***
Или, как пел Фрэнки Лаймон, поп-звезда 1950-х: «Отчего дождь падает сверху вниз?»
Хороший вопрос — один из тех, что Лаймон задает в самом известном из своих хитов «Отчего дураки влюбляются?». С этой песней он, тринадцатилетний подросток, буквально ворвался в десятку лучших исполнителей США. А летом 1956 года песня вышла на первое место в британском хит-параде, в результате чего Лаймон стал первым чернокожим певцом, продавшим миллион альбомов. Жизнь Лаймона, как и у многих из тех, к кому слава пришла очень рано, складывалась непросто. Я не перестаю думать, что не последнюю роль здесь сыграл тот факт, что голова этого мальчика была полна вопросов, на которые никто и не думал отвечать. «Отчего птицы поют так весело? Отчего влюбленные ждут рассвета? Отчего дураки влюбляются? Отчего дождь падает сверху вниз?»
Когда юный Лаймон гастролировал по Америке со своей группой «Тинейджерз», обожатели выстраивались в очереди, чтобы купить его альбом. Но задумывался ли хоть кто-нибудь о том, что ему на самом деле могло быть интересно узнать ответы на эти вопросы?
Нет, никто.
К двадцати годам Лаймой был конченым человеком, страдал наркозависимостью и участвовал только в ностальгических вечерах. Певец умер в возрасте 26 лет от передозировки героина на полу квартиры, принадлежавшей его бабушке.
А ведь все могло быть иначе.
Если бы хоть кто-нибудь отвел беспокойного юношу в сторонку, усадил за стол, напоил чаем и объяснил, отчего все-таки дождь падает сверху вниз… Он получил бы ответ хотя бы на один из множества волнующих его вопросов. Жаль, что ни Общества любителей облаков, ни меня самого еще и в помине не было в 1950-е: мы бы с удовольствием обсудили с ним этот вопрос.
Могла ли жизнь Фрэнки Лаймона сложиться иначе, если бы хоть кто-нибудь объяснил ему, отчего дождь падает сверху вниз?
Не исключено, что, застань я его вовремя, все обернулось бы совсем по-другому.
Предположим, что мне удалось бы пробраться за кулисы, когда «Тинейджерз» играли в лондонском Палладиуме в 1957 году и что я смог бы удержать внимание Лаймона хотя бы минут на десять, прежде чем он вышел бы на сцену. Я рассказал бы ему, что дождь и снег начинают идти тогда, когда диаметр частиц воды, из которых состоит облако, становится на порядок больше пяти тысячных миллиметра — размера капель в молодых кучевых облаках.
Частицы воды могут достигнуть значительно больших размеров, а чем больше частица, тем больше вероятность того, что она упадет на землю. Те, что достигают земли, тоже далеко не одинаковы по размеру: начиная от мельчайшей дымки (до нескольких сотых долей миллиметра в диаметре) и заканчивая изморосью (от 0,2 до 0,5 мм) и дождевыми каплями (более 0,5 мм). Обычно дождевые капли достигают в диаметре от 1 до 5 мм. Когда же их размер приближается к 8 мм, сопротивление воздуха заставляет их разбиваться на более мелкие капли.
Тем самым мне удалось бы пробудить в Лаймоне любопытство. Но не думаю, что он счел бы это объяснение исчерпывающим. Ему захотелось бы пойти дальше.
Он наверняка захотел бы узнать, как именно частицы облака достигают размеров, при которых падают на землю.
Если бы мое «вторжение с объяснением» увенчалось успехом, я бы понадеялся на то, что он уделит мне еще несколько минут перед началом выступления. Я попросил бы его поклонниц, импресарио и прочих прихлебателей удалиться из-за кулис вместе со своими «Джеками Дэниелсами»[86] и оставить нас наедине. Мне пришлось бы дать Лаймону разъяснения касательно двух процессов, благодаря которым в облаке образуется дождь: один из этих процессов проистекает в тех частях облака, которые состоят из капелек воды, а другой — в тех, что состоят из кристалликов льда. Чтобы разъяснить первый, я поведал бы ему о жемчуге и устрицах.
