Ещё в Средневековье люди заметили, что после громкого звука дождь с градом или вовсе не выпадает, или на землю падают градины намного меньших размеров, чем обычно. Не зная, почему и как образуется град, во избежание несчастья, чтобы спасти посевы, при малейшем подозрении на вероятность возникновения огромных ледяных шариков, они звонили в колокола, а если была возможность – даже стреляли из пушек.

Градом называют одну из разновидностей ливневых осадков, которые образуются в больших кучево-дождевых облаках пепельного или темно-серого цвета с белыми рваными верхушками. После этого он выпадает на землю в виде небольших шарообразных или неправильной формы частиц из непрозрачного льда.

Размер таких льдинок вполне может колебаться от несколько миллиметров до несколько сантиметров (например, размер самых крупных горошин, которые были зафиксированы учёными, составлял 130 мм, при этом вес их оказался около 1 кг).

Осадки эти довольно опасны: исследования показали, что ежегодно от града погибает около 1% растительности на Земле, а ущерб, который наносят они экономике разных стран мира, составляет около 1 млрд. дол. Они доставляют также неприятности жителям региона, где град прошёл: крупных размеров градины вполне способны погубить не только урожай, но и пробить крышу машины, кровлю домов, в некоторых случаях – даже убить человека.

Как он образуется?

Выпадают осадки такого типа в основном в жаркую погоду, днем, и сопровождается молниями, громом, ливнями, также тесно связаны со смерчем и торнадо. Это явление можно наблюдать или перед дождём или вовремя, но почти никогда – после. Несмотря на то, что такая погода длится относительно недолго (в среднем около 5-10 минут), слой выпавших на землю осадков иногда может составлять несколько сантиметров.

Каждое облако, которое несёт с собой летний град, состоит из нескольких туч: нижняя расположена невысоко над поверхностью земли (при этом иногда может вытягиваться в виде воронки), верхняя находится на высоте, значительно превышающей пять километров.

Когда на дворе стоит жаркая погода, воздух нагревается чрезвычайно сильно и вместе с содержащимся в нём водяным паром, поднимается, постепенно охлаждаясь. На огромной высоте пар конденсируется и образовывает облако, которое содержит капли воды, которые вполне могут пролиться на земную поверхность в виде дождя.

Из-за неимоверной жары восходящий поток может быть настолько силён, что способен занести пар на высоту от 2,4 км, где температурные показатели намного ниже нуля, вследствие чего водяные капли переохлаждаются, а если поднимаются выше (на высоте 5 км) начинают образовывать градины (при этом на формирование одной такой льдинки уходит обычно около миллиона мельчайших переохлажденных капель).

Чтобы произошло образование града, необходимо, чтобы скорость воздушных потоков превышала 10 м/с, а температура воздуха была не ниже -20°, -25°С.

Вместе с водяными каплями в воздух поднимаются мельчайшие частицы песка, соли, бактерии и т.п., на которые налипает замерзший пар, и служит причиной происхождения града. Сформировавшись, ледяной шарик вполне способен несколько раз подняться на восходящем потоке к верхним слоям атмосферы и снова упасть в облако.

Если ледяную гранулу разрезать, можно увидеть, что она состоит из слоёв прозрачного льда, чередующихся с полупрозрачными слоями, напоминая, таким образом, луковицу. Чтобы определить, сколько именно раз она поднялась и опустилась в середине кучево-дождевого облака, нужно всего-навсего подсчитать число колец;

Чем дольше такая градина летает по воздуху, тем большей становится, собирая по дороге не только капельки воды, но в некоторых случаях даже снежинки. Таким образом, вполне может образоваться градина диаметром около 10 см в и весом почти в полкилограмма.

Чем выше скорость воздушных потоков, тем дольше летает по облаку ледяной шарик и тем больше он становится.

Летает градина по облаку до тех пор, пока воздушные потоки способны её удерживать. После того как льдинка набирает определённый вес, она начинает падать. Например, если скорость восходящего потока в облаке составляет около 40 км/ч, долгое время градины он удерживать не в состоянии – и они довольно быстро падают вниз.

Ответ на вопрос, почему образованные в небольшом кучево-дождевом облаке ледяные шарики далеко не всегда достигают земной поверхности, прост: если они падают с относительно небольшой высоты, то успевают растаять, вследствие чего на землю обрушиваются ливни. Чем толще туча, тем большая вероятность того, что выпадут ледяные осадки. Поэтому, если толщина облака составляет:

• 12 км – вероятность возникновения этого вида осадков равна 50%;

• 14 км – шансы на появление града – 75%;

• 18 км – сильный град выпадет однозначно.

Где чаще всего можно увидеть ледяные осадки

Такую погоду можно увидеть далеко не везде. Например, в тропических странах и полярных широтах это довольно редкое явление, причём выпадают ледяные осадки в основном или в горах, или на высоких плоскогорьях. Здесь есть низменности, где за градом можно наблюдать довольно часто. Например, в Сенегале он не только часто выпадает, но и нередко слой ледяных осадков составляет несколько сантиметров.

Довольно сильно страдают от этого природного явления регионы Северной Индии (особенно во время летних муссонов), где, согласно статистике, каждая четвертая градина больше 2,5 см.

Самый крупный град был зафиксирован здесь учёными в конце XIX века: ледяные горошины были настолько огромны, что до смерти забили 250 человек.

Чаще всего град выпадает в умеренных широтах – почему так получается, во многом зависит от моря. При этом, если над водными просторами он встречается намного реже (над земной поверхностью восходящие потоки воздуха бывают чаще, чем над морем), то уже недалеко от берега град с дождём выпадает намного чаще, чем вдали от него.

В отличие от тропических, в умеренных широтах ледяных осадков на низменностях бывает намного больше, чем в горной местности, при чем на более неровной земной поверхности их можно увидеть чаще.

Если град всё же выпадает в горных или предгорных районах, он оказывается опасным, а сами градины чрезвычайно крупного размера. Почему так? Это происходит прежде всего потому, что в жаркую погоду рельеф здесь неравномерно прогревается, возникают очень мощные восходящие потоки, поднимающие пар на высоту до 10 км (именно там температура воздуха может достигать -40 градусов и является причиной возникновения самого крупного града, летящего на землю со скоростью 160 км/ч и несущего с собой беду).

Что делать, если оказался под крупными осадками

Если в то время как испортилась погода и выпал град, вы находитесь в машине, то нужно остановить машину возле обочины, но не съезжая с дороги, так как землю может банально размыть, и вы не выберетесь. Если есть возможность, желательно спрятать её под мостом, завести в гараж или на крытую стоянку.

Если нет возможности укрыть машину во время такой погоды от осадков, нужно отодвинуться подальше от стекол (а ещё лучше повернуться к ним спиной) и закрыть глаза руками или одеждой. Если автомобиль достаточно большой и его габариты позволяют, можно даже лечь на пол.

