Занимательная физика в вопросах и ответах.
Сайт  Елькина Виктора.   Заслуженный учитель РФ.   Учитель-методист. 
         А знаете ли Вы?    Физика в походе    Биофизика    Биографии   Астрономия        
 Физика  и  поэзия     Физика и медицина    Народная мудрость  Необычные явления   Форум
Физика и техника   Радиотехника для всех   Занимательные опыты   Бочка Паскаля   Оптика
Старинные  задачи  Ссылки  Шаровая молния   Сообразилки

ТУМАН

(Географы о тумане.)

Вспомните удручающе-мрачную картину, которой открывается роман Чарльза Диккенса “Холодный дом”:

“Туман везде. Туман в верховьях Темзы, где он плывет над зелеными островками и лугами; туман в низовьях Темзы, где он, утратив свою чистоту, клубится между лесом мачт и прибрежными отбросами большого (и грязного) города. Туман на Эс-секских болотах, туман на Кентских возвышенностях. Туман ползет в камбузы угольных бригов; туман лежит на реях и плывет сквозь снасти больших кораблей; туман оседает на бортах баржей и шлюпок. Туман слепит глаза и забивает глотки престарелым гринвичским пенсионерам, хрипящим у каминов в доме призрения; туман проник в чубук и головку трубки, которую курит после обеда сердитый шкипер, засевший в своей тесной каюте; туман жестоко щиплет пальцы на руках и ногах его маленького юнги, дрожащего на палубе. На мостах какие-то люди, перегнувшись через перила, заглядывают в туманную преисподнюю и, сами окруженные туманом, чувствуют себя, как на воздушном шаре, что висит среди туч”.

Клубы тумана проползают и во многих сценах романов Бальзака, Золя, Достоевского. Мягкой, влажной, полупрозрачной туманной дымкой окутаны художественные полотна Дж. Тернера, К. Моне, М. Писсарро. Пелена утреннего тумана нередко служит эффектным фоном фото пейзажей, поэтическим стержнем лирических песен.

С туманом у нас обычно ассоциируется что-то неясное, таинственное, незаметно обволакивающее. Лес, горы, селения, улицы городов, все окружающие предметы словно растворяются в невесомой и неосязаемой среде, становятся невидимками.

Огромное количество страниц в судовых книгах и бортжурналах мореплавателей и штурманов, в дневниках метеорологов и отчетах исследователей отведено описанию туманов. Ведь туман оказывает существенное влияние на физические и химические явления, протекающие в природе, на разнообразные лабораторные и производственные процессы, на работу транспорта, самочувствие людей.

По сравнению с другими метеорологическими явлениями — такими, как ураган, гроза, град, снег, ливень—туман вроде бы не назовешь грозной силой природы. Очень уж это простое и распространенное явление.

Туманом а повседневной жизни обычно называют воздух, в котором взвешено очень большое количество мельчайших капелек воды. При этом метеорологи добавляют, что речь идет лишь о приземном слое воздуха, где наблюдается переход водяного пара в жидкое состояние, в результате чего уменьшается прозрачность воздуха и ухудшается видимость наземных предметов.

“Приземленность” тумана подчеркивается не случайно, потому что пелена низких облаков, закрывающая верхушки деревьев, холмов, считается уже не туманом, а слоистым облаком. Отсюда ясно, насколько условно их деление. Например, в горном районе каждое облако, окутывающее наблюдателя, представляется ему туманом, а со дна долины этот туман может выглядеть как слоистое облако. Следовательно, принципиальных различий между туманом и облаком нет. И это очень образно и поразительно точно передано С. Есениным:

“Месяц в облачном тумане водит с тучами игру”.

КАК ОБРАЗУЕТСЯ ТУМАН?

Дождитесь, пока закипит чайник, или в морозный день приоткройте форточку из теплой комнаты на улицу, и вы увидите процесс образования тумана. Известно, что воздух содержит водяные пары, в наших широтах—это примерно 0,3—2,5 процента от его веса. При каждой температуре свой предел влажности, насыщенности. Чем воздух теплее, тем больше может он удержать водяного пара. Например, при температуре минус 40°С в одном кубометре воздуха может содержаться 0,2 г влаги, а при плюс 40°С — почти в 250 раз больше!

Понятно, что если температура понизится, то часть насыщенного пара должна сконденсироваться, выделиться в виде воды.

Это и происходит, когда воздух из хорошо натопленной комнаты вырывается на мороз, то есть резко охлаждается. Клубы пара, которые мы видим,— это множество мельчайших капелек. Количество выделившейся при этом воды — разность влажности при комнатной температуре и при температуре воздуха на улице. Чем морознее день, тем плотнее будет туман.

Есть такое понятие “относительная влажность”. Она показывает отношение фактического количества водяного пара к тому количеству, которое необходимо для насыщения при данной температуре. Степень близости воздуха к насыщению говорит о его “сухости” или “сырости”. Понятно, что если температура понизится, то часть насыщенного пара должна сконденсироваться, выделиться в виде воды.

