Ноль градусов может заковать в лед лужу, самый маленький минус легко справляться с движущейся рекой, ему подвластны моря и озера, но не микроскопическая капля тумана, которая сдается только при минус 40°С. Знания школьной физики подсказывают нам, что такого просто быть не может, но природа распорядилась иначе, и маленькая капля тумана превратилась в большое таинственное обстоятельство, требующее специального разъяснения.
Чтобы раскрыть тайну незамерзающей капли, нам придется, подобно Алисе в стране чудес, съесть уменьшительного пирога и, поплотнее завернувшись в непромокаемый плащ, переступить порог холодильной камеры. Температура за стенами холодильной камеры минус 25°С. Видимость плохая, и очень сыро.
Ученым удалось приготовить совершенно особый, абсолютно стерильный туман. Просто туман. Туман, и только - взвесь совершенно одинаковых мельчайших капелек. Таким каплям никогда не превратиться ни в дождь, ни в снег, ни в град, если сам человек не пожелает этого. Хаотичное движение капель ничего не меняет в их однообразной жизни, они сталкиваются, и расходятся, и плывут дальше, такие же прозрачные и равнодушные.
Но они не одиноки. Рядом с ними, подобно духам, возникает и тут же исчезает другая жизнь. Это зародыши ледяных кристаллов. Они возникают по воле случая и, не найдя укрытия и покоя, погибают по воле того же случая. Они так слабы, что у них не хватает сил выжить и превратиться в настоящие ледяные кристаллы.
Но вот щедрая рука экспериментатора засевает туманное поле мельчайшими аэрозольными частицами йодистого серебра. Назвать их просто маленькими недостаточно верно. Они примерно в тысячу раз меньше даже водяных капелек тумана, которые, как вы помните, в десятки раз тоньше человеческого волоса. Стоит этим крохам попасть в туман, как его однообразному существованию приходит конец. Жизнь тумана приобретает новый смысл. Каждая аэрозольная частица, как хорошая нянька, берет под свою опеку только что возникший ледяной зародыш. Он того и ждет. Поглощая влагу тумана, он начинает бурно расти, прицепившись к поверхности аэрозольной частицы, пока не перерастает сначала "няньку", а потом и водяную каплю. Теперь ему ничего не страшно. Превратившись в настоящий ледяной кристалл, сверкающий совершенными алмазными гранями, он может вести самостоятельное существование.
Конечно, в огромном облаке, где сталкиваются стихии ветра, воды и огня, жизнь суровей, чем в "тепличных" условиях морозильной камеры. И хотя в природном облаке не встретишь умелых экспериментаторов, там тоже могут быть аэрозольные частицы. Как они попали на многокилометровую высоту, мы вам сейчас расскажем.
ГИГАНТСКИЙ ПЫЛЕСОС
Ученые сами лишь недавно ответили на этот вопрос. Для них медленно плывущее по небосклону кучевое облако менее всего похоже на белоснежного небесного барашка или морскую пену. Физики теперь точно знают: облако это гигантский пылесос. С огромной поверхности прогретой лучами солнца земли устремляются ввысь теплые массы воздуха. Восходящий поток поднимается все выше и выше, увлекая за собой мельчайшие пылинки и аэрозольные частицы, во множестве роящиеся у земли. Каждый кубический сантиметр находящегося вокруг нас пространства содержит несколько тысяч невидимых, микроскопически малых частиц. Они буквально кишат вокруг нас, где бы мы ни были: в лесу, в поле или своей рабочей комнате. Труба гигантского пылесоса увлекает их в морозную высоту.
На холоде водяные пары конденсируются, подобно утренней росе, в мельчайшие водяные капли, образуя густой туман. Вы его часто видите из окна самолета - сплошное белое молоко, - когда самолет пересекает тучу. Этот туман такой же однообразный и бесплодный, как за окном лабораторной камеры холода. С земли он нам кажется легким облачком, но с борта самолета хорошо видно, как восходящий поток расслоил, разметал, вздыбил и нагромоздил его, как айсберги в море.