Машину, когда пошел дождь с градом, покидать категорически нельзя! Тем более что ждать придётся недолго, поскольку это явление редко, когда длится дольше 15 минут. Если во время возникновения ливня вы находитесь в помещении, нужно отойти от окон и отключить электроприборы, поскольку это явление обычно сопровождает гроза с молниями.

Если такая погода застала вас на улице, нужно найти укрытие, если же его нет, обязательно надо защитить голову от падающих на огромной скорости градин. Желательно во время такого ливня не прятаться под деревьями, поскольку крупные градины в состоянии поломать ветви, которые при падении могут вас достаточно сильно травмировать.

Градом называются особого рода ледяные образования, выпадающие иногда из атмосферы и причисляемые к атмосферным осадкам, иначе гидрометеорам. Вид, строение и размеры градин крайне разнообразны. Одна из наиболее обыкновенных форм - коническая или пирамидальная с острыми или слегка усеченными верхушками и закругленным основанием; верхняя часть таких градин обыкновенно более мягкая, матовая, как бы снежная; средняя - полупрозрачная, состоящая из концентрических, чередующихся между собою прозрачных и непрозрачных слоев; нижняя, самая широкая - прозрачная (наблюдения киевской метеор. обсерв., апрель 1892 г., "Извест. унив. св. Влад".).

Не менее часто встречается шарообразная форма, состоящая из внутреннего снежного ядра (иногда, хотя и реже, центральная часть состоит из прозрачного льда), окруженного одной или несколькими прозрачными оболочками. Встречаются также градины сфероидальные, с углублениями у концов малой оси, с разнообразными выступами, иногда кристаллическими, как это наблюдали: Абих на Кавказе (ледяные шары с большими наросшими на них скаленоэдрами, "Записки кавк. отд. Р. Г. общ.", 1873), Бланфорд в Ост-Индии ("Proceedings of the Asiatic Soc.", июнь 1880), Лангер около Пешта ("Met. Zeitschr." 1888, стр. 40) и другие. Иногда вид градин бывает весьма сложный, напр. напоминает цветок со многими лепестками. Подобная форма представлена на этом рисунке.

Бывают, наконец, формы крайне простые - параллелепипедальные, пластинчатые и проч.

Весьма разнообразные и любопытные формы градин описаны в "Метеорологическом обозрении" проф. А. В. Клоссовского ("Труды метеор. сети ЮЗ России" 1889, 1890, 1891). Они представлены на таблице в натуральную величину. Более затушеванные места сооответствуют менее прозрачным частям градин.

Градины выпали в юго-западной России: фиг. I - в Черниговской губ. в 1876 г.; фиг. II - в Херсонской губ. в том же году; фиг. III, V, VI, VII, VIII, IX [В таблице "Град" группа шести градин (в нижней половине табл.) ошибочно обозначена римскою цифрою XI, вместо нее должна быть IX], X, ХI - в Херсонской губернии в 1887 г.; фиг. IV - в Таврической губ. в 1887 г.; фиг. ХII - в Подольской губ.; фиг. XIII - в Таврической губ. в 1889 г.; фиг. XV - в Минской губ. в 1880 г.; фиг. XVI - в Одессе в 1881 г. Особенно замечательны формы, изображенные на фиг. IX (а, b, с, d, e, f, g, h, i) [В таблице "Град" группа шести градин (в нижней половине табл.) ошибочно обозначена римскою цифрою XI, вместо нее должна быть IX], выпавшие в Херсонской губернии, в деревне Зеленовке Елизаветградского уезда, 19 августа 1887 г., в день полного солнечного затмения, приблизительно через час по окончании затмения, при сильном SW вихре (рис. в тексте); середина состоит из темносинего льда с углублением; вокруг как бы фаянсовый белый кружок, местами грязноватый, по-видимому, с пылью; за ним следуют ледяные лепестки, из которых два внутренние ряда цвета белого фаянса, последний ряд цвета обыкновенного льда.

Подобную же форму имеют и градины, изображенные на фигурах IX b и с. Фиг. IX d - шарообразная форма, прозрачная с белыми тонкими полосками на поверхности. Фиг. IX е - плоская, немного вогнутая, белого цвета. Фиг. IX h и и - параллелепипедальная, прозрачная, или же молочного цвета, или цвета белого фаянса.

Химический анализ воды, собранной от этих градин, показал, что в них были органические вещества, а также глинистые частицы и зерна кварца. Подобные посторонние включения - не редкость в градинах. Всего чаще они находятся в центральной части градин и представляют собою или песчинку, или частицу пепла, или органическое тело, а иногда и метеорную пыль. Иногда пыль, заключающаяся внутри градин, бывает красная, что сообщает градинам красноватый оттенок.

Наиболее обыкновенные размеры градин - от горошины до голубиного яйца, но бывают и больше, как это видно, напр., из чертежей таблицы, представляюших градины в натуральную величину.

11 августа 1846 г. в Лифляндской губ. выпал град величиною в кулак (К. Веселовский. "О климате России", 1857). В 1863 г. выпавший на о-ве Зеландии Г. был так велик, что пробил крыши домов и даже потолки. Вес одной из проникшей в дом градины оказался 15 фн. В 1850 г. на Кавказе выпали град в 25 фн. весом (Веселовский, "О климате России" стр. 363). В Земле Войска Донского однажды выпали глыбы льда в два аршина в окружности. О граде еще большей величины см. ст. проф. Шведова: "Что такое град" ("Журн. русского физико-химич. общества" 1881).

В каком большом количестве иногда выпадает град, видно из письма миссионера Берлина (Berlyn) из западн. Монголии ("Ciel et Terre", т. X). В 1889 г., по его словам, здесь выпал град, в течение четверти часа покрывший землю слоем в три фута толщиною; после града пошел ливень, который автор письма называет дилювиальным.

Температура градин бывает большею частью 0°, но иногда -2, -4, -9°. По Буссенго, температура града, выпавшего в 1875 г. в дпт. Луары, была -13° при +26° в воздухе ("Compt. Rend." T. LXXXIX). Град сопровождается обыкновенно (некоторые полагают, что даже всегда) грозою и бывает в небольших грозовых вихрях (смерчах, торнадо) с сильным восходящим течением воздуха, возникающих и движущихся в обыкновенных циклонах (см. Грозы и Циклоны).

Вообще смерч, торнадо и град - явления весьма тесно связанные между собою и с циклоническою деятельностью. Град почти всегда выпадает перед ливнем или одновременно с ним и почти никогда после него. Градовые вихри иногда бывают необыкновенно сильны. Облака (см. Облака), из которых выпадает град, характеризуются темно-серым пепельным цветом и белыми, как бы изодранными, верхушками. Каждое облако состоит из нескольких нагроможденных друг на друга облаков: нижнее находится обыкновенно на небольшой высоте над землею, верхнее же на высоте 5, 6 и даже более тысяч метров над земною поверхностью. Иногда нижнее облако вытягивается в виде воронки, как это свойственно явлению смерчей.