Это и происходит, когда воздух из хорошо натопленной комнаты вырывается на мороз, то есть резко охлаждается. Клубы пара, которые мы видим,— это множество мельчайших капелек. Количество выделившейся при этом воды — разность влажности при комнатной температуре и при температуре воздуха на улице. Чем морознее день, тем плотнее будет туман.

Для образования тумана, кроме насыщенного водяного пара и быстрого понижения температуры, необходимо еще одно условие. В воздухе должно содержаться достаточное количество взвешенных или ионизированных частиц. При относительной влажности воздуха, близкой к 100 процентам, на этих пылинках начинается конденсация. Обычно в кубическом сантиметре воздуха содержится от нескольких сотен до сотен тысяч таких микроскопических частиц, которые называют ядрами конденсации. Особенно много их в больших индустриальных центрах, и вероятность образования тумана там значительно выше, чем в окрестностях города.

Образовавшиеся капли тумана не остаются неизменными. Сталкиваясь друг с другом, они сливаются, увеличиваются в размерах, под действием силы тяжести быстро осаждаются. Если же пар недостаточно насыщен, капли испаряются и туман рассеивается.

ИЗ ЧЕГО СОСТОИТ ТУМАН?

Ответ на этот вопрос дает помещенный здесь микрофизический снимок тумана. Смазанную вазелином стеклянную пластинку подержали в атмосферном тумане и сфотографировали под микроскопом. На пластинке хорошо видны осевшие капельки воды (водяной туман).

Величина капелек тумана колеблется в достаточно широких пределах — от 0,1 до 100 микрометров. Чаще всего туманы состоят из капель средних размеров. Напомним, что капли слабого дождя примерно в 5 раз, умеренного—в 10, а сильного—в 15 раз крупнее. Если в тумане преобладают капли-карлики (радиусом менее 1 микрометра), то говорят, что это не туман, а дымка. Если же они так велики, что видны невооруженным глазом, то это морось.

В тумане одновременно могут быть очень мелкие и очень крупные капли. Одних больше, других меньше. Установлена интересная зависимость. Преобладание крупных' или мелких капель в тумане зависит от температуры воздуха: чем она выше, тем больше крупных капель. При положительных температурах преобладают капельки радиусом 7—12 микрометров, при отрицательных—2—5. Теплый туман состоит из более “толстых” капелек, холодный— из “худосочных”.

Не только размеры капель определяют водность туманов, но и то, как плотно они “упакованы”. В одном кубическом сантиметре в слабом тумане насчитывается 50— 100 капелек, а в густом — 500—600, то есть почти в десять раз больше.

Кроме водяных туманов, бывают еще ледяные. Они состоят из мельчайших ледяных кристалликов, имеющих форму столбиков. Число кристаллов в кубическом сантиметре ледяного тумана обычно меньше 100. Поэтому ледяные туманы, как правило, не бывают очень густыми.

При умеренных морозах обычно образуются капельно - жидкие, переохлажденные туманы. При температуре ниже минус 20°С преобладают ледяные туманы. Они хорошо знакомы жителям Сибири и Аляски.

КАКИЕ БЫВАЮТ ТУМАНЫ?

На первый взгляд все туманы одинаковы. Однако метеорологи так не считают. Они различают прежде всего туманы охлаждения (наиболее частые) и туманы испарения. Туманы охлаждения , делят на радиационные, образующиеся вследствие" радиационного охлаждения земной поверхности, а от нее и воздуха, и туманы адвентивные, связанные с переносом воздушных масс. Есть разные классификации, но все они строятся на различиях синоптических процессов, приводящих к образованию туманов.

Туманы, наверное, больше всего ассоциируются с осенью, когда почва испаряет много влаги, а ночи становятся все длиннее и холоднее. Есенин об этом говорит так:

Нивы сжаты, рощи голы,

От воды туман и сырость…

В низинах, логах оврагах, болотистых местностях, куда стекает холодный плотный воздух и где всегда бывает влажно, туманы образуются особенно часто. Так например, зарегистрировано, что на Северо-Западе европейской части России во многих населенных пунктах, расположенных в понижениях возле мелких водоемов (Волдай, Крестцы, Винницы и др.) радиационных туманов бывает 30-50 в году. В соседних поселках, расположенных на пригорках, их в два – три раза меньше. Замечена и другая закономерность: радиационные туманы редко бывают на берегах крупных озер. Так, в Гдове, Новой Ладоге, Лисьем Носу отмечается лишь 6 – 14 туманов в год. Причина – бризовые ветры и незначительность ночного охлаждения. Кстати, этим же (малой амплитудой суточных температур) можно объяснить и то, что в крупных городах радиационные туманы – редкость. Так в Санкт-Петербурге отмечается всего около 10 таких туманных дней за лето. Зато в холодное время туманы в прибрежных городах случаются гораздо чаще из-за обилия поступающей влаги.

