубине яйце або навіть з тенісний м'ячик! За своєю формою градини найчастіше бувають кулясті або у вигляді пірамід та конусів. Однак були випадки, коли люди спостерігали градинки у вигляді пластин, багатокутників і навіть квітки, оточеної пелюстками!

А знаєте, хлопці, звідки береться місто?

Град утворюється у купово-дощових хмарах. У них знаходиться велика кількістьопадів, що випарувалися в теплу погоду з землі. Крім вологи, у повітря піднімаються частки пилу та солі. На висоті, де температура опускається нижче 0 градусів, краплі води замерзають. Вони перетворюються на маленькі крижинки, які називаються – градини. Частинки пилу стають центром або ядром цих градинок, тому що вода при замерзанні оточує їх з усіх боків. Градинки можуть збільшуватися в розмірах завдяки налипання інших, таких же змерзлих крапель, з якими вони стикаються.

Усередині купово-дощових хмар присутні висхідні потоки повітря. Утворення граду залежить від їхньої швидкості. Якщо швидкість потоку невелика, то градинки не піднімаються далі, а падають на землю. При цьому вони тануть і перетворюються на звичайний дощ.

Якщо ж швидкість потоків повітря велика, вона піднімає градинки ще вище, у верхню частину хмари. Там вони покриваються новим шаром льоду, збільшуючись у розмірі та масі. У якийсь момент повітряний потік повітря не може утримувати тяжкі градинки, і вони падають на землю.

Незважаючи на те, що це природне явище не таке небезпечне за своїми наслідками, як ураган чи цунамі, але все одно воно завдає людям багато неприємностей. Насамперед від граду страждає сільське господарство. Великі градини можуть занапастити весь урожай, пошкодити автомобілі чи будинки.

Ще з давніх-давен люди боролися з утворенням граду. За його появи вони били в дзвони і стріляли з гармат. Було відмічено, що гучний звук перешкоджає появі граду. У наш час купово-дощові хмари обстрілюють снарядами та ракетами, в яких є спеціальний реагент, який запобігає утворенню граду.

Незважаючи на те, що найчастіше на землю падають градинки невеликих розмірівкраще все одно сховатися від них під найближчий навіс або приміщення, і перечекати це природне явище в безпеці.

Що таке град і як він утворюється

Дуже часто влітку спостерігається незвичайний виглядопадів у вигляді невеликих, а іноді і великих крижинок. Їхня форма може бути різною: від дрібних крупинок до великих градин розміром з куряче яйце. Такий град може спричинити катастрофічні наслідки – зазнати матеріальних збитків і шкоди здоров'ю, а також шкоди. сільському господарству. Але де і як утворюється град? Цьому наукове пояснення.

Утворенню граду сприяють сильні висхідні потоки повітря всередині великої купової хмари. Цей вид атмосферних опадівскладається із шматочків льоду різного розміру. Структура градини може складатися з декількох шарів льоду, що чергуються - прозорих і напівпрозорих.

Як утворюються крижинки

Освіта граду – складний атмосферний процес, заснований на кругообігу води у природі. Тепле повітря, яке містить пари вологи, у спекотний літній день піднімається вгору. У міру збільшення висоти ці пари охолоджуються, а вода конденсується так утворюється хмара. Воно, своєю чергою стає джерелом дощу.

Але буває і так, що вдень занадто спекотно, а потік повітря, що висходить, настільки сильний, що краплі води піднімаються на дуже велику висоту, минаючи область нульової ізотерми, і стають переохолодженими. У такому стані краплі можуть зустрічатися навіть при температурі -400С на висоті більше 8-ми кілометрів. Переохолоджені краплі стикаються у повітряному потоці з найдрібнішими частинками піску, продуктами згоряння, бактеріями та пилом, які стають центрами кристалізації вологи. Так зароджується крижинка – до цих маленьких частинок прилипають нові крапельки вологи і при ізотермічній температурі перетворюються на справжній град. Структура градини може розповісти історію її зародження у вигляді шарів та своєрідних кілець. Їхня кількість свідчить про те, скільки разів градинка піднімалася у верхні шари атмосфери і спускалася назад у хмару.

Швидкість висхідних потоків усередині купових хмар може варіювати від 80 до 300 км/год. Тому сформовані щойно крижинки можуть невпинно переміщатися також на великій швидкості разом з потоками повітря. І чим більшою буде швидкість їхнього переміщення, тим більшим буде розмір градин. Проходячи багаторазово через шари атмосфери, де температура змінюється, спочатку маленькі градинки обростають новими шарами води та пилу, формуючи часом градини значних розмірів – діаметром 8-10 см і вагою до 500 грам.

Одна крапля дощу формується приблизно мільйон переохолоджених частинок води. Градини, діаметр яких перевищує 50 мм, зазвичай формуються в осередкових купових хмарах, де спостерігається надпотужні висхідні потоки повітря. Гроза за участю таких дощових хмар може породити інтенсивні шквали вітру, сильні зливи та смерчі.

Я завжди дивуюсь, коли йде град. Як же так виходить, що спекотного літнього дня під час грози на землю падають горошини льоду? У цьому оповіданні я розповім вам, чому йде місто.

Виявляється, град утворюється, коли краплі дощу остигають, проходячи через холодні шари атмосфери. Поодинокі краплі перетворюються на крихітні градинки, але далі з ними відбуваються дивовижні перетворення! Падаючи вниз, така градинка стикається із зустрічним потоком повітря від землі. Тоді вона знову піднімається нагору. Незамерзлі краплинки дощу прилипають до неї і вона знову опускається. Таких переміщень знизу вгору і назад градинка може зробити дуже багато і її розмір буде збільшуватися. Але настає момент, коли вона стає настільки важкою, що висхідні потоки повітря вже не в змозі підтримувати її на вазі. Ось тоді і настає момент, коли градина стрімко мчить до землі.

