Элен Черски - Физика и жизнь. Законы природы - от кухни до космоса

Возможно, прямо сейчас в мрачных глубинах Тихого океана голубой кит создает звуковые волны. Если бы вы могли проследить их прохождение сквозь толщу морской воды, то увидели бы, как они движутся от Гавайских островов до побережья Калифорнии. Но звуковые волны движутся под водой, и без помощи чувствительных приборов, способных их обнаружить, вы их просто не заметите. Океаны полны звуков, порождаемых волнами, разбивающимися о прибрежные скалы, винтами судов и дельфинами. Глухое громыхание антарктических льдов может разноситься по океанским просторам на тысячи километров. Впрочем, находясь на стокилометровой высоте над поверхностью Земли, вы можете даже не подозревать о существовании этих звуков.

Все на нашей планете вращается вокруг земной оси со скоростью одного полного оборота в сутки. Ветры, дующие над вращающейся поверхностью Земли, как правило, стремятся двигаться по прямой, хотя трение о землю и торможение со стороны окружающего воздуха ограничивают их путь. Со стокилометровой высоты можно заметить, что ветры в Северном полушарии склонны заворачивать вправо (относительно земной поверхности), невзирая на вращение Земли вокруг собственной оси. Вращается и погода, особенно вдали от экватора. Вращаются ураганы, штормы тоже вращаются, прокатываясь по океанам. Так называемый глаз шторма исполняет роль оси колеса, и каждое такое колесо должно вращаться, потому что вращается Земля.

Над Антарктикой собираются толстые снежные облака. В каждом таком облаке миллиарды отдельных молекул воды существуют в виде газа, колеблясь рядом с молекулами кислорода и азота. Но по мере охлаждения о блака они отдают свою энергию и замедляют движение. Когда самые медленные молекулы воды ударяются о зарождающийся кристалл льда, они прикрепляются к нему, причем каждая занимает фиксированное место в кристаллической решетке льда. Когда такая снежинка порхает вверх и вниз внутри облака, молекулы на всех шести гранях исходного кристалла оказываются в одинаковых условиях и одинаково прикрепляются. Молекула за молекулой формируется симметричный кристалл снега. После нескольких часов медленного роста он становится достаточно большим для того, чтобы преобладающее воздействие на него оказывала сила тяжести: и он срывается с нижней стороны облака. Внизу на тысячи километров расстилаются антарктические льды – крупнейшая агломерация льда на Земле, – толщина которых достигает 4,8 километра. Их вес настолько велик, что под ним проседает весь континент. Но каждая молекула этого бескрайнего белого простора упала на него в виде снежинок, которые накапливались в течение очень долгого времени. Часть воды намерзала на протяжении миллиона лет. В течение всего этого времени молекулы непрерывно колебались относительно своих фиксированных положений в кристаллической решетке, но никогда их колебания не были достаточно быстрыми для того, чтобы лед снова стал жидкостью. Напротив, температура молекул, извергающихся в виде лавы из вулканов на Гавайских островах, опускается ниже 600 ℃ впервые со времени образования Земли, которое произошло 4,5 миллиарда лет тому назад.

Основной источник тепла на поверхности Земли – энергия солнечного света. Когда она прогревает скалы, океан или атмосферу или запускает процесс выработки сахара в листьях растений, возникает дисбаланс в распределении энергии. И пока он существует, всегда есть вероятность изменений. Энергия движения падающего дождя способна разрушать горы (все знают пословицу «вода камень точит»). Переизбыток тепловой энергии на экваторе стимулирует возникновение тропических ураганов, вырывающих с корнем пальмы, вздымающих гигантские волны и обрушивающих их на берег. Энергия, запасаемая в растениях, понадобится при формировании ветвей, листьев, плодов и семян и в конце концов исчерпает свою полезность в качестве низкоуровневого тепла. Останутся лишь семена – совокупность генетической информации, предназначенной для возобновления жизненного цикла за счет поступления новой энергии солнечного света. Жизнь на Земле поддерживается за счет постоянного притока энергии солнечного света, нарушающего баланс и не позволяющего планете скатиться в вечное, неизменное равновесие. Оттуда, со стокилометровой высоты, не разглядеть множества мелких подробностей, но зато видна общая картина: потоки энергии, направляющиеся от Солнца к Земле, проникающие сквозь атмосферу в толщу океана и возвращающиеся обратно в космос в виде тепла, излучаемого нашей планетой. Количество энергии, принимаемой на себя Землей, равно количеству энергии, возвращаемой ею в космос. Но Земля – гигантская дамба на пути потока энергии, – запасает и использует этот бесценный ресурс всевозможными способами, прежде чем вернет его в космос.