С. Есенин обратил внимание еще и на явление, которое на языке метеорологов называется поземным радиационным туманом:

Пряный ветер. Гаснут зори.

По траве ползет туман.

Именно “ползет”, потому что поземный туман невысокий, часто ниже человеческого роста, наиболее плотный у самой поверхности земли. Эти туманы неустойчивы. Утром, когда солнце прогреет почву и прилегающий слой воздуха, усиливается ветер, и туман разрывается. Отдельные его клочья рассеиваются в потеплевшем воздухе.

Основная причина возникновения радиационного тумана – сильное охлаждение поверхности Земли в ясные ночи, при слабом ветре. Понижение температуры передается от почвы прилегающему слою воздуха. Охлажденный воздух оказывается перенасыщенным влагой, и водяной пар начинает выделяться в виде мельчайших капелек. Обычно с восходом Солнца радиационные туманы быстро рассеиваются, поднимаются. Тогда с Земли они кажутся слоистым облаком. Помните, как у Лермонтова: “Ночевала тучка золотая на груди утеса-великана...”?

В холодное время года при длительном выхолаживании почвы, при безветрии и большой относительной влажности образуются особо сильные радиационные туманы, которые не исчезают по несколько суток. Иногда они достигают 300—500 метров в высоту и вверху бывают более плотными, чем на поверхности почвы.

Широко известные “петербургские туманы” носят иной характер и объясняются совсем другими причинами. Это адвективные туманы, вызванные горизонтальным переносом воздушных масс в условиях контраста температур. Теплый, влажный воздух движется над более холодной поверхностью суши или моря. При этом температура теплого воздуха понижается, водяной пар конденсируется, образуется туман. Нередко такие туманы возникают зимой, когда приходят теплые ветры. Поэтому самые туманные месяцы в Ленинграде — декабрь, февраль, март, на них приходится почти 40 процентов всех туманных дней за год.

Адвективные туманы характерны для пограничных районов: суша—море, теплое— холодное течение, граница морских льдов, граница снежного покрова. Такие условия чаще складываются в северном полушарии. Здесь есть районы, которые можно считать “полюсами туманов”. Так, на стыке теплого Гольфстрима и холодного Лабрадорского течения в районе Ньюфаундленда на год приходится 120 дней с туманом, особенно их много летом: в среднем за месяц—22 туманных дня. Этот район считается одним из самых опасных для мореплавания.

Часты туманы на острове Вайгач—19 дней в летний месяц, на Кольском полуострове—50—100 туманных дней в году, чуть реже они на побережьях Баренцева, Северного и Балтийского морей, в районах Флориды, Калифорнии, в Охотском и Японском морях,

Интересно, что адвентивные туманы в прибрежной зоне в холодную половину года образуются преимущественно над сушей, в в теплую—над прилегающей частью моря. В холодные месяцы массы относительно теплого влажного воздуха перемещаются с моря на сушу, а в теплое время года—с суши на море.

Чем больше разность температур, тем интенсивнее туман. Над холодной поверхностью моря условия образования тумана особенно благоприятны: высокая влажность воздуха и большое постоянство температуры поверхности воды. Так у А. С. Пушкина:

“Погасло дневное светило, На море синее вечерний пал туман”.

Адвективные туманы обычно образуются при пасмурной погоде, в теплых секторах циклона. Внешне адвентивный туман выглядит как большое слоистое облако, касающееся поверхности Земли и охватывающее огромное пространство — иногда тысячи километров. Эти туманы очень устойчивы, могут удерживаться неделями. Такое часто наблюдается, например, в районах Северного Кавказа.

Адвективных туманов почти никогда не бывает при сильных морозах, и при снеге они образуются очень редко. Названия таких разновидностей туманов, как береговые, фронтальные туманы горных склонов и долин, городские, морозные (сибирские), уже сами говорят об особенностях их образования.

Сибирские туманы связаны с очень низкими температурами и полным затишьем воздухе. Иногда можно наблюдать; как остановившийся человек постепенно окутывается облаком тумана, образующегося от его дыхания и испарения с одежды. Объясняется это тем, что морозный воздух может удержать лишь очень малое количество водяного пара. Почти вся выделяемая влага сразу же преобразуется в туман.

КАКОГО ЦВЕТА ТУМАНЫ?

ЛИТЕРАТУРА

3 в е р е в А. С. Туманы и их предсказание. Гидрометеоиздат, Л., 1954.
Амелин А. Г. Туманы служат человеку. Издательство АН СССР, М„ 1961.
К о ш е л е н к о И. В.. Результаты исследований по туманам (обзор). Обнннск. 1974.

назад

А знаете ли Вы?    Физика в походе    Биофизика    Биографии   Астрономия        
 Физика  и  поэзия     Физика и медицина    Народная мудрость  Необычные явления   Форум
Физика и техника   Радиотехника для всех   Занимательные опыты   Бочка Паскаля   Оптика


Rambler's Top100

Hosted by uCoz