***
Согласно индуистскому мифу, жемчужина образуется, когда и море падает капля росы. Если это происходит в полнолуние, получается жемчужина совершенной формы. У древних греков бытовало иное объяснение: они полагали, что жемчужина образуется, когда в море ударяет молния. А римляне считали, что это всего лишь слеза русалки. Современное объяснение куда более прозаично: жемчужина формируется и результате того, что в раковину устрицы попадает песчинка. Эта песчинка становится ядром, вокруг которого начинает накапливаться перламутр. Для того чтобы жемчужина полностью сформировалась, нужно около года. К этому времени устрица начинает чувствовать себя весьма стесненно и выбрасывает мешающее ей сокровище в глубины моря.
Чтобы из водяных паров образовалось облако, тоже нужна своя воздушная песчинка. Отдельные молекулы воды, висящие в воздухе, объединяются в капли только тогда, когда им есть с чего начать. Необходимо ядро, вокруг которого они будут собираться. На самом деле в атмосфере присутствует множество «песчинок», которые могут послужить этой цели. Метеорологи называют их «ядрами конденсации облаков». Они могут быть самой разной формы, а в диаметре не превышают 0,001 мм.
Над морем это могут быть кристаллики соли, образующиеся в результате высыхания морских брызг. Над землей, где ядер значительно больше, — глиняная пыль, частицы минералов или веществ растительного происхождения. Сгодится и сажа, поднимающаяся в воздух во время лесных пожаров и извержения вулканов, и продукты сгорания, вроде окружающих человеческое жилье частиц дыма и кислот. Такие ядра конденсации необходимы прежде всего для образования дождевых капель в облаках, состоящих только из капелек, а не изо льда: их температура не позволяет формирующимся на них каплям замерзнуть.
Обнаружилось, что ядра конденсации по-разному справляются с задачей притягивания молекул, из которых состоит водяной пар. На одних молекулы удерживаются лучше, чем на других. Всякий, кому доводилось пользоваться солонкой в сырую погоду, подтвердит, что крупинками соли молекулы воды абсорбируются особенно хорошо. Именно поэтому из них получаются отличные ядра конденсации облаков.
Неплохие ядра конденсации получаются из частиц, порождаемых лесными пожарами: оттого над горящими лесами порой образуются плотные огне-кучевые облака (pyrocumulus).
Когда начинает формироваться облако, капли, образующиеся на более действенных ядрах, растут быстрее прочих. Со временем они становятся больше, и потому начинают падать быстрее. Достигнув определенного размера, они начинают соударяться с более мелкими каплями и в результате растут. Метеорологи называют этот процесс коалесценцией. Так в облаке за 15–30 минут его существования могут образоваться капли, размер которых будет достаточен для того, чтобы они упали на землю в виде дождя. Однако (как сказал бы я Лаймону) этот способ — не единственный и, во всяком случае, не самый распространенный, особенно в средних широтах.
***
И тут люди за кулисами стали бы кричать Фрэнки, что ему вот-вот выходить на сцену. Однако мне потребовалось бы еще несколько минут, чтобы рассказать об основном способе формирования дождевых капель. И здесь пришлось бы завести разговор о кристаллах льда. Дождь, достигающий земли, поначалу значительно чаще пребывает в твердой, а не в жидкой форме. Дождевые капли образуются в результате того, что лед тает, проходя через слой теплого воздуха под облаком. Чтобы разъяснить Лаймону второй процесс, в результате которого образуется дождь, мне понадобилось бы сообщить ему несколько фактов о том, сколь странным образом капли, составляющие облако, превращаются в кристаллы льда.
Обычно в осенний день в Великобритании температура воздуха на высоте около 6 500 футов[87] над землей падает до 0°C. Можно было бы предположить, что капли воды в любом облаке выше этой отметки должны замерзать. Однако один из удивительных фактов из жизни облаков состоит в том, что капли не замерзают при 0°C. Скажу больше, они обычно не замерзают даже тогда, когда температура становится значительно ниже!
Если лужица, расположенная на уровне моря, начинает замерзать при 0°C, взвешенные в атмосфере капли воды ведут себя иначе. А дело вот в чем: так же, как для образования капель из водяного пара необходимы «песчинки», для превращения этих капель в твердые кристаллы (кроме как при очень низких температурах) тоже нужны ядра. Более того, вода — как в жидкой, так и в газообразной форме — куда более прихотлива при выборе ядер для замерзания, чем для конденсации.
Атмосферные частицы, выступающие в качестве «ядер замерзания», по размеру значительно больше частиц, пригодных для конденсации. Их объем, при диаметре от 0,005 до 0,05 мм, больше в 100–130 000 раз. Помимо этого, «ядра замерзания», представляя собой частицы скальных пород и иных минералов, встречаются намного реже.