Велика градина, розрізана навпіл, подібна до цибулини: вона складається з декількох шарів льоду. Іноді градини нагадують листковий пиріг, де чергуються лід та сніг. І цьому є своє пояснення - за такими верствами можна обчислити, скільки разів шматочок льоду здійснював мандрівку з дощових хмар у переохолоджені шари атмосфери.

Крім того, градиниможуть набувати форми кулі, конуса, еліпса, бути схожими на яблуко. Їхня швидкість руху до землі може досягати 160 кілометрів на годину, тому їх порівнюють з невеликим снарядом. І дійсно, град здатний знищити посіви та виноградники, розбити шибки і навіть пробити металеву обшивку автомобіля! Збитки, завдані градом на всій планеті, оцінюються в мільярд доларів на рік!

Але все, звісно, ​​залежить від розміру градин. Так, в 1961 році в Індії градина вагою 3 кілограми. наповал убила... слона! У 1981 р. провінції Гуандун Китай під час грози падали градини масою в сім кілограмів. П'ятеро людей було вбито і близько десяти тисяч будівель зруйновано. Але найбільше людей - 92 людини- загинуло через кілограмові градини в 1882 році в Бангладеш.

Сьогодні люди вчаться боротися із градом. У хмару з допомогою ракет чи снарядів водиться особлива речовина (його називають реагент). В результаті, градини виходять менших розмірів і встигають повністю або значною мірою розтанути в теплих шарах повітря ще до випадіння на землю.

Це цікаво:

Ще в давнину люди помітили, що гучний звук запобігає появі граду або викликає появу градин менших розмірів. Тож для порятунку посівів дзвонили у дзвони чи стріляли з гармат.

Якщо град застав вас у приміщенні, то тримайтеся якнайдалі від вікон і не виходьте з дому.

Якщо град застав вас на вулиці, то постарайтеся знайти укриття. Якщо до нього бігти далеко, обов'язково захистіть голову від ударів градин.

Літня погода мінлива. На небі з'являються чорні хмари, які є провісниками дощу. Але всупереч нашому очікуванню замість дощиків на землю починають падати шматочки льоду. І це при тому, що на вулиці стоїть досить спекотна та задушлива погода. Звідки вони беруться?

По-перше, це природне явище прийнято називати градом. Воно досить рідкісне, і виникає лише за певних умов. Як правило, протягом літа град випадає один – двічі. Самі градинки є шматочками льоду, розміром від кількох міліметрів, до кількох сантиметрів. Більші градинки утворюється надзвичайно рідко і, швидше за все, є винятком з загальних правил. Як правило, їх розмір не більше голубиного яйця. Але й такий град дуже небезпечний, оскільки може пошкоджувати посіви зернових, і завдавати відчутної шкоди плантаціям овочівників.

Що стосується форми градинок, то вони можуть бути різними: куля, конус, еліпс, кристал. Усередині них можуть бути шматочки пилу, піску або попелу. У цьому випадку їх розмір і вага може значно збільшуватися часом до одного кілограма.

Для того щоб виник град, необхідні дві умови - низька температура верхніх шарів атмосфери, і потужні висхідні потоки повітря. Що відбувається у цьому випадку? Крапельки води, що знаходяться в хмарі, замерзають і перетворюються на шматочки льоду. Під дією сили тяжіння вони мали б опуститися в нижні, тепліші шари атмосфери, розтанути і пролитися на землю дощем. Але через сильні висхідні повітряні потоки, цього не відбувається. Крижинки підхоплюються, рухаються хаотично, стикаються, і змерзають один з одним. З кожною годиною їх стає дедалі більше. У міру збільшення розмірів збільшується і їх маса. Зрештою, настає такий момент, коли їх сила тяжіння починає перевищувати силу висхідних повітряних потоків, що призводить до виникнення граду. Іноді град йде впереміш із дощем, а також супроводжується громом і блискавкою.

Якщо подивитися на структуру градини, вона неймовірно схожа цибулину. Різниця лише в тому, що вона складається з численних нашарувань льоду. По суті – це той же торт «Наполеон», тільки замість крему та коржів, у ньому присутні шари снігу та льоду. За кількістю таких шарів можна визначити, скільки разів градинка підхоплювалася повітряним потоком та поверталася у верхні шари атмосфери.

Чим небезпечний град?

Градини падають на землю зі швидкістю 160 км/год. Якщо така крижинка вдарить людину по голові, то вона може отримати серйозну травму. Град може пошкодити автомобіль, розбити шибку, нанести непоправний веред рослинам.

Із градом можна успішно боротися. Для цього в хмару вистрілюють снарядом, який містить аерозоль, що має здатність зменшувати розмір крижинок. Внаслідок цього замість граду на землю випадає звичайний дощ.

Вихідні дані збірника:

Про механізм утворення граду

Ісмаїлов Сохраб Ахмедович

д-р хім. наук, старший науковий співробітник, Інститут нафтохімічних процесів АН Азербайджанської Республіки,

Республіка Азербайджан, м. Баку

ABOUT THE MECHANISM OF THE HAIL FORMATION

Ismailov Sokhrab

доктор хімічних наук, Senior Researcher, Institute of Petrochemical Processes, Academy of Sciences of Azerbaijan, the Republic of Azerbaijan, Baku

АННОТАЦІЯ

Висунуто нову гіпотезу про механізм утворення граду в умовах атмосфери. Передбачається, що на відміну від відомих попередніх теорій, утворення граду в атмосфері обумовлено генерацією високої температурипри розряді блискавки. Різке випаровування води розрядним каналом і навколо нього призводить до різкого замерзання її з появою граду різних розмірів. Для утворення граду не є обов'язковим перехід нульової ізотерми, він утворюється і в нижньому теплому шарі тропосфери. Грозе супроводжує град. Випадання граду спостерігається лише за сильних гроз.

