Атмосферу принято делить на четыре большие области, четыре этажа. Первый ее этаж, самая нижняя часть воздушной оболочки Земли — тропосфера. Верхняя граница этой области в разных местах различна. У экватора она простирается до высоты пятнадцати — восемнадцати километров, а у полюсов — до семи-девяти. Здесь сосредоточено четыре пятых всей массы воздуха.
Второй этаж — стратосфера. Она лежит не сразу за тропосферой, а отделена от нее промежуточным слоем воздуха (1–3 километра толщиной) — тропопаузой. Это как бы небольшой переход между этажами.
Выше лежит ионосфера. Это царство ионов, заряженных электрических частиц. Благодаря им воздушные слои ионосферы обладают большой электропроводностью и отражают короткие радиоволны (что и позволяет осуществлять дальнюю радиосвязь).
Последний этаж воздушной оболочки Земли называют зоной рассеяния. Он начинается с 800-1000 километров над земной поверхностью, а верхней его границы по существу нет. Молекулы газов воздуха есть на высоте и в две, и в три тысячи километров.
И вот выяснилось, что в тропопаузе дуют ураганные ветры. Воздух в струйных течениях несется со скоростью восьмидесяти-ста метров в секунду!
Немудрено, что американские бомбардировщики, попав в такой ураганный поток воздуха, стали пятиться назад. Ведь их скорость в те годы не превышала трехсот километров в час.
Струйные течения — это своеобразные воздушные реки, у которых нет постоянных берегов. Они часто перемещаются, изменяют свое русло. Их пути, подчас очень извилистые, тянутся на сотни и тысячи километров. Ширина таких «рек» достигает нескольких сотен километров, а глубина — нескольких километров.
Замечено, что в наших умеренных широтах струйных течений значительно больше, чем над тропиками и у полюсов. Почему? Причина еще не известна. Предполагают, что такие течения возникают в местах встреч холодных и сильно нагретых воздушных масс.
Теперь уже не редки случаи, когда авиаторы сознательно используют высотные струйные течения. Если лететь «по течению», то можно значительно увеличить скорость самолета.
Так за внешне загадочным, необъяснимым явлением скрывалось совсем обычное природное явление.
И ветер трудится
Как вы думаете, сколько весит ветер? Я не ошибся, именно весит… Этим любопытным вопросом заинтересовался английский ученый X. Джефрис. Точнее, его интересовало другое: почему колеблется ось вращения нашей планеты и полюсы Земли меняют свое место не только на протяжении веков, но и в течение года. Почему?
Не повинен ли в этом ветер, не смещает ли он земную ось? Джефрис оказался прав. Среди ветров планеты Земля особенным постоянством отличаются пассаты и муссоны. Пассаты дуют над тропиками обоих полушарий Земли. С этими ветрами европейцы познакомились в эпоху Великих географических открытий.
Муссоны возникают потому, что в разное время года по-разному нагреваются суша и океан. Полгода они дуют в одном направлении, полгода — в другом. Зимой вода нагревается сильнее, чем суша, атмосферное давление над океаном падает, и с материка всю зиму дует постоянный ветер. А летом, наоборот, сильнее прогревается суша, и на нее с моря дует летний муссон.
Зимой муссоны приносят с моря на материки массу воздуха. Летом эта масса стекает обратно к океанам. Ветер как бы сдвигает воздушную шапку нашей планеты то на затылок, то на лоб. А шапка эта нелегкая.
Сколько же она весит? 300 000 000 000 000 тонн. Триста триллионов тонн! Понятно, что сезонные перемещения столь тяжелой шапки Земли могут влиять и на ее ось вращения.
В движущихся потоках воздуха заключена огромная энергия, притом даровая. Ветер не нужно добывать в шахтах, не надо привозить издалека, он — всюду.
Нужно лишь заставить ветер работать, научиться бороться с его непостоянством.
Ветровая энергия — один из богатейших и неисчерпаемых источников энергии на Земле. По расчетам академика П. П. Лазарева, энергия ветра превосходит энергию годового потребления каменного угля во всем мире в три тысячи раз.