Случается, что с градом выпадают предметы, поднятые сильным восходящим воздушным током, напр. камни, куски дерева и проч. Так, 4 июня 1883 г. в Вестмонланде (Швеция) вместе с градом упали камни величиною с орех, состоящие из тех горных пород Скандинавского полуострова (Nordenskjold, изд. Vetenskaps Akademien 1884, № 6); в Боснии в июле 1892 г. выпало вместе с дождем и градом множество мелких рыбок из породы уклеек ("Метеорологический вестник" 1892, стр. 488). Явление Г. сопровождается особым характерным шумом от ударения градин, напоминающим шум, происходящий от высыпания орехов. Град выпадает большею частью в летнее время и днем. Град ночью - явление весьма редкое. Продолжается несколько минут, обыкновенно меньше четверти часа; но бывают случаи, когда он длится и долее.

Распределение явления града на земле зависит от широты, но главным образом от местных условий. В тропических странах град - явление весьма редкое, причем он там падает почти только на высоких плоскогорьях и горах. Так, в Кумане, на берегу Антильского моря, град - явление невиданное, а недалеко отсюда, в Каракасе, на высоте нескольких сот футов, он хотя бывает, но не более одного раза в четыре года. Некоторые низменности тропических стран, впрочем, представляют исключения. Сюда относится, например, Сенегал, в котором град идет ежегодно, притом в таком количестве, что покрывает почву слоем в несколько сантиметров толщины (Raffenel, "Nouveau voyage au pays des nègres", 1856).

В полярных странах град - явление тоже весьма редкое. Гораздо чаще он бывает в умеренных широтах. Здесь его распределение обусловливается расстоянием от моря, видом поверхности суши и пр. Над морем град бывает реже, чем над сушею, потому что для образования его необходимы восходящие токи воздуха, которые над сушею бывают чаще и сильнее, чем над морем. На суше вблизи берега он бывает чаще, чем вдали от него; так, в среднем выводе, во Франции ежегодно бывает до 10 и даже более раз, в Германии 5, в Евр. России 2, в Западной Сибири 1. В низменностях умеренных стран град чаще, чем на горах, притом над низменностями неровными чаще, чем над ровными; так, около Варшавы, где местность ровная, он реже, чем в местах, более близких к Карпатам; в долинах он бывает чаще, чем на горных склонах.

О влиянии леса на выпадение града см. Градобитие. О влиянии местных условий на распределение града см.: Абих, "Записки кавказ. отдел. Русск. Геогр. общ." (1873); Lespiault, "Etude sur les orages dans le depart. de la Gironde" (1881); Riniker, "Die Hagelschläge etc. im Canton Aargau" (Берлин, 1881).

Град выпадает узкими и длинными полосами. Град, выпавший во Франции 13 июля 1788 г., прошел двумя полосами с ЮЗ на СВ: одна из полос имела ширину 16 в., длину 730, другая - ширину 8, длину 820 в.; между ними была полоса шириною около 20 в., где града не было. Град сопровождался грозою и распространялся со скоростью 70 в. в час.

Исследования распределения градов и гроз в России, произведенные проф. А. В. Клоссовским ("К учению об электрической энергии в атмосфере. Грозы в России", 1884 и "Метеорол. Обозрение" за 1889, 1890, 1891 гг.), подтверждают существование самой тесной связи между этими двумя явлениями: град вместе с грозами бывает обыкновенно в юго-вост. части циклонов; он чаще там, где чаще грозы. Север России беден случаями выпадения града, иначе сказать, градобитиями. Число дней с градом в среднем выводе здесь около 0,5 в год. В Прибалтийском крае градобития чаще (от 0,5 до 2,4). Дальше к югу число градобитий несколько увеличивается и максимума достигает в Юго-Зап. крае, а дальше, к Черному морю, снова уменьшается (около 1 в год).

Новое усиление градовой деятельности замечается в начале XX века на Кавказе, где оно достигает 3,3 (Даховский пост) и даже 6,5 (Белый Ключ) в год. От Урала и Западной Сибири (около 2) далее на В число градобитий уменьшается (Нерчинск - 0,6, Иркутск - 0,3).

От града надо отличать сходные с ним образования: крупу и ледяной дождь. Крупа - это шарообразные образования, состоящие из однородной непрозрачной массы белого цвета, происходящей от скучивания кристаллов снега. Ледяной дождь - это ледяные шарики или сфероиды, совершенно прозрачные, образующиеся вследствие замерзания дождевых капель.

Отличие от них града заключается в том, что град бывает преимущественно летом, крупа - зимою и весною, ледяной же дождь - зимою, осенью и весною. Другое отличие то, что последние гидрометеоры не сопровождаются электрическими явлениями. Вольта ("Sopra la grandine" 1792) объяснял происхождение града движением вверх и вниз ледяных частиц в верхних слоях атмосферы между облаками, наэлектризованными противоположными электричествами, при котором влага воздуха оседает на них, образуя ледяные оболочки; когда они делаются настолько тяжелыми, что электрические силы не могут поддерживать их в воздухе, они падают. Но аэронавты никогда не замечали восходящего и нисходящего движения ледяных кристаллов в воздухе, хотя им не раз приходилось пролетать через облака, состоящие из таких кристаллов. Кроме того, теория Вольты не объясняет ни присутствия в градинах посторонних твердых частиц, ни связи с грозами и смерчами.

После Вольты было предложено много гипотез, но, несмотря на то, явление града в начале XX века представляло еще много загадочного. Еще Леопольд фон-Бух высказал мысль, что град есть следствие быстрого восходящего движения воздуха. То же подтвердили Рейе (Reye, "Wirbelstürme, Tornados u. Wettersaülen", 1872) Феррель (Ferrel, "Meteorological remarks for the use of the Coast Pilot", pt. II), и Ган, (Hann, "Die Gesetze d. Temperatur-Aenderung in aufsteigenden Luftströmungen", в "Zeitschr. für Meteor." 1874). Исследования трех последних ученых показали, что если вследствие нагревания земли, при условии ненормально быстрого убывания температуры с высотою, образуется восходящее движение воздуха, то оно может достичь большой быстроты (20 м и даже более в секунду), особенно если поднимающийся воздух содержит много водяного пара, конденсация которого ведет за собою выделение теплоты, поддерживающей и усиливающей ток.