ABSTRACT

Put forward new hypothesis про mechanismus formation of hail in atmosphere. Обсяг його є в відношенні до відомих сучасних теорій, мушля формування в атмосфері призводить до генерації фону освітлення. Будинок переїзду zero isotherm, він формує в низькому тропосфері варяг.

Ключові слова: градина; нульова температура; випаровування; похолодання; блискавка; гроза.

Keywords: hailstone; zero temperature; evaporation; cold; lightning; Storm.

Людина часто стикається зі страшними стихійними явищами природи і невпинно бореться проти них. Стихійні лиха та наслідки катастрофічних природних явищ (землетруси, зсуви, блискавки, цунамі, повені, виверження вулканів, торнадо, урагани, град)привертають увагу вчених із усього світу. Не випадково, що за ЮНЕСКО створено спеціальну комісію з обліку стихійних лих - UNDRO (United Nations Disaster Relief Organization - Ліквідація наслідків стихійного лиха Організацією Об'єднаних Націй).Пізнавши необхідність об'єктивного світу і діючи відповідно до неї, людина підпорядковує собі сили природи, змушує їх служити своїм цілям і перетворюється з раба природи на володаря природи і перестає бути безсилою перед природою, стає вільною. Одним із таких страшних лих є град.

На місці падіння град насамперед знищує культурні сільськогосподарські рослини, вбиває худобу, а також саму людину. Справа в тому, що раптове і з великою притокою настання граду виключає захист від нього. Іноді за лічену хвилину поверхня землі покривається градом товщиною 5-7 см. У районі Кисловодська у 1965 році випав град, що покрив землю шаром 75 см. Зазвичай град охоплює 10-100 кмвідстані. Згадаймо кілька страшних подій з минулого.

У 1593 році в одній із провінцій Франції внаслідок бурхливого вітру та блискучої блискавки випав град з величезною вагою 18-20 фунтів! Внаслідок цього було завдано великої шкоди посівам та зруйновано багато церков, замків, будинків та інших споруд. Жертвами цієї жахливої ​​події стали й самі люди. (Тут треба врахувати, що на той час фунт як одиниця ваги мав кілька значень).Це було жахливе стихійне лихо, одне з найкатастрофічніших градобитій, що обрушилися на Францію. У східній частині штату Колорадо (США) щорічно відбувається близько шести градобитий, кожне з них завдає величезних збитків. Градобития найчастіше трапляються на Північному Кавказі, в Азербайджані, Грузії, Вірменії, у гірських районах. Середньої Азії. З 9 на 10 червня 1939 року в місті Нальчик випав град величиною з куряче яйце, що супроводжується сильною зливою. В результаті було знищено понад 60 тисяч га пшениці та близько 4 тисяч га інших культур; було вбито близько двох тисяч овець.

Коли йдеться про градину, насамперед відзначають її розміри. Градини зазвичай бувають різними за величиною. Метеорологи та інші дослідники звертають увагу на найбільші. Цікаво дізнатися про абсолютно фантастичні градини. В Індії та Китаї сталося падіння з небес крижаних брил вагою 2-3 кг.Навіть кажуть, що у 1961 році у Північної Індіїважка градина вбила слона. 14 квітня 1984 року в невеликому місті Гопалгандж республіки Бангладеш падали градини масою 1 кг , що призвели до загибелі 92 осіб та кількох десятків слонів. Цей град навіть занесений до книги рекордів Гіннеса. 1988 року в Бангладеш 250 людей були жертвами градобиття. А в 1939 році було виявлено градину з вагою 3,5 кг.Нещодавно (20.05.2014) у місті Сан-Паулу Бразилії випали градини настільки великої розмірності, що їх купи витягали з вулиць важкою технікою.

Всі ці дані говорять про те, що заподіяння шкоди градобитістю життєдіяльності людини має не менше важливе значенняпроти іншими екстраординарними природними явищами. Зважаючи на це, комплексне вивчення та знаходження причини утворення його із залученням сучасних фізико-хімічних методів досліджень, а також боротьби з цим кошмарним феноменом є актуальними завданнями перед людством усього світу.

Який механізм утворення граду, що діє?

Заздалегідь зазначу, що досі немає правильної та позитивної відповіді на це питання.

Незважаючи на створення першої гіпотези щодо цього ще в першій половині XVII століття Декартом, проте наукову теоріюградових процесів та методів впливу на них розробили фізики та метеорологи лише в середині минулого століття. Слід зазначити, що ще середніх століттях і першій половині ХІХ століття було висунуто кілька припущень різних дослідників, як-от Буссенго, Шведов, Клоссовський, Вольта, Рейе, Феррел, Ган, Фарадей, Зонке, Рейнольд та інших. На жаль, їх теорії не отримали підтвердження. Слід зазначити, що й останні погляди з цього питання не є науково обґрунтованими, і досі немає вичерпних уявлень про механізм містоутворення. Наявність численних експериментальних даних та сукупність літературних матеріалів, присвячених цій темі, дали можливість припустити наступний механізм утворення граду, який був визнаний Всесвітньою метеорологічною організацією та продовжує діяти досі (щоб був розбіжностей, ми дослівно видаємо ці міркування).

