Наблюдения над туманом

Александр Боровой
«Квант» №1, 2020

Впервые опубликовано в «Кванте» №12 за 1986 год.

Присматривались ли вы к тому, как появляется над рекой вечерний туман? Он возникает не сразу, а сначала сгущается над водоворотами и перекатами. Отдельные легкие облачка в лунном свете напоминают женские фигуры в белых одеждах. И начинаешь понимать наших предков, создавших так много легенд о русалках.

С описанием этого иногда удивительно красивого, а чаще тревожного и загадочного природного явления мы встречаемся и на страницах произведений художественной литературы. На полях этой и следующей страниц приведено несколько прозаических и стихотворных цитат, в которых описывается туман. Постарайтесь догадаться, кто их авторы.

Как часто удается любоваться туманом, зависит от особенностей местности. Например, для жителей Ньюфаундленда, острова, расположенного у берегов Канады в месте, где теплое течение Гольфстрим сталкивается с холодным Лабрадорским течением, туманы — постоянные гости. Третью часть года, включая практически все летние дни, остров покрыт густой дымкой. Наверное, даже самое красивое описание тумана вряд ли вызовет восхищение у жителей Ньюфаундленда. Настоящая «страна туманов» — Англия, «туманный Альбион». У нас в стране особенно богаты туманными днями побережья северных морей — Балтийского, Охотского, а также Кольский полуостров.

Если там, где вы живете, природные туманы — редкость, не забудьте, что у себя дома их можно видеть буквально на каждом шагу. Белое облачко, появляющееся из носика кипящего чайника, — это туман. В обиходе мы называем его паром, но это неверно, поскольку пар воды представляет собой бесцветный газ. Если быстро открыть бутылку с газированной водой, то над горлышком в первый момент появится дымок — это тоже туман. На улице в морозный день туман клубится над открытой водной поверхностью, над прорубями или полыньями, врывается в комнату через открытую форточку, возникает при дыхании (опять-таки мы привыкли говорить — «пар от дыхания»).

Образование тумана связано с тем, что при понижении температуры воздуха водяные пары, содержащиеся в нем, в какой-то момент становятся насыщенными и при дальнейшем охлаждении начинают конденсироваться. И выделяют избыток влаги в виде мельчайших капель на центрах конденсации — пылинках, частицах дыма, ионах газа и т. п. Когда капли появляются в воздухе, мы говорим о тумане. А капли на поверхности земли, на листьях и траве называем росой.

Чтобы представить себе, насколько изменяется содержание водяного пара в воздухе при изменении температуры, приведем такие цифры: масса насыщенного водяного пара в 1 м³ воздуха при 30°С составляет 30 г; при охлаждении воздуха до 10°С масса насыщенного пара уменьшается до 10 г/м³; значит, в каждом кубометре воздуха 20 г воды должны выделиться в виде капель тумана или росы.

Размер капель, составляющих туман, вы можете определить следующим образом. Подержите в тумане стеклышко, смазанное вазелином, а потом рассмотрите под микроскопом оставшиеся на нем капли влаги. Микроскоп необходим, поскольку даже самые крупные капли достигают размеров всего лишь в десятки микрон, их диаметр почти в сто раз меньше толщины спички.

Обычно туманы не долговечны. Мелкие капли сливаются в более крупные и опускаются вниз — туман дождем выпадает на землю. Но может случиться и так, что в теплом потоке воздуха капли тумана испарятся и туман рассеется.

Все это можно наблюдать на простом опыте, для которого потребуются кофейник, сковорода и небольшой кусок резиновой трубки. Плотно вставим трубку в носик кофейника, нальем в него воду и поставим на плиту. Когда вода закипит, из трубки начнет вырываться белая струя водяного тумана. Поднесем (с помощью пинцета) конец трубки к холодной сковороде, стоящей на соседней конфорке. Туман будет подниматься над ней и частично оседать каплями на холодную поверхность металла. Но если сковороду разогреть — туман пропадет. В потоке нагретого воздуха плотность водяного пара становится ниже насыщенной, и капли воды не образуются (или испаряются).

«Граждане, рейс Москва — Воркута задерживается вылетом на два часа». К сожалению, объявления такого рода нередко можно услышать в аэропорту. Чаще всего задержка происходит как раз из-за тумана. Именно он мешает принимать самолеты, идущие на посадку, и мешает их взлету. Как с этим бороться?

Сначала инженеры предложили почти очевидный способ, который так хорошо «работал» в опыте со сковородой. Дело было во время войны. Английские летчики должны были отражать налеты фашистов. Но Англия — страна туманов, и летчик, вылетая с аэродрома, далеко не был уверен, что ему удастся совершить посадку в ясную погоду. И вот на шести английских аэродромах вдоль всей посадочной полосы запылали огромные факелы. Они подогревали воздух, капли тумана испарялись, и видимость повышалась во много раз — вплоть до километра.

Но способ этот оказался дорогим и неэффективным. Дело в том, что при сгорании нефть сама образует много водяных паров, они непрерывно пополняют «резервы» тумана, и факелам в основном приходилось бороться самим с собой. В результате на каждом аэродроме за секунду сгорала целая бочка нефти. Если для небольших аэродромов это было уже достаточно накладно, то для современных взлетных полос потребовалась бы целая река нефти. От подогрева воздуха пришлось отказаться.

Более перспективным оказалось рассеяние над аэродромом веществ, поглощающих влагу, например тончайшего порошка хлористого кальция. Его частицы собирают капли тумана в более крупные и выпадают на землю дождем. Влажность воздуха падает, и туман рассеивается.

Раз речь зашла о туманах и самолетах, мы хотели бы упомянуть еще о двух связывающих их фактах.

Каждый из вас, наверное, не раз замечал в небе белый след от летящего самолета. Это — туман, образующийся из паров воды, поставщиком которых служит сгорающее топливо. Горячий выхлопной газ, насыщенный водяными парами, попадает в холодную атмосферу и образует туман.

Куда более страшный «туманный след» может тянуться за самолетом, потерпевшим аварию. Это — след из горючего, которое выброшено в воздушный поток и распылено им в мельчайшие капли. Возникший огонь может распространяться по такому следу со скоростью в десятки метров в секунду, так что никакие пожарные средства не сумеют подоспеть на помощь. В связи с этим возникла проблема введения в топливо веществ, существенно уменьшающих горючесть образовавшегося тумана. И такие работы ведутся.