Применение сухого льда при воздействии на переохлажденные облака

Чтобы спланировать разумные и выполнимые эксперименты, в том числе и эксперименты с облаками, важно отчетливо понимать, как интересующее нас явление развивается в природе. Если это установлено, то следующий шаг иногда чрезвычайно прост; по крайней мере он кажется простым после того, как кто-либо уже добился успеха. Это справедливо и относительно работы Шефера и Лэнгмюра. Давайте познакомимся с тем, что они сделали на пути к своему выдающемуся открытию.

Многие облака состоят из маленьких водяных капелек, которые довольно однородны по размерам и переохлаждены. Такие облачные системы устойчивы и могут существовать в течение многих часов и даже дней. Как уже отмечалось в главе 6, один из путей нарушения равновесия состоит во введении в облако ледяных кристаллов. Шефер и Лэнгмюр, как и многие другие ученые, знали об этих фактах, но они не остановились на этом. Они спросили себя, почему бы не ввести некоторое количество ледяных кристаллов до того, как это сделает природа, и не посмотреть, что произойдет.

Вот почему следующий шаг в исследовании состоял в нахождении способа образования множества ледяных кристаллов. Было решено использовать сухой лед - твердую углекислоту (СО₂). Несложный опыт в домашнем холодильнике показывает, что если маленький кусочек сухого льда бросить в переохлажденное водяное облако, то образуются крошечные кристаллы льда. Домашний холодильник, кусок черной материи, лампа-вспышка и, конечно, несколько кусочков льда - вот и все, что необходимо для опыта. Сначала закройте материей внутреннюю часть холодильника, пол морозильной камеры и одну из ее сторон. Затем поместите лампу так, чтобы можно было видеть пучок света, направленный на черную материю. Теперь сделайте выдох в камеру. Вы увидите серое тусклое облачко из крошечных водяных капелек, которое во многом похоже на естественное облако. Движение воздуха в холодильнике заставляет облачные-частицы перемещаться вверх и вниз, но они не меняют своего вида.

Теперь бросьте в камеру кусочек сухого льда так, чтобы он пересек пучок света, и внимательно наблюдайте, потому что должны произойти важные события. В облачке из капелек начнут появляться сверкающие точки. Число их будет быстро увеличиваться, и они будут опускаться на дно камеры. Вероятно, вы уже догадались, что произошло.

Сверкающие частицы - это кристаллы льда. Объяснение ярких искорок очень простое: ледяные кристаллы имеют плоские поверхности и свет отражается от них, как от зеркала, а сферические водяные капельки рассеивают свет во всех направлениях. Кристаллы опускаются на дно камеры, потому что они быстро растут в насыщенном водяным паром и охлажденном твердой углекислотой воздухе (см. главу 6).

Некоторое время детальный ход процесса, при котором воздействие сухим льдом порождает кристаллы льда, был не ясен. Теперь известно, что сухой лед понижает температуру до такого уровня, при котором ледяные кристаллы могут образовываться непосредственно из водяного пара. Число ледяных кристаллов, возникающих при внесении кусочка сухого льда, зависит от температуры воздуха и его влажности, а также от размеров кусочка. Например, шарик диаметром 1 см, прежде чем полностью испариться, создаст примерно 10" кристаллов при - 10° С.

После того как Шефер и Лэнгмюр осуществили свои опыты, они перешли к воздействиям в атмосфере. Однажды вблизи города Скеннектеди был обнаружен однородный слой переохлажденных слоистых облаков. Маленький самолет, на котором летали исследователи, описал фигуру, напоминающую беговую дорожку. Вдоль пути с самолета были сброшены мелкие кусочки сухого льда. Затем самолет летал по кругу, в то время как ученые следили за облаками. Через несколько минут стало-заметно, что облака изменились: они приобрели вид, характерный для облаков, состоящих из ледяных кристалл лов.

Фото XII. Верхняя часть слоя переохлажденного слоистого облака примерно через 20 минут после сбрасывания в него дробленного сухого льда с самолета, путь которого четко виден на снимке

С огромным волнением исследователи наблюдали за тем, как перед их глазами в огромном масштабе повторялись события, происходившие в лабораторном холодильнике. Когда прошло 20 минут, они убедились, что вызвали в облаке огромные изменения. Как показано на фото XII, сухой лед разрушил облако в его верхней части. Этот эксперимент повторялся много раз. Когда самолет снизился и совершил полет в области воздействия, обнаружилось, что ледяные кристаллы опускались к земле. Некоторые из таких кристаллов иногда достигают земли в виде снега.

Когда Шефер и Лэнгмюр сообщили о своем открытии, они встретились, с одной стороны, со скептиками, а с другой - с необузданными энтузиастами. К последней категории принадлежала небольшая группа людей, которые немедленно ухватились за вывод, что если можно вызвать небольшой снег из тонкого облака путем сбрасывания сухого льда, то таким же путем можно получить много снега из достаточно мощного облака. С 1946 г. прошло много лет, а справедливость этого вывода еще не доказана. Более того, некоторые метеорологи полностью отвергают такую возможность. Мы вернемся к этому вопросу, когда будем знакомиться с искусственным вызыванием дождя. А теперь продолжим наше знакомство с научными основами активных воздействий на облака.