«Піднімається від земної поверхніу спекотний літній день тепле повітря охолоджується з висотою, а волога, що міститься в ньому, конденсується, утворюється хмара. Переохолоджені краплі у хмарах зустрічаються навіть за температури -40 °C (висота приблизно 8-10 км). Але ці краплі дуже нестабільні. Підняті із земної поверхні найдрібніші частинки піску, солі, продукти згоряння і навіть бактерії при зіткненні з переохолодженими краплями порушують тендітний баланс. Переохолоджені краплі, що вступили в контакт із твердими частинками, перетворюються на крижаний зародок градини.

Дрібні градини існують у верхній половині майже кожної купово-дощової хмари, але найчастіше такі градини при наближенні до земної поверхні тануть. Так, якщо швидкість висхідних потоків у купово-дощовій хмарі досягає 40 км/год, то вони не в силах утримати градини, що зародилися, тому, проходячи крізь теплий шар повітря на висоті від 2,4 до 3,6 км, вони випадають з хмари в вигляді дрібного «м'якого» граду або й у вигляді дощу. В іншому випадку висхідні потоки повітря піднімають дрібні градини до шарів повітря з температурою від - 10 до -40 ° C (висота між 3 і 9 км), діаметр градин починає зростати, досягаючи часом декількох сантиметрів. Варто зазначити, що у виняткових випадках швидкість висхідних та низхідних потоків у хмарі може досягати 300 км/год! А чим вища швидкість висхідних потоків у купово-дощовій хмарі, тим більший град.

Для утворення градини розміром з кулю для гольфу потрібно понад 10 мільярдів переохолоджених крапель води, а сама градина повинна залишатися в хмарі як мінімум 5-10 хвилин, щоб досягти такого великого розміру. Потрібно зауважити, що на формування однієї краплі дощу потрібен приблизно мільйон таких дрібних переохолоджених крапель. Градини діаметром понад 5 см зустрічаються в суперосередкових купчасто-дощових хмарах, в яких спостерігаються дуже потужні висхідні повітряні потоки. Саме суперосередкові грози породжують смерчі-торнадо, сильні зливи та інтенсивні шквали.

Град випадає зазвичай при сильних грозах у теплу пору року, коли температура біля Землі не нижче 20 °C».

Необхідно підкреслити, що ще в середині минулого століття, вірніше, в 1962 Ф. Ладлем також запропонована подібна теорія , що передбачає умову утворення градини. Ним також розглядається процес утворення градини у переохолодженій частині хмари з дрібних водяних крапельок та крижаних кристаликів шляхом коагуляції. Остання операціямає відбутися сильним підняттям та зниженням градини в кілька кілометрів, переходячи нульову ізотерму. За видами і розмірами градин і сучасні вчені говорять про те, що градини протягом свого життя багаторазово захоплюються то вгору, то вниз сильними струмами конвекції. Внаслідок зіткнення з переохолодженими краплями градини нарощують свої розміри.

Всесвітня метеорологічна організація 1956 року дала визначення, що таке град : «Град - опади у вигляді сферичних частинок або шматочків льоду (градини) діаметром від 5 до 50 мм, іноді більше, що випадають ізольовано або у вигляді неправильних комплексів. Градини складаються тільки з прозорого льодуабо ряду його шарів завтовшки не менше 1 мм, що чергуються з напівпрозорими шарами. Випадання граду спостерігається зазвичай за сильних гроз» .

Майже у всіх колишніх і сучасних джерелах з цього питання вказують, що град утворюється в потужній куповій хмарі при сильних висхідних потоках повітря. Це вірно. На жаль, зовсім забуто про блискавки та грози. І подальша інтерпретація формування градини, з погляду, нелогічна і важко уявна.

Професор Клосовський ретельно вивчив зовнішні видиГрадін і виявив, що вони, крім сферичної форми, мають ряд інших геометричних форм існування. Ці дані вказують на утворення градини у тропосфері за іншим механізмом.

Після ознайомлення з усіма цими теоретичними поглядами нашу увагу привернуло кілька інтригуючих питань:

1. Склад хмари, що знаходиться у верхній частині тропосфери, де температура досягає приблизно -40 про З, вже містить суміш переохолоджених водяних крапельок, кристаликів льоду та частинок піску, солей, бактерій. Чому не порушується тендітний енергетичний баланс?

2. За визнаною сучасною загальною теорією, градина могла б зароджуватися і без розряду блискавки чи грози. Для утворення градини з великим розміром маленькі крижинки обов'язково повинні підніматися кілька кілометрів вгору (мінімум 3-5 км) і опускатися вниз, переходячи нульову ізотерму. Притому це має повторитися доти, доки не утворилася досить великому розміріградина. Ще до того ж, чим більше швидкості висхідних потоків у хмарі, тим більше має вийти градина (від 1 кг до кількох кг) і для укрупнення вона повинна залишатися в повітрі 5-10 хвилин. Цікаво!

3. Взагалі, важко уявити, що у верхніх шарах атмосфери зосередиться настільки величезних крижаних брил з вагою 2-3 кг? Виходить, що градини були ще більшими в купово-дощовій хмарі, ніж ті, що спостерігаються на землі, оскільки частина її розтане при падінні, проходячи через теплий шар тропосфери.

4. Оскільки метеорологи нерідко підтверджують: «... град випадає зазвичай при сильних грозах у теплу пору року, коли температура на поверхні Землі не нижче 20 °C»,проте не вказують причину цього явища. Звичайно, питається, в чому полягає ефект грози?

Град майже завжди випадає перед зливою або одночасно з нею і ніколи після неї. Він випадає переважно влітку і вдень. Град уночі - явище дуже рідкісне. Середня тривалість градобиття – від 5 до 20 хвилин. Град зазвичай посідає те місце, де відбувається сильний розряд блискавки, і завжди пов'язані з грозою. Без грози не буває!Отже, причину утворення граду необхідно розшукувати саме в цьому. Головним недоліком усіх існуючих механізмів утворення граду, на наш погляд, є невизнання домінуючої ролі розряду блискавки.