Наиболее благоприятные условия для образования таких токов существуют в юго-вост. части наших циклонов, отчего град должен быть в этой части циклонов всего чаще, что в действительности и наблюдается. Эти токи увлекают с собою вверх с земной поверхности, иногда до весьма большой высоты, пыль, песок, куски дерева, камни и проч. Но твердые частицы преимущественно и производят конденсацию пара, отчего образуются водяные частицы и мелкие ледяные кристаллы, иглы и снежинки облаков. На всякой высоте температура восходящего потока вследствие конденсации водяного пара выше температуры окружающего воздуха, отчего может случиться, как полагает Зонке, что восходящий поток воздуха вместе с водяными частицами, в нем находящимися, прорезывает облако, состоящее из мелких ледяных кристаллов или снежинок. Вследствие трения между частицами воды и льда, как показал еще Фарадей и подтвердил Зонке и другие, происходит электризация водяных частиц (которые при дальнейшем поднятии могут превратиться в ледяные) -Е, а ледяных кристаллов +Е.

Таким образом, по мнению Зонке, происходит электризация облаков различными электричествами, ведущая за собою грозу и образование града. Первоначальное соединение частиц уясняется опытами Лоджа, показавшего, что мелкие твердые частицы, плавающие в воздухе, напр., частицы дыма и проч., при наэлектризовании весьма быстро собираются в кучи или нити и падают вниз. Подобно этому, вероятно, происходит первоначальное сближение частиц облака, вследствие чего как в окружающих восходящий ток облаках, так и в самом токе образуется первоначальная форма градин - крупа, а также сросшиеся ледяные зерна, которые падают вследствие тяжести вниз.

Образование ледяных оболочек есть следствие прохождения первоначальной формы, при падении ее через переохлажденные облака, т. е. такие, которые состоят из водяных частиц, хотя температура их ниже 0° (наблюдения на аэростатах показали, что такие облака существуют). Если твердые частицы пролетают через переохлажденные облака, то водяные частицы оседают на них, моментально замерзая и образуя таким образом наслоения (Hagenbach, "Ueber krystallinisches Hagel", в "Wiedem. Annal." 1879).

Феррель несколько видоизменяет предыдущую гипотезу, предлагая следующую (W. Ferrel, "Meteorological remarks etc." Вашингтон, 1880). Падение небольших градин может происходить лишь вне восходящего тока, где они пролетают через облака с ледяными или снежными кристаллами, при чем на них образуется слой, состоящий из замерзшего мягкого снега или малопрозрачный ледяной; в нижнем слое воздуха, в котором воздух стремится со всех сторон по горизонтальному направлению к тому месту, где происходит восходящий ток, градины вовлекаются внутрь последнего и поднимаются.

Проходя между прочим через переохлажденные облака, покрываются прозрачною ледяною оболочкою; в верхней части тока они отбрасываются в стороны и падают и т. д. Таким образом, по теории Ферреля, каждая градина может несколько раз падать и подниматься. По числу слоев в градинах, которых иногда бывает до 13, Феррель судит о числе оборотов, совершенных градиной. Циркуляция происходит до тех пор, пока градины не сделаются очень большими. По вычислению Ферреля, восходящий ток со скоростью 20 метр. в секунду в состоянии поддерживать град в 1 сантиметр в диаметре, а эта скорость для смерчей еще довольно умеренная.

Коническую форму градин Рейнольд объясняет следующим образом ("Nature", том XV, стр. 163). Большие градины, падая быстрее меньших, догоняют последние, которые к ним пристают снизу, сообщая им коническую форму с закругленным основанием. Любопытны опыты, помощью которых Рейнольд доказывает справедливость своей теории. Возможно также образование градин вследствие замерзания дождевых капель (Kl. Hess, "Ueber den Hagelschlag im Kanton Thurgau", "Meteorol. Zeitschr.", июнь 1891). H. А. Гезехус путем опытов подтверждает справедливость такого предположения ("Журнал русского физико-химического общ.", 1891).

Вследствие неравномерного отвердевания дождевых капель и расширения воды при переходе в твердое состояние происходят прорывы в образующейся вначале коре капли и выступы внутренней еще жидкой массы наружу. От этой причины являются пустоты, углубления, отростки с некристаллическим и кристаллическим строением, а иногда растрескивания коры и разбрасывание ее, чем объясняются наблюдаемые иногда формы градин в виде обломков и осколков льда. Распространение града можно объяснить передвижением вихрей (см. Грозы , а также Смерчи). В заключение упомянем о теории проф. Шведова, по которой град предполагается космического происхождения. Ей, однако, противоречат: местный характер явлений града, распределение его по временам года и часам дня, а также связь с грозами и вихреобразными движениями в атмосфере.

При написании этого текста использовался материал из
Энциклопедического словаря Брокгауза Ф.А. и Ефрона И.А. (1890-1907).

Английский
град – hail

Град – природное явление, известное практически каждому жителю планеты на личном опыте, из кинофильмов или же со страниц печатных изданий. При этом мало кто задумывается, чем же в действительности являются подобные осадки, как они образуются, опасны ли они для человека, животных, посевов и пр. Не зная, что такое град, можно всерьез испугаться, впервые столкнувшись с подобным явлением. Так, к примеру, жители средневековья настолько опасались падающих с неба ледышек, что даже при косвенных признаках их появления, начинали трубить тревогу, звоня в колокола и стреляя из пушек!

Даже сейчас в некоторых странах используют специальные покрывала для посевов, чтобы спасти урожай от сильных осадков. Современные кровли разрабатывают с повышенной устойчивостью к ударам градин, а заботливые хозяева автомобилей обязательно стараются уберечь свои транспортные средства от попадания под «артобстрел».

Опасен ли град для природы и человека?

На самом деле такие меры предосторожности далеко не беспричинны, ведь крупный град действительно может нанести серьезный ущерб имуществу и самому человеку. Даже некрупные льдинки, падающие с большой высоты, приобретают существенный вес, и их попадание на какую-либо поверхность довольно ощутимо. Каждый год подобные осадки уничтожают до 1% всей растительности на планете, к тому же наносят серьезный ущерб экономике разных стран. Так общая сумма убытков от града составляет более 1 миллиарда долларов ежегодно.

Также следует помнить, чем опасен град для живых существ. В некоторых регионах вес падающих льдинок является достаточным, чтобы травмировать или даже убить животного или человека. Зафиксированы случаи, когда градины пробивали крыши автомобилей и автобусов и даже кровлю домов.

Чтобы определить степень опасности ледышек и вовремя среагировать на природный катаклизм, следует более детально изучить град как природное явление, а также выполнять основные меры предосторожности.

Град: что это такое?

Град – это разновидность ливневых осадков, которые возникают в дождевых облаках. Льдинки могут образовываться в виде круглых шариков или же иметь неровные края. Чаще всего это горошины белого цвета, плотные и непрозрачные. Сами же градовые облака характеризуются темно-серым или пепельным оттенком с рваными белыми концами. От размера тучи зависит процентная вероятность выпадения твердых осадков. При толщине в 12 км она равняется примерно 50%, а вот при достижении 18 км – град будет обязательно.

Размер льдинок непредсказуем – одни могут быть похожи на мелкий снежок, другие же достигают нескольких сантиметров в ширину. Самый крупный град был замечен в Канзасе, когда с неба сыпались «горошины» до 14 см в диаметре и весом до 1 кг!