Вы, наверное, удивитесь, но вы много раз сталкивались с гигантским пылесосом. Вспомните, как трясет самолет под облаками на воздушных ухабах. Это самолет спотыкается, столкнувшись с мощной струей восходящего потока. Когда гигантские пылесосы работают в полную силу, летчикам приходится набирать большую высоту, чтобы избежать тряски. Здесь, в заоблачной солнечной вышине, никогда не бывает облаков. Сюда не забираются даже самые сильные восходящие потоки. Самолет идет как по наезженному тракту.
Судьба облака решается на земле. Чем больше аэрозольных частиц находится у основания восходящего потока, тем больше поглотит, всосет в себя облако, тем больше хрупких ледяных зародышей встретится с водяной каплей и образует с ней прочный ледяной кристалл.
Казалось бы, теперь все понятно. Аналогии работают отлично: в туче все точно так же, как и в холодильной камере. Все за то, чтобы остановиться на этой аналогии, но дело в том, что, несмотря на все старания ученых, им не удалось обнаружить в облаках йодистое серебро.
ТАИНСТВЕННЫЕ ЯДРА
Может быть, туча живет по иным законам, чем туман в лаборатории? Или не йодистое серебро, а другие, не ведомые еще ученым аэрозольные частицы управляют ее поведением? Маленькую частицу трудно обнаружить даже в специально приспособленных для этого лабораторных условиях - ведь она не многим больше молекулы. Попробуйте "отловить" ее в туче.
Когда многократные опыты не принесли никакого результата, а зонды постоянно возвращались пустыми, как невод в сказке про золотую рыбку, наступила многолетняя полоса растерянности в науке. Похоже, что все мыслимые и немыслимые способы добычи частицы из тучи были опробованы, когда в светлые головы ученых пришла гениальная по своей простоте идея. Зачем гоняться за частицами по облакам, если их можно преспокойно дожидаться на земле. Осадки - капли, снежинки, градины - прекрасно доставят ценный для ученых материал прямо в руки исследователей.
Тут-то и начинается самый захватывающий этап операции "таинственные ядра". Сотни градин были разрезаны на тонкие пластинки. В холодильных комнатах исследователи часами вглядывались в их прозрачные срезы через мощные микроскопы. И вот неожиданность. Градины были полны пылинок. Однако они не годились для образования полноценного ледяного кристалла. Точно такие же частицы можно было найти не только в любой градине, но и в любом ледяном кристалле и даже в дождевой капле. Их очень много, но какая из них была той единственной льдообразующей, которая дала начало росту градин, было неясно. Когда слишком много претендентов, трудно выбрать достойнейшего среди равных.
Не один десяток лет проницательный глаз электронного микроскопа всматривался в частицы, пытаясь выведать их тайну. Может быть, среди них все же прячутся частицы йодистого серебра? Но исследователи лишь убедились в своей полной неудаче.
Должно было появиться на свет новое поколение электронных, еще более мощных микроскопов, чтобы среди множества неактивных частиц обнаружить те, ради которых создавались и разрушались теории и гипотезы возникновения осадков. Удалось не только их обнаружить, но даже определить, из чего они состоят. С этого момента, чтобы отличать их от прочих частиц, их стали называть льдообразующими ядрами.
Чаще всего льдообразующие ядра - это окислы металлов, соли металлов и сажевые частицы. В облаке они выполняют ту же роль, что и йодистое серебро в лабораторном тумане. Стоит им попасть в облако, как оно заряжается дождем или градом. Конечно, их не сравнить с йодистым серебром, которому достаточно всего минус 4°C, чтобы превратить воду в кристалл. Природным частицам нужен мороз покрепче: минус 10 - минус 15°C, а некоторые образуют ледяные кристаллы лишь при минус 20 - минус 30°C.
Право, даже обидно, что чемпионский титул принадлежит веществу, в природе почти не встречающемуся. Неужели искусственный чемпион непобедим? Тогда почему вода на поверхности земли замерзает при 0°? А пока одними из наиболее активных природных ядер можно назвать сажевые частицы, во множестве находящиеся в околоземном слое атмосферы.