Дослідження розподілу градів і гроз у Росії, зроблені А.В. Клоссовським, підтверджують існування найтіснішого зв'язку між цими двома явищами: град разом із грозами буває зазвичай у південно-східній частині циклонів; він частіше там, де найчастіше грози.Північ Росії бідна на випадки випадання граду, інакше сказати, градобитими, причина якого пояснюється відсутністю сильного розряду блискавки. А яку роль відіграє блискавка? Пояснень немає.

Декілька спроб знаходження зв'язку між градом і грозою було здійснено ще в середині XVIII століття. Хімік Гюйтон де Морво, відкидаючи всі до нього існуючі ідеї, запропонував свою теорію: електризована хмара краще проводить електрику. А Нолле висунув ідею, що вода випаровується швидше, коли вона наелектризована, і міркував, що це має дещо посилити холод, і також припускав, що пара може стати найкращим провідником тепла, якщо її наелектризувати. Гюйтона розкритикував Жан Андре Монже і писав: це вірно, що електрика посилює випаровування, проте наелектризовані краплі повинні взаємно відштовхуватися, а не зливатися у великі градини. Електрична теорія граду була запропонована іншим відомим фізиком Олександром Вольта. На його думку, електрика використовувалася не як першопричина холоду, а для пояснення того, чому градинки залишаються зваженими настільки довго, що встигають вирости. Холод виникає в результаті дуже швидкого випаровування хмар, яким сприяють потужне сонячне світло, розріджене сухе повітря, легкість випаровування бульбашок, з яких, зроблені хмари, і ймовірний ефект електрики, що допомагає випаровування. Але як градини утримуються у повітрі протягом достатнього часу? За Вольтом, цю причину можна знайти лише в електриці. Але як?

У всякому разі, до 20-х років ХІХ ст. склалося загальне переконання, що поєднання граду та блискавки означає лише, що обидва ці явища виникають за однакових умов погоди. Такою була ясно виражена в 1814 році думка фон Буха, а в 1830 році це ж рішуче стверджував Денісон Ольмстед з Ієля. Починаючи з цього часу теорії граду були механічними і ґрунтувалися більш-менш твердо на уявленнях про висхідні потоки повітря. За теорією Ферреля кожна градина може кілька разів падати і підніматися. За кількістю шарів у градинах, яких іноді буває до 13, Феррель судить про кількість оборотів, скоєних градиною. Циркуляція відбувається доти, доки градини не стануть дуже великими. За його обчисленням, висхідний струм зі швидкістю 20 м/с може підтримувати град 1 див у діаметрі, а ця швидкість для смерчів ще досить помірна.

Є ряд порівняно нових наукових досліджень, присвячених питанням механізму утворення граду Зокрема, стверджують, що історія утворення граду відображена у його структурі: велика градина, розрізана навпіл, подібна до цибулини: вона складається з декількох шарів льоду. Іноді градини нагадують листковий пиріг, де чергуються лід та сніг. І цьому є своє пояснення - за такими шарами можна обчислити, скільки разів шматочок льоду здійснював мандрівку з дощових хмар у переохолоджені шари атмосфери.Важко повірити: град вагою 1-2 кг може перестрибнути нагору до відстані 2-3 км? Багатошаровість льоду (градини) може виникнути з різних причин. Наприклад, різницю тиску довкіллястане причиною такого феномену. І, взагалі, до чого тут сніг? Хіба це сніг?

У нещодавньому сайті професор Єгор Чемезов висуває свою ідею і намагається пояснити утворення великого граду та вміння його залишатися протягом кількох хвилин у повітрі з появою «чорної діри» у самій хмарі. На його думку, місто приймає негативний заряд. Чим більший негативний заряд об'єкта, тим менше концентрації ефіру (фізичного вакууму) у цьому об'єкті. А чим менша концентрація ефіру в матеріальному об'єкті, тим більшою антигравітацією він має. За Чемезовим, чорна діра є гарною пасткою для градини. Як тільки блищить блискавка, погашається негативний заряд і починають падати градини.

Аналіз світової літератури показує, що у цій галузі є багато недоліків і нерідко спекуляцій.

Після завершення Всесоюзної конференції у Мінську 13 вересня 1989 року на тему «Синтез і дослідження простагландинів», ми зі співробітниками інституту глибокої ночі поверталися літаком з Мінська до Ленінграда. Стюардеса повідомила, що наш літак летить на висоті 9 км.Ми охоче спостерігали чудове видовище. Внизу під нами на відстані приблизно 7-8 км(трохи вище за поверхню землі) ніби йшла страшна війна. Ці були сильні грозові розряди. А над нами ясна погода і сяють зірки. І коли ми були над Ленінградом, нам повідомили, що годину тому у місто випав град із дощем. Цим епізодом хочу відзначити, що містоносна блискавка найчастіше виблискує ближче до землі. Для виникнення граду та блискавки не обов'язково підняття потоку купо-дощових хмар на висоту 8-10 км.І зовсім не потрібно переходити хмар вище нульового ізотерму.

Великі крижані брили утворюються в теплому шарі тропосфери. Для такого процесу не потрібно мінусових температур та високих висот. Всім відомо, що без грози та блискавки не настає град. Очевидно, для утворення електростатичного поля не обов'язково зіткнення та тертя дрібних та великих кристаликів твердого льодуЯк про це часто пишуть, хоча для здійснення зазначеного явища достатньо тертя теплих і холодних хмар у рідкому стані (конвекція). Для утворення грозової хмари потрібно багато вологи. При одній і тій же відносної вологостітепле повітря містить значно більше вологи, ніж холодне. Тому гроза та блискавки зазвичай відбуваються у теплі пори року – навесні, влітку, восени.