В нашей стране почти всюду дуют ветры со средней скоростью не менее 3–3,5 метра в секунду. Сильные ветры наблюдаются в районах Каспийского и Балтийского морей, на побережье Северного Ледовитого океана. Если их энергию превратить в электрическую, то за год на каждом квадратном километре этих мест можно получить до миллиона киловатт-часов электроэнергии.
Энергией воздушных струй человек пользуется не одну тысячу лет, с тех пор, как он догадался укрепить на лодке кусок материи — парус. Ветряные мельницы — тоже древнее изобретение. Близ Александрии, в Египте, сохранились каменные основания ветряков, построенных около трех тысяч лет назад. В Голландии ветряные мельницы были уже в I веке, но особенно большое развитие они получили в XVI–XVII веках, когда нидерландские купцы были чуть ли не первыми в мировой торговле. В стране работали мукомольные, лесопильные и бумагоделательные ветроустановки.
В первые годы Советской власти начались работы по освоению дешевой энергии ветра. Немало советских изобретателей потрудилось над тем, чтобы построить двигатель, надежно работающий при любой скорости и любом направлении ветра. Были сконструированы ветродвигатели для самых различных нужд.
Ученые и инженеры создали десятки различных ветряков, простых и удобных в работе: и ветродвигатели, вырабатывающие механическую энергию, и ветроэлектроустановки, преобразующие изменчивую энергию воздушных потоков в электрический ток постоянного напряжения. У всех современных ветроэлектродвигателей есть кладовые — аккумуляторные батареи, которые запасают энергию, пока дует ветер. А когда наступает затишье, электричество из этой кладовой можно использовать для разных нужд.
Мощность ветроустановок самая различная: есть ветряки мощностью 100 ватт и менее, дающие электроэнергию двум небольшим лампочкам, а есть ветродвигатели, мощность которых — десятки киловатт.
Какую только работу не выполняют ветряки! Мелют зерно, измельчают корма на фермах, освещают полевые станы и тока, орошают поля и огороды, подают воду на скотный двор… Многое другое может с успехом выполнять могучий помощник человека ветер.
В сельской местности ветродвигатели успешно конкурируют с тепловыми установками — они экономят топливо, дают самую дешевую энергию. Уход за ними несложен, они могут работать по 10–15 лет, требуя лишь незначительного ремонта. Правда, эти установки хороши лишь там, где не страшны перерывы в подаче энергии. Но именно к таким производствам относятся многие сельскохозяйственные работы.
В последние годы интерес к ветроэнергетике усилился. В ФРГ испытываются мощные двигатели — на 70 киловатт, — работающие и при слабом ветре. В Швеции появились телефонные разговорные кабины, которые освещаются и отапливаются миниатюрными ветроэлектростанциями. А датские инженеры предлагают строить такие энергостанции в море, на бетонных опорах. Два больших морских ветряка, подсчитали специалисты, могут дать до десяти процентов всей потребляемой в Дании электроэнергии.
ПРИРОДА — ЭТО КНИГА, КОТОРУЮ НАДО ПРОЧИТАТЬ И ПРАВИЛЬНО ПОНЯТЬ…
ВОДА НЕОБЫКНОВЕННАЯ
Учитесь, читайте, размышляйте и извлекайте из всего самое полезное.
«Дым, который гремит»
Так с незапамятных времен называют этот водопад местные жители. Первым из европейцев его увидел английский исследователь Африки Давид Ливингстон. Еще в середине прошлого века этот материк был «вещью в себе». Географы не знали многого — какие реки есть в Африке, куда они текут, есть ли там большие озера и горы… Сколько неисхоженных мест, необследованных районов, неоткрытых представителей животного и растительного мира!
Ливингстон отдал путешествиям в Африку много лет своей жизни. Водопад Викторию, один из самых больших на земном шаре, он открыл в 1855 году. Путешественник плыл в небольшой лодке по Замбези. Спокойная река вдруг изменилась: вода ускорила бег, заволновалась, а где-то за лесом нарастал устрашающий грохот.