Могут сопровождать град осадки в виде дождя, в редких случаях – снега. Также при этом происходят громкие раскаты грома и проблески молнии. В предрасположенных регионах сильный град может возникнуть вместе с торнадо или смерчем.

Когда и как возникает град

Чаще всего град образуется в жаркую погоду в дневное время, но в теории он может появляться до -25 градусов. Его можно заметить во время дождя или же непосредственно перед выпадением других осадков. После ливня или снегопада град возникает крайне редко, и такие случаи скорее являются исключением, чем правилом. Продолжительность таких осадков невелика – обычно все заканчивается за 5-15 минут, после чего можно наблюдать хорошую погоду и даже яркое солнце. Тем не менее, слой выпавших за этот короткий промежуток времени льдинок может достигать нескольких сантиметров в толщину.

Кучевые облака, в которых и происходит образование града, состоят из нескольких отдельных туч, расположенных на разной высоте. Так верхние находятся более чем в пяти километрах над землей, другие же «висят» довольно низко, и их можно заметить невооруженным взглядом. Иногда такие тучи напоминают воронки.

Опасность града состоит в том, что внутрь льдинки попадает не только вода, но также мелкие частички песка, мусора, соли, различные бактерии и микроорганизмы, которые обладают достаточно легким весом, чтобы подняться в облако. Они скрепляются с помощью замерзшего пара и превращаются в крупные шарики, способные достигать рекордных размеров. Такие градины иногда по несколько раз поднимаются в атмосферу и снова падают в облако, собирая все больше «компонентов».

Чтобы понять, как образуется град, достаточно посмотреть на одну из упавших градин в разрезе. По структуре она напоминает луковицу, в которой прозрачный лед чередуется с полупрозрачными слоями. Во вторых и находится различный «мусор». Из любопытства можно посчитать количество таких колечек – именно столько раз поднималась и опускалась льдинка, мигрируя между верхними слоями атмосферы и дождевым облаком.

Причины появления града

В жаркую погоду горячий воздух поднимается вверх, увлекая за собой и частички влаги, которые испаряются из водоемов. В процессе подъема они постепенно охлаждаются, а при достижении определенной высоты, превращаются в конденсат. Из него и получаются облака, которые вскоре проливаются дождем или даже настоящим ливнем. Так если существует такой простой и понятный круговорот воды в природе, то почему бывает град?

Град бывает потому, что в особо жаркие дни потоки горячего воздуха поднимаются на рекордную высоту, где температура падает гораздо ниже нуля. Переохлажденные капельки, перешедшие порог в 5 км, превращаются в ледышки, которые затем и выпадают в виде осадков. При этом даже для образования небольшой горошины необходимо более миллиона микроскопических частиц влаги, а скорость воздушных потоков должна превышать 10 м/с. Именно они и удерживают градину внутри облака на протяжении длительного времени.

Как только воздушные массы не способны выдерживать вес образовавшейся льдинки, градины срываются с высоты вниз. При этом далеко не все из них достигнут земли. Небольшие ледышки успеют растаять по дороге, и выпадут в виде дождя. Поскольку требуется совпадение довольно многих факторов, природное явление град встречается довольно редко и только в определенных регионах.

География осадков или в каких широтах может выпасть град

Практически не страдают от осадков в виде града тропические страны, а также обитатели полярных широт. В этих регионах подобное природное явление можно встретить только в горах или на высоких плато. Также довольно редко наблюдается град над морем или другими водоемами, поскольку в таких местах практически не бывает восходящих воздушных потоков. Тем не менее, вероятность осадков становится все больше по мере приближения к берегу.

Обычно град выпадает в умеренных широтах, при этом здесь он «выбирает» низины, а не горы, как в случае с тропическими странами. Существуют даже определенные низменности в подобных регионах, которые используют для изучения этого природного явления, поскольку оно возникает там с завидной периодичностью.

Если все же осадки находят выход в скалистой местности в умеренных широтах, то они приобретают масштаб стихийного бедствия. Льдины образуются особенно крупными и летят с огромной высоты (более 150 км). Дело в том, что в особо жаркую погоду, рельеф прогревается неравномерно, что приводит к возникновению очень мощных восходящих потоков. Так капли влаги поднимаются вместе с воздушными массами на 8-10 км, где превращаются в градины рекордного размера.

Не понаслышке знают, что такое град, жители Северной Индии. Во время летних муссонов довольно часто здесь с неба сыплются льдинки до 3 см в диаметре, но случаются и более масштабные осадки, которые доставляют серьезные неудобства местным аборигенам.

В конце XIXвека в Индии прошел настолько сильный град, что от его ударов погибло боле 200 человек. Серьезный ущерб льдистые осадки наносят и экономике Америки. Практически по всей территории страны случаются сильные выпадения града, который уничтожает посевы, разбивает дорожное покрытие и даже рушит некоторые постройки.

Как спастись от крупного града: меры предосторожности

Важно помнить, встретив в дороге град, что это опасное и непредсказуемое природное явление, которое может представлять серьезную угрозу жизни и здоровью. Даже небольшие горошины, попадая на кожу, могут оставить синяки и ссадины, а при ударе крупной льдины в голову, человек вполне может потерять сознание или получить серьезное повреждение.

В начале льдинки могут быть немного мельче, и за это время следует найти подходящее укрытие. Так, если вы находитесь в транспортном средстве, не стоит выходить на улицу. Постарайтесь найти крытую стоянку, гараж или остановиться под мостом. Если такой возможности нет, припаркуйте автомобиль у обочины и отодвиньтесь подальше от стекол. При достаточных габаритах вашего транспортного средства – лягте на пол. В целях безопасности, прикройте голову и открытые участки кожи курткой или покрывалом, в крайнем случае, хотя бы закройте руками глаза.

Если во время осадков вы оказались на открытой местности, срочно найдите надежное укрытие. При этом категорически не рекомендуется использовать с этой целью деревья. Мало того, что в них может ударить молния, которая является неизменной спутницей града, так еще и ледяные шарики могут сломать ветки. Травмы, полученные от щепок и сучьев, ничем не лучше, чем ушибы от градин. В отсутствие какого-либо навеса, просто прикройте голову подручным материалом – доской, пластмассовой крышкой, куском металла. На крайний случай подойдет плотная джинсовая или кожаная куртка. Можно сложить ее в несколько слоев.

Намного проще скрыться от града в помещении, но при крупном диаметре ледышек, все равно следует принять меры предосторожности. Отключите все электроприборы, вытащив вилки из розеток, отойдите от окон или стеклянных дверей.