Механізм утворення електростатичного поля у хмарах також поки що залишається відкритим питанням. Є багато припущень з цього питання. В одному з недавніх повідомляється, що у висхідних потоках вологого повітря поряд із незарядженими ядрами завжди присутні позитивно та негативно заряджені. На будь-яких може відбуватися конденсація вологи. Встановлено, що конденсація вологи в повітрі першою починається на негативно заряджених ядрах, а не на позитивно заряджених або нейтральних ядрах. З цієї причини у нижній частині хмари накопичуються негативні частинки, а у верхній частині – позитивні. Отже, всередині хмари створюється величезне електричне поле, напруженість якого становить 106-109V, а сила струму 1053-105А . Така сильна різниця потенціалів призводить до потужного електричного розряду. Розряд блискавки може тривати 10 -6 (одна мільйонна) секунди. При розряді блискавки вивільняється колосальна теплова енергія, і температура при цьому досягає 30 000 о!Це приблизно 5 разів більше, ніж температура поверхні Сонця. Безумовно, частки такої величезної енергетичної зони мають існувати у формі плазми, які після розряду блискавки шляхом рекомбінації перетворюються на нейтральні атоми чи молекули.

До чого може спричинити це жахливе тепло?

Багатьом відомо, що при сильному розряді блискавки нейтральний молекулярний кисень повітря легко перетворюється на озон і відчувається його специфічний запах.

2O 2 + O 2 → 2O 3 (1)

Крім того, встановлено, що в цих суворих умовах одночасно реагує навіть хімічно інертний азот з киснем, утворюючи моно - NO та діоксид азоту NO 2:

N 2 + O 2 → 2NO + O 2 → 2NO 2 (2)

3NO 2 + H 2 O → 2HNO 3 ↓ + NO(3)

Діоксид азоту NO 2 , що утворюється, у свою чергу з'єднуючись з водою, перетворюється на азотну кислоту HNO 3 , яка в складі осаду випадає на землю.

Раніше вважали, що містяться в купо-дощових хмарах кухонна сіль(NaCl), карбонати лужних (Na 2 CO 3) та лужноземельних (CaCO 3) металів реагують з азотною кислотою, і зрештою утворюються нітрати (селітри).

NaCl + HNO 3 = NaNO 3 + HCl (4)

Na 2 CO 3 + 2 HNO 3 = 2 NaNO 3 + H 2 O + CO 2 (5)

CaCO 3 + 2HNO 3 = Ca(NO 3) 2 + H 2 O + CO 2 (6)

Селітра у суміші з водою є охолоджувальною речовиною. Зважаючи на цю передумову, Гассенді розвивав ідею, що верхні шари повітря холодні не тому, що вони далекі від джерела тепла, що відбивається від землі, а через «азотисті корпускули» (селітри), які там дуже численні. Взимку їх менше, і вони породжують лише сніг, але влітку їх більше, тож може утворюватися град. Згодом ця гіпотеза також була піддана критиці сучасниками.

Що може статися з водою за таких суворих умов?

Про це у літературі немає відомостей. Нагріванням до температури 2500 про З або пропусканням через воду постійного електричного струму при кімнатній температурі вона розкладається на складові компоненти, і тепловий ефект реакції показаний у рівнянні (7):

2H 2 O (ж)→ 2H 2 (г) + O 2 (г) ̶ 572 кДж(7)

2H 2 (г) + O 2 (г) → 2H 2 O (ж) + 572 кДж(8)

Реакція розкладання води (7) є ендотермічним процесом і для розриву ковалентних зв'язків енергія повинна вводитися зовні. Однак у разі вона виходить із самої системи (у разі - поляризована в електростатичному полі вода). Ця система нагадує адіабатичний процес, після якого відсутній теплообмін газу з навколишнім середовищем, і такі процеси відбуваються дуже швидко (розряд блискавки). Словом, при адіабатному розширенні води (розкладання води на водень та кисень) (7) витрачається її внутрішня енергія, і, отже, починає охолоджувати сама себе. Безумовно, при розряді блискавки рівновагу націло зрушено праворуч, і отримані гази - водень і кисень - дією електричної дуги моментально з гуркотом («гримуча суміш») реагують з утворенням води (8). Цю реакцію легко провести у лабораторних умовах. Незважаючи на зменшення обсягу реагуючих компонентів цієї реакції, виходить сильний гуркіт. На швидкість зворотної реакції за принципом Ле Шательє сприятливо діє отриманий у результаті реакції (7) високий тиск. Справа в тому, що і пряма реакція (7) повинна йти з сильним гуркотом, тому що з рідкого агрегатного стану води миттєво утворюються гази (Більшість авторів пов'язують це з сильним нагріванням і розширенням всередині або навколо каналу повітря, створюваним сильним розрядом блискавки).Ймовірно, тому звук грому не монотонний, тобто не нагадує звук звичайного вибухового або зброї. Спочатку настає розкладання води (перший звук), за цим приєднання водню з киснем (другий звук). Однак ці процеси відбуваються настільки швидко, що їх не кожному розрізнити.

Як утворюється град?

