Рис. 4. Баллы: 1 балл — слегка отклоняется дым из труб, скорость ветра 1 м/сек. 3 балла — движутся листья; скорость ветра 4–5 м/сек. 5 баллов — качаются ветви; скорость ветра 9—10 м/сек. 7 баллов — качаются тонкие стволы деревьев; скорость ветра 14–17 м/сек. 9 баллов — качаются большие деревья; скорость ветра 21–24 м/сек. 12 баллов — разрушительное действие ветра; скорость ветра — 34 и более м/сек.

Для наблюдения ветра в верхних слоях атмосферы применяют другие приборы, например шары-пилоты. Это небольшие резиновые шары, наполненные легким газом — водородом. Они способны подниматься вверх на тридцать — сорок километров. Наблюдая с земли за их передвижением, можно определять как направление, так и скорость ветра на различных высотах.

Но каким образом и почему приходят в движение над Землей массы воздуха? Где и отчего рождается ветер?

Причина, вызывающая ветры, давно найдена. Это различное давление воздуха, или, как говорят, различное атмосферное давление в разных местах, находящихся на одной и той же высоте над уровнем моря.

Мы уже говорили, что атмосферное давление сильно убывает с высотой. Но, оказывается, и над самой поверхностью Земли давление воздуха не бывает одинаковым и постоянным. В одном месте оно выше, в другом — ниже; сегодня, скажем, в Москве давление понижается, а завтра, наоборот, начинает повышаться. И так происходит все время. Почему это так, мы расскажем дальше.

Как же различное давление воздуха вызывает движение огромных воздушных масс? А вот как.

Куда течет вода в реке? Для каждого ясно — в сторону уклона. И чем больше этот уклон, тем быстрее течет вода.

Подобное явление происходит и в воздухе. Чем сильнее сжат воздух, то есть чем больше его давление, тем сильнее он стремится расшириться, раздаться во все стороны. Но куда воздух может расширяться, когда он окружает всю Землю? А туда, где воздуха меньше, где давление его ниже. Так и «текут» всегда воздушные массы из мест с большим давлением воздуха в те места, где атмосферное давление меньше. И чем больше разность этих давлений в каких-либо двух соседних областях, тем стремительнее происходит между ними передвижение воздушных масс, тем сильнее там дует ветер.

Вот почему рождается на Земле ветер, и вот почему он так различен по своей силе — от легкого ветерка до урагана.

Воздух путешествует

Отчего же, однако, меняется на Земле давление воздуха? Ответим теперь и на этот вопрос.

Попробуйте сделать такой опыт. Опустите горлышко холодной пустой бутылки в воду и согрейте ее после этого руками. Как только стекло бутылки слегка нагреется, из нее через воду выйдет несколько пузырьков воздуха.

О чем это говорит? О том, что нагретый воздух всегда стремится расшириться. В нашем опыте воздух нагрелся от теплых стенок бутылки.

Но стоит только воздуху расшириться, как плотность его уменьшится, и его начнет вытеснять вверх со старого места более холодный, более тяжелый, плотный воздух. Расширившийся воздух всплывает вверх, как всплывает в воде масло.

Когда вы топите печь, вы используете как раз это свойство воздуха. В топке воздух так нагревается, что с силой устремляется в трубу — кверху. Его место занимает другой — холодный воздух, идущий из комнаты. Создается всем известная «тяга».

Так и в природе. Лишь только где-либо воздух нагрелся сильнее, чем в соседнем месте, как он тут же всплывает вверх, так как его начинает вытеснять находящийся рядом более холодный и тяжелый воздух: на освободившееся место начинают притекать другие воздушные массы. Таким путем и образуются воздушные течения, возникает ветер.

А нагревается воздух везде по-разному, и вот почему.

Тепло, идущее от солнца, почти не согревает воздуха; оно всё доходит до земли и нагревает ее поверхность. А уже от нагретой земной поверхности согревается и воздух, лежащий над ней.