Выходные данные сборника:

О механизме образования града

Исмаилов Сохраб Ахмедович

д-р хим. наук, старший научный сотрудник, Институт нефтехимических процессов АН Азербайджанской Республики,

Республика Азербайджан, г. Баку

ABOUT THE MECHANISM OF THE HAIL FORMATION

Ismailov Sokhrab

doctor of chemical Sciences, Senior Researcher, Institute of Petrochemical Processes, Academy of Sciences of Azerbaijan, the Republic of Azerbaijan, Baku

АННОТАЦИЯ

Выдвинута новая гипотеза о механизме образования града в условиях атмосферы. Предполагается, что, в отличие от известных предыдущих теорий, образование града в атмосфере обусловлено генерацией высокой температуры при разряде молнии. Резкое испарение воды по разрядному каналу и вокруг его приводит к резкому замерзанию ее с появлением града разных размеров. Для образования града не обязателен переход нулевой изотермы, он образуется и в нижнем теплом слое тропосферы. Грозе сопутствует град. Выпадение града наблюдается только при сильных грозах.

ABSTRACT

Put forward a new hypothesis about the mechanism of formation of hail in the atmosphere. Assuming it"s in contrast to the known previous theories, hail formation in the atmosphere due to the generation of heat lightning. Abrupt volatilization water discharge channel and around its freezing leads to a sharp appearance with its hail different sizes. For education is not mandatory hail the transition of the zero isotherm, it is formed in the lower troposphere warm. Storm accompanied by hail. Hail is observed only when severe thunderstorms.

Ключевые слова : градина; нулевая температура; испарение; похолодание; молния; гроза.

Keywords : hailstone; zero temperature; evaporation; cold; lightning; storm.

Человек зачастую сталкивается со страшными стихийными явлениями природы и неустанно борется против них. Стихийные бедствия и последствия катастрофических природных явлений (землетрясения, оползни, молнии, цунами, наводнения, извержения вулканов, торнадо, ураганы, град) привлекают внимание учёных всего мира. Не случайно, что при ЮНЕСКО создана специальная комиссия по учёту стихийных бедствий - UNDRO (United Nations Disaster Relief Organization - Ликвидация последствий стихийных бедствий Организацией Объединённых Наций). Познав необходимость объективного мира и действуя в соответствии с нею, человек подчиняет себе силы природы, заставляет их служить своим целям и превращается из раба природы во властелина природы и перестаёт быть бессильным перед природой, становится свободным. Одним из таких страшных бедствий является град.

На месте падения град, в первую очередь, уничтожает культурные сельскохозяйственные растения, убивает скот, а также самого человека. Дело в том, что внезапное и с большим притоком наступление града исключает защиту от него. Иногда за считанную минуту поверхность земли покрывается градом толщиной 5-7 см. В районе Кисловодска в 1965 году выпал град, покрывший землю слоем в 75 см. Обычно град охватывает 10-100 км расстояния. Давайте вспомним несколько страшных событий из прошлого.

В 1593 году в одной из провинций Франции вследствие бушующего ветра и сверкающей молнии выпал град с громадным весом в 18-20 фунтов! В результате этого был нанесён большой ущерб посевам и разрушено много церквей, замков, домов и других сооружений. Жертвами этого ужасного события стали и сами люди. (Здесь надо учесть, что в те времена фунт как единица веса имел несколько значений). Это было ужасное стихийное бедствие, одно из самых катастрофических градобитий, обрушившихся на Францию. В восточной части штата Колорадо (США) ежегодно происходит около шести градобитий, каждое из них приносит огромные убытки. Градобития чаще всего случаются на Северном Кавказе, в Азербайджане, Грузии, Армении, в горных районах Средней Азии. С 9 на 10 июня 1939 года в городе Нальчике выпал град величиной с куриное яйцо, сопровождающийся сильным ливнем. В результате было уничтожено свыше 60 тысяч га пшеницы и около 4 тысяч га других культур; было убито около 2 тысяч овец.

Когда речь идёт о градине, в первую очередь, отмечают размеры ее. Градины обычно бывают разными по величине. Метеорологи и другие исследователи обращают внимание на самые крупные. Любопытно узнать о совершенно фантастических градинах. В Индии и Китае произошло падение с небес ледяных глыб весом 2-3 кг. Даже говорят, что в 1961 году в Северной Индии тяжёлая градина убила слона. 14 апреля 1984 года в небольшом городе Гопалгандж республики Бангладеш падали градины массой в 1 кг, приведшие к гибели 92 человек и нескольких десятков слонов. Этот град даже занесён в книгу рекордов Гиннеса. В 1988 году в Бангладеш 250 человек были жертвами градобития. А в 1939 году была обнаружена градина с весом 3,5 кг. Совсем недавно (20.05.2014) в городе Сан-Паулу Бразилии выпали градины настолько крупной размерности, что их кучи извлекали с улиц тяжёлой техникой.

Все эти данные говорят о том, что нанесение ущерба градобитием жизнедеятельности человека имеет не менее важное значение по сравнению с другими экстраординарными природными явлениями. Судя по этому, комплексное изучение и нахождение причины образования его с привлечением современных физико-химических методов исследований, а также борьбы с этим кошмарным феноменом являются актуальными задачами перед человечеством всего мира.

Каков действующий механизм образования града?

Заранее отмечу, что до сих пор нет правильного и положительного ответа на этот вопрос.

Несмотря на создание первой гипотезы по этому поводу еще в первой половине XVII века Декартом, однако научную теорию градовых процессов и методов воздействия на них разработали физики и метеорологи лишь в середине прошлого века. Следует отметить, что ещё в средних веках и в первой половине XIX века было выдвинуто несколько предположений разных исследователей, таких как Буссенго, Шведов, Клоссовский, Вольта, Рейе, Феррел, Ган, Фарадей, Зонке, Рейнольд и др. К сожалению, их теории не получили подтверждения. Следует отметить, что и последние взгляды по данному вопросу не являются собой научную обоснованными, и до сих пор нет исчерпывающих представлений о механизме градообразования. Наличие многочисленных экспериментальных данных и совокупность литературных материалов, посвящённых этой теме, дали возможность предположить следующий механизм образования града, который был признан Всемирной метеорологической организацией и продолжает действовать до сих пор (чтобы не было разногласий, мы дословно выдаём эти рассуждения).

«Поднимающийся от земной поверхности в жаркий летний день теплый воздух охлаждается с высотой, а содержащаяся в нем влага конденсируется, образуется облако . Переохлажденные капли в облаках встречаются даже при температуре -40 °C (высота примерно 8-10 км). Но эти капли очень нестабильны. Поднятые с земной поверхности мельчайшие частицы песка, соли, продукты сгорания и даже бактерии при столкновении с переохлажденными каплями нарушают хрупкий баланс. Переохлажденные капли, вступившие в контакт с твердыми частицами, превращаются в ледяной зародыш градины.