Нельзя сказать, чтобы в атмосфере они были в избытке, а если не с чего начать, капля попросту не замерзает до тех пор, пока температура не опустится до -35 или даже -40°C. Если не появится ядро нужной формы и нужного размера, капли будут пребывать в так называемом «переохлажденном состоянии».
К этому времени музыканты из группы Лаймона были бы уже на сцене, а импресарио колотил кулаками в дверь гримерки. У меня осталось бы не так уж много времени, чтобы закруглиться. Однако я уже подошел к самой сути своего объяснения.
В облаке определенной толщины — таком как кучево-дождевое — процент переохлажденных капель в холодных верх них слоях может быть весьма велик. Чем выше поднимаются капли, тем холоднее они становятся. Однако, если подходящего ядра все нет и нет, капли не торопятся переходить в другое состояние: охлаждаясь до -5°, -7°, -10°C, они упорно не замерзают. Как знаменитые музыканты порой отказываются выступать, поскольку, мол, выставленные для них за кулисами конфеты «M&M’s» не того цвета[88], капли продолжают оставаться в переохлажденном состоянии, пока температура не опустится хотя бы до -20°C.
При столь низкой температуре они ведут себя несравненно менее капризно. Теперь замерзание могут спровоцировать частицы хоть сколько-нибудь пригодного размера и формы — как если бы некоторые из музыкантов сказали: черт возьми, нас устраивают эти «M&M’s», — и согласились выйти на сцену. И да будет вам известно, что едва отдельные капли начнут замерзать на этих более многочисленных «более-менее пригодных» ядрах, все остальные тут же тоже втягиваются в процесс.
Первые несколько капель начинают замерзать снаружи внутрь, в результате чего поначалу получается твердая оболочка с мягкой начинкой. Как известно всякому, у кого зимой лопались водопроводные трубы, когда начинка тоже замерзает, она расширяется и разламывает внешнюю оболочку. Наружу прорываются и рассыпаются маленькие кусочки льда, или так называемые «ледяные иголки». Они становятся ядрами для других переохлажденных капель, и начинается цепная реакция замерзания.
Кристаллы льда, будучи твердыми, удерживают молекулы воды крепче, нежели капли. Поэтому вскоре, по мере того как к ним перегруппировываются молекулы воды от оставшихся переохлажденных капель, они увеличиваются в размере. В скором времени кристаллы достигают размеров, достаточных для того, чтобы приобрести весьма значительную скорость падения. Опускаясь вниз, они сталкиваются с все новыми переохлажденными каплями, которые намерзают на них и в итоге становятся еще больше. Через некоторое время кристаллы начинают выпадать из основания облака, а поскольку воздух под облаком теплее, они снова тают и падают на землю в виде дождя.
Именно таков обычно механизм выпадения дождя.
И тут мое время подошло бы к концу: миг спустя Фрэнки Лаймон уже выскочил бы на сцену навстречу восхищенному реву поклонников. Но пока он бежал бы по коридору под раскаты рок-н-ролла, я бы крикнул ему вслед: «Фрэнки… это называется процессом Бержерона-Финдайзена!» (в честь ученых, которые исследовали, как кристаллы льда достигают размеров, достаточных для выпадения дождя).
Не знаю, спасло бы мое объяснение юного Лаймона или нет. А может, оно помогло бы Лаймону попросту выбросить из головы все эти сбивающие с толку вопросы и зажить более полной жизнью.
***
Дети, рисуя дождевые капли, неизменно придают им форму слезинок. Полагаю, так их учат взрослые: вроде того, как ветки па рождественских елках принято обозначать диагональными линиями, направленными вниз.
Но точно так же как ветки рождественской елки на самом деле смотрят вверх, дождевые капли во время падения по форме совсем не похожи на слезинки. В облаке капли могут иметь форму практически идеальных шариков, однако когда они достигают размеров, достаточных для падения, их форма в значительной степени искажается из-за сопротивления воздуха, и они больше не выглядят как шарики, да и как слезинки тоже. При диаметре в несколько миллиметров они становятся больше всего похожи на верхнюю половину булочки для гамбургера.
Точно так же, как ошибочно рисовать рождественскую елку с опущенными вниз ветками, ошибочно рисовать и дождевые капли в форме слезинок. Детей, которые упорно продолжают рисовать именно так, следует строго наказывать.