Выйдите в мартовский солнечный день на улицу. В эти дни солнышко начинает пригревать уже по-весеннему. И вот, хотя градусник на воздухе еще показывает два-три градуса мороза, с крыш домов, освещенных солнцем, уже весело капает вода. Это солнечные лучи нагрели края крыши, и она растопила часть снега. Если вы пощупаете на солнечной стороне стены деревянных домов, то почувствуете, что они также теплые.

А в летнее время, вероятно, каждый из вас наблюдал, как в жаркий безветренный день вдали на горизонте, все предметы как бы дрожат. Это объясняется тем, что большие массы теплого воздуха, нагревшись от согретой солнцем Земли, беспрерывно поднимаются вверх.

Сама же поверхность Земли нагревается солнцем различно. Это понятно. Поверхность земного шара состоит из самых различных участков: лесов, степей, водных пространств, камня. Все эти участки нагреваются неодинаково. Вот, например, рядом лежащие луг и пашня. Что из них нагреется сильнее? Конечно, пашня. Черная земля всегда поглощает больше тепла, чем зеленая трава.

От различно нагретых участков Земли по-различному нагреваются и массы воздуха, лежащие над ними. А вследствие этого воздух в одном месте, где он сильно нагрелся, скажем, над степью, расширится, плотность его уменьшится, он станет легче и устремится вверх, так как его будет вытеснять рядом лежащий более холодный воздух. Наоборот, в другом месте, например в лесу, воздух почти не согреется и останется на месте.

Но ведь если воздух, находящийся над степью, будет уходить вверх, то на его место у Земли будет притекать воздух с соседних участков. И вскоре со стороны леса сюда хлынут воздушные потоки, то есть подует ветер. Такие местные ветерки многие, наверное, наблюдали летом: в жаркий-жаркий день вдруг из ближнего леса потянет прохладой.

Посмотрим теперь, что происходит дальше с теми воздушными потоками, которые пустились в путешествие.

Воздух над степью, нагревшись, поднимается кверху. Здесь слои воздуха не так плотны, и нагреты они значительно меньше. Поэтому поднявшийся теплый воздух расходится среди разреженного верхнего воздуха и сам становится менее плотным. Исследования, проведенные физиками, показали, что при разрежении воздуха он охлаждается. На этом свойстве воздуха основано действие холодильных машин. По этой причине, сколько бы теплого воздуха ни подымалось кверху, на большой высоте, где воздух всегда очень сильно разрежен, царит холод. Однако поднявшийся над степью воздух несколько увеличивает давление там, где он распределяется среди высотных холодных воздушных масс.

С другой стороны, в лесу, как только из него воздушный поток устремится в степь, будет освобождаться больше и больше места; давление остающегося воздуха будет падать сильнее и сильнее. Но ведь на нижние слои воздуха всегда давят верхние. Поэтому место уходящего в степь воздуха будут сразу же занимать воздушные массы, опускающиеся из более высоких слоев воздуха. Значит, высокое давление лесного воздуха будет постоянно поддерживаться притекающим с вышины холодным воздухом. Но зато там, вверху над лесом, давление будет падать. И вот тогда-то сюда потечет воздушный поток из верхних слоев воздуха, лежащих над степью. Таким образом вверху образуется ветер с направлением, противоположным наземному ветру, дующему из леса (рис. 5).

Рис. 5. Схема образования местного ветра. Над степью нагретый воздух устремляется кверху, а на его место притекает воздух из леса.

В этом нетрудно убедиться очень простым способом. Если внимательно понаблюдать за направлением плывущих в небе облаков, то можно увидеть, что они часто идут в другую сторону, чем дует ветер на земле. Значит, там, в вышине, дует ветер другого направления.

Куда дует ветер

Мы рассказали о путешествии воздуха на одном маленьком участке земной поверхности. Но воздух не страшится и очень больших путешествий. Более того. Вся земная атмосфера находится в постоянном движении — от экватора до полюсов (экватор — воображаемая линия на Земле, делящая земной шар на две равные половины — северную и южную). Именно благодаря этим огромным перемещениям воздушных масс и возникает на Земле большинство различных ветров, как постоянных, так и переменных.