Мелкие градины существуют в верхней половине почти каждого кучево-дождевого облака, но чаще всего такие градины при приближении к земной поверхности тают. Так, если скорость восходящих потоков в кучево-дождевом облаке достигает 40 км/ч, то они не в силах удержать зародившиеся градины, поэтому, проходя сквозь теплый слой воздуха на высоте от 2,4 до 3,6 км, они выпадают из облака в виде мелкого «мягкого» града либо и вовсе в виде дождя. В противном случае восходящие потоки воздуха поднимают мелкие градины до слоев воздуха с температурой от - 10 °C до -40 °C (высота между 3 и 9 км), диаметр градин начинает расти, достигая порой нескольких сантиметров. Стоит отметить, что в исключительных случаях скорость восходящих и нисходящих потоков в облаке может достигать 300 км/ч! А чем выше скорость восходящих потоков в кучево-дождевом облаке, тем крупнее град.

Для образования градины размером с шар для гольфа потребуется более 10 миллиардов переохлажденных капель воды, а сама градина должна оставаться в облаке как минимум 5-10 минут, чтобы достичь столь крупного размера. Надо заметить, что на формирование одной капли дождя необходим примерно миллион таких мелких переохлажденных капель. Градины диаметром более 5 см встречаются в суперъячейковых кучево-дождевых облаках, в которых наблюдаются очень мощные восходящие воздушные потоки. Именно суперъячейковые грозы порождают смерчи-торнадо, сильные ливни и интенсивные шквалы.

Град выпадает обычно при сильных грозах в теплое время года, когда температура у поверхности Земли не ниже 20 °C».

Необходимо подчеркнуть, что ещё в середине прошлого века, вернее, в 1962 году Ф. Ладлемом также предложена подобная теория , предусматривающая условие образования градины. Им также рассматривается процесс образования градины в переохлаждённой части облака из мелких водяных капелек и ледяных кристалликов путём коагуляции. Последняя операция должна произойти сильным поднятием и снижением градины в несколько километров, переходя нулевую изотерму. По видам и размерам градин и современные учёные говорят о том, что градины в течение своей «жизни» многократно увлекаются то вверх, то вниз сильными токами конвекции. В результате столкновения с переохлаждёнными каплями градины наращивают свои размеры.

Всемирная метеорологическая организация в 1956 году дала определение, что такое град: «Град - осадки в виде сферических частиц или кусочков льда (градины) диаметром от 5 до 50 мм, иногда больше, выпадающие изолированно или же в виде неправильных комплексов. Градины состоят только из прозрачного льда или ряда его слоёв толщиной не менее 1 мм, чередующихся с полупрозрачными слоями. Выпадение града наблюдается обычно при сильных грозах» .

Почти во всех бывших и современных источниках по данному вопросу указывают, что град образуется в мощном кучевом облаке при сильных восходящих потоках воздуха. Это верно. К сожалению, совсем забыто про молнии и грозы. И последующая интерпретация формирования градины, на наш взгляд, нелогична и трудно вообразима.

Профессор Клоссовский тщательно изучил внешние виды градин и обнаружил, что они, кроме сферической формы, имеют ряд других геометрических форм существования . Эти данные указывают на образование градины в тропосфере по иному механизму.

После ознакомления со всеми этими теоретическими взглядами, наше внимание привлекло несколько интригующих вопросов:

1. Состав облака, находящегося в верхней части тропосферы, где температура достигает приблизительно –40 о С , уже содержит смесь переохлаждённых водяных капелек, кристалликов льда и частиц песка, солей, бактерий. Почему не нарушается хрупкий энергетический баланс?

2. По признанной современной общей теории , градина могла бы зарождаться и без разряда молнии или грозы. Для образования градины с большим размером, маленькие льдинки, обязательно должны подниматься несколько километров вверх (минимум 3-5 км) и опускаться вниз, переходя нулевую изотерму. Притом это должно повториться до тех пор, пока не образовалась в достаточно большом размере градина. Ещё к тому же, чем больше скорости восходящих потоков в облаке, тем крупнее должна получиться градина (от 1 кг до нескольких кг) и для укрупнения она должна оставаться в воздухе 5-10 минут. Интересно!

3. Вообще, трудно вообразить, что в верхних слоях атмосферы сосредоточится столь громадных ледяных глыб с весом 2-3 кг? Выходит, что градины были ещё крупными в кучево-дождевом облаке, чем наблюдаемые на земле, поскольку часть ее растает при падении, проходя через тёплый слой тропосферы.

4. Поскольку метеорологи нередко подтверждают: «… град выпадает обычно при сильных грозах в тёплое время года, когда температура у поверхности Земли не ниже 20 °C», тем не менее не указывают причину этого явления. Естественно, спрашивается, в чем заключается эффект грозы?

Град почти всегда выпадает перед ливнем или одновременно с ним и никогда после него. Он выпадает большею частью в летнее время и днём. Град ночью - явление весьма редкое. Средняя продолжительность градобития - от 5 до 20 минут. Град обычно приходится на то место, где происходит сильный разряд молнии, и всегда связан с грозой. Без грозы града не бывает! Следовательно, причину образования града, необходимо разыскивать именно в этом. Главным недостатком всех существующих механизмов образования града, на наш взгляд, является непризнание доминирующей роли разряда молнии.

Исследования распределения градов и гроз в России, произведённые А.В. Клоссовским , подтверждают существование самой тесной связи между этими двумя явлениями: град вместе с грозами бывает обыкновенно в юго-восточной части циклонов; он чаще там, где чаще грозы. Север России беден случаями выпадения града, иначе сказать, градобитиями, причина которого объясняется отсутствием сильного разряда молнии. А какую роль играет молния? Объяснения нет.

Несколько попыток нахождения связи между градом и грозой было предпринято ещё в середине XVIII века . Химик Гюйтон де Морво, отвергая все до него существующие идеи, предложил свою теорию: наэлектризованное облако лучше проводит электричество . А Нолле выдвинул идею , что вода испаряется быстрее, когда она наэлектризована, и рассуждал, что это должно несколько усилить холод, и также предполагал, что пар может стать лучшим проводником тепла, если его наэлектризовать. Гюйтона подверг критике Жан Андре Монжэ и писал : это верно, что электричество усиливает испарение, однако наэлектризованные капли должны взаимно отталкиваться, а не сливаться в большие градины. Электрическая теория града была предложена другим известным физиком Александром Вольта . По его мнению, электричество использовалось не в качестве первопричины холода, а для объяснения того, почему градинки остаются взвешенными столь долго, что успевают вырасти. Холод возникает в результате очень быстрого испарения облаков, которым способствуют мощный солнечный свет, разреженный сухой воздух, лёгкость испарения пузырьков, из которых, сделаны облака, и предполагаемый эффект электричества, помогающего испарению. Но как градины удерживаются в воздухе в течение достаточного времени? По Вольту, эту причину можно найти только в электричестве. Но как?