Однако не слишком ли многого мы хотим от детей, ожидая, что они будут рисовать, как из облаков падают на землю крошечные гамбургеры? (Впрочем, полагаю, «Макдоналдс» смог бы выстроить на этом целую рекламную кампанию.) Понятное дело, мы учим их изображать капли в форме слезинок, поскольку привыкли к тому, что именно так выглядят капли, падающие с разных предметов: скажем, из крана в ванной. Всякий, кому доводилось наблюдать, как на ободке крана повисает капля воды, знает, что в тот миг, когда капля начинает падать, она и в самом деле похожа на слезу. Капля вытягивается под собственной тяжестью, удерживаясь на пределе силы поверхностного натяжения, и наконец срывается, чтобы навсегда затеряться в воде, плещущейся в ванне.
Конечно, именно такими мы видим капли слез, срывающиеся с ресниц нашей возлюбленной. А может, мы рисуем дождевые капли в форме слезинок еще и потому, что дождь ассоциируется у нас с печалью. Эту ассоциацию очень жаловали английские поэты-романтики. Джон Китс использовал ее в своем мрачноватом стихотворении «Ода Меланхолии»:
Не забыл о ней и Перси Биши Шелли, когда годом позже, узнав о смерти Китса, написал элегию «Адонаис». Этот панегирик безвременно ушедшему другу, кроме всего прочего, довольно-таки интересен. Шелли представил себе, как «крылатые Мечты», порожденные воображением Китса, умирают вместе с ним. Одна из них (весьма влюбчивая леди Мечта), витая над его смертным одром, замечает слезинку на его щеке. В надежде, что на самом деле поэт не умер, она восклицает:
Однако к несчастью для нее,
***
Если вы полагаете, что осадки могут принимать форму только лишь дождя, снега или града, вам явно стоит вернуться к этому вопросу еще раз. Это только три из множества видов осадков. Настало время привести более основательный перечень всего того, что может падать из облаков. Вид осадков зависит от типа облака, а также от температуры внутри облака и под ним.
ЖИДКИЕ ОСАДКИ
Дождь — капли воды, в диаметре обычно превышающие 0,5 мм.
Переохлажденный дождь — переохлажденные капли (с температурой, не превышающей 0 °C), иногда называемые дождем со снегом. Когда температура ниже 0 °C, они пребывают в жидком состоянии, однако в случае контакта с землей или с твердыми предметами (например, с телефонными проводами) замерзают.
Изморось — очень мелкие капли воды, падающие близко друг к другу и в диаметре обычно не превышающие 0,5 мм.
Переохлажденная морось — изморось с температурой ниже 0 °C. Поскольку капли мельче переохлажденного дождя, они могут оставаться в жидком состоянии при еще более низких температурах. Причиняют значительный ущерб хозяйству и авиации, поскольку в результате контакта с твердыми поверхностями непрерывно намерзают и создают гололед.
ТВЕРДЫЕ ОСАДКИ
Снег — кристаллические ледяные образования. Могут принимать форму как цельных кристаллов, так и кластеров соединенных друг с другом кристаллов, именуемых снежинками (как правило, если температура не превышает -5°C). Форма, размер и степень сгущения кристаллов отличаются высоким разнообразием и зависят от температуры и условий их формирования.
Снежные зерна — очень маленькие непрозрачные белые кристаллы льда (обычно меньше 1 мм в диаметре). При соударении с землей не отскакивают. Можно сказать, что эго снежный эквивалент измороси.
Снежная крупа — непрозрачные белые кристаллы льда от 1 до 5 мм в диаметре, обычно конической или закругленной формы. Как правило, хрупки и легко дробятся. Падая на твердую поверхность, отскакивают и часто разбиваются. Возникают в результате того, что кристаллы льда (например, снежные зерна) соударяются с каплями внутри облака, и капли намерзают на них, образуя шарики.
Град — очень твердые частицы льда, диаметр которых обычно составляет от 5 до 50 мм (рекордный показатель для США — 178 мм). Могут быть как прозрачными, так и непрозрачными. Обычно выпадают во время сильных гроз, формируясь внутри облака в ледяных слоях, подобно твердым круглым леденцам.
Ледяная крупа — полупрозрачные частицы льда, диаметр которых обычно не превышает 5 мм. Выпадение ледяной крупы носит ливневый характер. Крупинки не отличаются хрупкостью и при падении отскакивают от земли со слышимым звуком.