При розряді блискавки внаслідок отримання величезної кількості тепла вода по каналу розряду блискавки або навколо нього інтенсивно випаровується, як тільки припиняється блискавка, вона починає сильно охолоджуватися. За відомим законом фізики сильне випаровування призводить до похолодання. Примітно те, що тепло при розряді блискавки не вводиться ззовні, навпаки воно виходить із самої системи (в даному випадку система - поляризована в електростатичному полі вода). На процес випаровування витрачається кінетична енергія поляризованої водної системи. При такому процесі сильне та миттєве випаровування завершується сильним та швидким затвердінням води. Чим сильніше випаровування, тим інтенсивніше реалізується процес затвердіння води. Для такого процесу не обов'язково, щоб температура навколишнього середовища була нижчою за нуль. При розряді блискавки утворюються різноманітні види градини, які й величиною. Величина градини залежить від потужності та інтенсивності блискавки. Чим потужніший і інтенсивніший блискавки, тим більшими виходять градини. Зазвичай осад градини швидко припиняється, як тільки перестане блискавка.

Процеси такого типу діють і в інших сферах Природи. Наведемо кілька прикладів.

1. Холодильні системи працюють за вказаним принципом. Тобто штучний холод (мінусові температури) утворюється у випарнику в результаті кипіння рідкого холодоагенту, який подається туди капілярною трубкою. Завдяки обмеженій пропускній здатності капілярної трубки, холодоагент надходить у випарник щодо повільно. Температура кипіння холодоагенту зазвичай становить близько - 30 о С. Потрапляючи в теплий випарник, холодоагент моментально закипаєсильно охолоджуючи стінки випарника. Пари холодоагенту, що утворилися в результаті його кипіння, потрапляють з випарника у всмоктувальну трубку компресора. Викачуючи з випарника газоподібний холодоагент, компресор нагнітає його під високим тиском у конденсатор. Газоподібний холодоагент, що знаходиться в конденсаторі під високим тиском, охолоджуючись, поступово конденсується, переходячи з газоподібного в рідкий стан. Знову рідкий холодоагент з конденсатора подається по капілярній трубці у випарник, і цикл повторюється.

2. Хімікам добре відомо одержання твердого вуглекислого газу (СО 2). Вуглекислий газ зазвичай перевозиться у сталевих балонах у зрідженій рідкій агрегатній фазі. При повільному пропусканні газу з балона за кімнатної температури переходить у газоподібний стан, якщо його випускати інтенсивно, він відразу перетворюється на тверде стан, утворюючи «сніг» чи «сухий лід», має температуру сублімації від -79 до -80 про З. Інтенсивне випаровування призводить до затвердіння вуглекислого газу, минаючи рідку фазу. Очевидно, температура всередині балона плюсова, проте виділений таким шляхом твердий вуглекислий газ («сухий лід») має температуру сублімації приблизно -80 °С.

3. Ще один важливий приклад, що стосується цієї теми. Чому людина потіє? Всім відомо, що у звичайних умовах або за фізичної напруги, а також при нервовому хвилюванні людина потіє. Пот - рідина, що виділяється потовими залозами і містить 97,5 - 99,5% води, невелика кількість солей (хлориди, фосфати, сульфати) та деякі інші речовини (з органічних сполук– сечовина, сечокислі солі, креатин, ефіри сірчаної кислоти). Щоправда, підвищена пітливість може свідчити про наявність серйозних захворювань. Причин може бути кілька: застуда, туберкульоз, ожиріння, порушення серцево-судинної системи і т.д. пітливість регулює температуру тіла. Потовиділення підвищується в умовах гарячого та вологого клімату. Зазвичай ми покриваємось потім, коли нам жарко. Що температура навколишнього середовища, то сильніше ми потіємо. Температура тіла здорової людини завжди дорівнює 36,6 про С, і один із прийомів підтримки такий нормальної температури- це потовиділення. Через розширені пори відбувається інтенсивне випаровування вологи з організму – людина сильно потіє. А випаровування вологи з будь-якої поверхні, як вказували вище, сприяє її охолодженню. Коли тілу загрожує небезпечний для здоров'я перегрів, мозок запускає механізм потовиділення, і піт, що випаровується з нашої шкіри, охолоджує поверхню тіла. Ось чому людина потіє у спеку.

4. Крім того, воду можна також перетворити на лід у звичайній скляній лабораторній установці (рис. 1), при знижених тисківбез зовнішнього охолодження (при 20°С). Потрібно лише приєднати до цієї установки форвакуум насос із пасткою.

Малюнок 1. Вакуумна установка для перегонки

Малюнок 2. Аморфна структура всередині градини

Рисунок 3. Глиби градин утворені з дрібних градин

На закінчення хочеться торкнутися дуже важливого питання, що стосується багатошаровості градин (рис. 2-3). Чим обумовлена ​​каламутність у структурі градини? Вважають, щоб носити повітрям градину діаметром близько 10 сантиметрів, висхідні струмені повітря в грозової хмарі повинні мати швидкість не менше 200 км/год, і, таким чином, в нього включаються сніжинки і бульбашки повітря. Такий шар виглядає каламутним. Але якщо температура вища, то лід намерзає повільніше, і включені сніжинки встигають розтанути, а повітря випаровується. Тому припускають, що такий шар льоду є прозорим. На думку авторів по кільцях можна простежити, в яких шарах хмари побувала градина, перш ніж впасти на землю. З рис. 2-3 виразно видно, що лід, з якого складаються градини, дійсно неоднорідний. Майже кожна градина складається з чистого та в центрі каламутного льоду. Непрозорість льоду може викликатися з різних причин. У великих градинах іноді чергуються шари прозорого та непрозорого льоду. На наш погляд, білий шар відповідає за аморфну, а прозорий шар – кристалічну форму льоду. До того ж аморфна агрегатна форма льоду виходить шляхом надзвичайно швидкого охолодження рідкої води (зі швидкістю близько 10 7о К на секунду), а також швидкого підвищення тиску навколишнього середовища, так що молекули не встигають сформувати кристалічні ґрати. В даному випадку це відбувається розрядом блискавки, що повністю відповідає сприятливій умові утворення метастабільного аморфного льоду. Величезні брили вагами 1-2 кг із рис. 3 видно, що утворилися зі скупчень порівняно дрібних градин. Обидва фактори показують, що утворення відповідних прозорого та непрозорого шарів у розрізі градини обумовлене впливом надзвичайно високих тисків, породжених під час розряду блискавки.

Висновки:

1. Без розряду блискавки та сильної грози не настає град, а грози бувають без граду. Грозе супроводжує град.

2. Причиною формування граду є генерація миттєвого та величезної кількості тепла при розряді блискавки у купо-дощових хмарах. Таке могутнє тепло, що утворюється, призводить до сильного випаровування води в каналі розряду блискавки навколо нього. Сильне випаровування води відбувається швидким похолоданням її та утворенням льоду відповідно.

3. Цей процес не потребує переходу нульової ізотерми атмосфери, що має негативну температуру, і легко може статися в низьких і теплих шарах тропосфери.

4. Процес по суті близький до адіабатичного процесу, оскільки теплова енергія, що утворюється, не вводиться в систему ззовні, і вона виходить із самої системи.

5. Потужний та інтенсивний розряд блискавки забезпечує умову утворення великих градин.

перелік літератури:

1. Баттан Л.Дж. Людина змінюватиме погоду // Гідрометеоздат. Л.: 1965. – 111 с.

2. Водень: властивості, отримання, зберігання, транспортування, застосування. Під. ред. Гамбург Д.Ю., Дубовкіна Я.Ф. М.: Хімія, 1989. – 672 с.

3.Грашин Р.А., Барбінов В.В., Бабкін А.В. Порівняльна оцінка впливу ліпосомальних та звичайних мил на функціональну активність апокринових потових залоз та хімічний складпоту людини // Дерматологія та косметологія. – 2004. – № 1. – С. 39-42.

4. Єрмаков В.І., Стожков Ю.І. Фізика грозових хмар. М: ФІАН РФ ім. П.М. Лебедєва, 2004. – 26 с.

5.Желєзняк Г.В., Козка А.В. Загадкові явища природи. Харків: Кн. клуб, 2006. – 180 с.

6.Ісмаїлов С.А. Нова гіпотеза про механізм утворення граду.//Междунородний науково-дослідник"ський журнал. Єкатеринбург, - 2014. - № 6. (25). - Ч. 1. - С. 9-12.

7.Канарев Ф.М. Початки фізхімії мікросвіту: монографія. Т. ІІ. Краснодар, 2009. – 450 с.

8.Клоссовський А.В.. //Праці метеор. мережі ПЗ Росії 1889. 1890. 1891 гг.

9. Міддлтон У. Історія теорій дощу та інших форм опадів. Л.: Гідрометеоіздат,1969. – 198 с.

10. Міллікен Р. Електрони (+ і -), протони, фотони, нейтрони та космічні промені. М-Л.: ГОНТІ, 1939. – 311 с.

11. Назаренко О.В. Небезпечні явищапогоди конвективного походження Навчальний методич. посібник для вузів. Воронеж: Видавничо-поліграфічний центр Воронезького державного університету, 2008. – 62 с.

12. Рассел Дж. Аморфний лід. Вид. «VSD», 2013. – 157 с.

13.Русанов А.І. До термодинаміки нуклеації на заряджених центрах. //Докл. АН СРСР – 1978. – Т. 238. – № 4. – С. 831.

14. Тлісов М.І. Фізичні характеристики граду та механізми його утворення. Гідрометеоздат, 2002 - 385 с.

15. Хучунаєв Б.М. Мікрофізика зародження та запобігання граду: дис. … д-ра фізико-математичних наук. Нальчик, 2002. – 289 с.

16. Чемезов Є.М. Освіта граду / [ Електронний ресурс]. - Режим доступу. - URL: http://tornado2.webnode.ru/obrazovanie-grada/ (дата звернення: 04.10.2013).

17. Юр'єв Ю.К. Практичні роботиз органічної хімії. МДУ, – 1957. – Вип. 2. – № 1. – 173 с.

18.Browning K.A. та Ludlam F.H. Airflow in convective storms. Quart.// J. Roy. Meteor. Soc. – 1962. – V. 88. – P. 117-135.

19.Buch Ch.L. Physikalischen Ursachen der Erhebung der Kontinente // Abh. Akad. Берлін. – 1814. – V. 15. – S. 74-77.

20. Ferrel W. Recent advances in meteorology. Washington: 1886, App. 7L

21. Gassendi P. Opera omnia in sex tomos divisa. Leyden. – 1658. – V. 11. – P. 70-72.

22. Guyton de Morveau L.B. Sur la combustion des chandelles.// Obs. sur la Phys. – 1777. – Vol. 9. – P. 60-65.

23.Strangeways I. Precipitation Theory, Measurement and Distribution // Cambridge University Press. 2006. – 290 p.

24. Mongez J.A. Électricité augmente l'évaporation.// Obs. sur la Phys. - 1778. - Vol. 12. - P. 202.

25.Nollet J.A. Recherches sur les causas particulières des phénoménes électriques, et sur les effets nuisibles ou avantageux qu'on peut en attendre. Paris - 1753. - V. 23. - 444 p.

26. Olmsted D. Miscellanies. //Amer. J. Sci. – 1830. – Vol. 18. – P. 1-28.

27.Волта А. Metapo sopra la grandine.// Giornale de Fisica. Pavia, - 1808. - Vol. 1. – PP. 31-33. 129-132. 179-180.