Во всяком случае, к 20-м годам XIX в. сложилось общее убеждение, что сочетание града и молнии означает лишь, что оба эти явления возникают при одинаковых условиях погоды. Таково было ясно выраженное в 1814 году мнение фон Буха , а в 1830 году это же решительно утверждал Денисон Ольмстед из Иеля . Начиная с этого времени теории града были механическими и основывались более или менее твёрдо на представлениях о восходящих потоках воздуха. По теории Ферреля , каждая градина может несколько раз падать и подниматься. По числу слоёв в градинах, которых иногда бывает до 13, Феррель судит о числе оборотов, совершенных градиной. Циркуляция происходит до тех пор, пока градины не сделаются очень большими. По его вычислению, восходящий ток со скоростью 20 м/с в состоянии поддерживать град в 1 см в диаметре, а эта скорость для смерчей ещё довольно умеренная.

Имеется ряд сравнительно новых научных исследований , посвящённых вопросам механизма образования града. В частности, утверждают, что история образования града отражена в его структуре: крупная градина, разрезанная пополам, подобна луковице: она состоит из нескольких слоёв льда. Иногда градины напоминают слоёный пирог, где чередуются лёд и снег. И этому есть своё объяснение - по таким слоям можно вычислить, сколько раз кусочек льда совершал странствие из дождевых облаков в переохлаждённые слои атмосферы. Трудно поверить: град весом 1-2 кг может перепрыгнуть ещё наверх до расстояния 2-3 км? Многослойность льда (градины) может появиться по разным причинам. Например, разность давления окружающей среды станет причиной такого феномена. И, вообще, причём здесь снег? Это разве снег?

В недавнем сайте профессор Егор Чемезов выдвигает свою идею и старается объяснить образование крупного града и умение его оставаться в течение нескольких минут в воздухе с появлением «чёрной дыры» в самом облаке. По его мнению, град принимает отрицательный заряд. Чем больше отрицательный заряд объекта, тем меньше концентрации эфира (физического вакуума) в этом объекте. А чем меньше концентрация эфира в материальном объекте, тем большей антигравитацией он обладает. По Чемезову, чёрная дыра является хорошей ловушкой для градины. Как только сверкает молния, погашается отрицательный заряд и начинают падать градины.

Анализ мировой литературы показывает, что в этой области науки имеется много недостатков и нередко спекуляций.

По завершению Всесоюзной конференции в Минске в 13 сентября 1989 по теме «Синтез и исследование простагландинов», мы с сотрудниками института глубокой ночью возвращались самолётом из Минска в Ленинград. Стюардесса сообщила, что наш самолёт летит на высоте 9 км. Мы охотно наблюдали чудовищнее зрелище. Внизу под нами на расстоянии примерно 7-8 км (чуть выше поверхности земли) будто шла страшная война. Эти были мощные грозовые разряды. А над нами ясная погода и сияют звезды. И когда мы были над Ленинградом, нам сообщили, что час назад в город выпал град с дождём. Этим эпизодом хочу отметить, что градоносная молния зачастую сверкает ближе к земле. Для возникновения града и молнии не обязательно поднятие потока кучево-дождевых облаков на высоту 8-10 км. И совершенно не нужно переходить облакам выше нулевого изотерма.

Громадные ледяные глыбы образуются в теплом слое тропосферы. Для такого процесса не требуется минусовых температур и больших высот. Всем известно, что без грозы и молнии не наступает град. По-видимому, для образования электростатического поля не обязательно столкновение и трение мелких и крупных кристалликов твёрдого льда, как об этом часто пишут, хотя для совершения указанного явления достаточно трения тёплых и холодных облаков в жидком состоянии (конвекция). Для образования грозового облака требуется много влаги. При одной и той же относительной влажности тёплый воздух содержит значительно больше влаги, чем холодный. Поэтому гроза и молнии обычно происходят в тёплые времена года - весной, летом, осенью.

Механизм образования электростатического поля в облаках также пока остаётся открытым вопросом. Имеется много предположений по этому вопросу . В одном из недавних сообщается , что в восходящих потоках влажного воздуха наряду с незаряженными ядрами всегда присутствуют положительно и отрицательно заряженные. На любых из них может происходить конденсация влаги. Установлено, что конденсация влаги в воздухе, первой начинается на отрицательно заряженных ядрах, а не на положительно заряженных или нейтральных ядрах . По этой причине в нижней части облака накапливаются отрицательные частицы, а в верхней части - положительные. Следовательно, внутри облака создаётся громадное электрическое поле, напряжённость которого составляет 10 6 -10 9 V, а сила тока 10 5 3·10 5 А. Такая сильная разница потенциалов, в конце концов, приводит к мощному электрическому разряду. Разряд молнии может длиться 10 -6 (одна миллионная) секунды. При разряде молнии высвобождается колоссальная тепловая энергия, и температура при этом достигает 30 000 о К! Это примерно в 5 раз больше, чем температура поверхности Солнца. Безусловно, частицы такой громадной энергетической зоны должны существовать в форме плазмы, которые после разряда молнии путём рекомбинации превращаются в нейтральные атомы или молекулы.

К чему может привести это ужасное тепло?

Многим известно, что при сильном разряде молнии нейтральный молекулярный кислород воздуха легко превращается в озон и чувствуется его специфический запах:

2O 2 + O 2 → 2O 3 (1)

Кроме того, установлено, что в этих суровых условиях одновременно реагирует даже химически инертный азот с кислородом, образуя моно- NO и диоксид азота NO 2:

N 2 + O 2 → 2NO + O 2 → 2NO 2 (2)

3NO 2 + H 2 O → 2HNO 3 ↓ + NO(3)

Образующийся диоксид азота NO 2 , в свою очередь соединяясь с водой, превращается в азотную кислоту HNO 3 , которая в составе осадка выпадает на землю.

Ранее считали, что содержащиеся в кучево-дождевых облаках поваренная соль (NaCl), карбонаты щелочных (Na 2 CO 3) и щёлочноземельных (CaCO 3) металлов реагируют с азотной кислотой, и в конечном итоге образуются нитраты (селитры).

NaCl + HNO 3 = NaNO 3 + HCl (4)

Na 2 CO 3 + 2 HNO 3 = 2 NaNO 3 + H 2 O + CO 2 (5)

CaCO 3 + 2HNO 3 = Ca(NO 3) 2 + H 2 O + CO 2 (6)

Селитра в смеси с водой является охладительным веществом. Учитывая эту предпосылку, Гассенди развивал идею, что верхние слои воздуха холодны не потому, что они далеки от источника тепла, отражающегося от земли, а из-за «азотистых корпускул» (селитры), которые там очень многочисленны. Зимой их меньше, и они порождают лишь снег, но летом их больше, так что может образовываться град . Впоследствии эта гипотеза также была подвержена критике современниками.

Что может случиться с водой при таких суровых условиях?

Об этом в литературе нет сведений . Нагреванием до температуры 2500 о С или пропусканием через воду постоянного электрического тока при комнатной температуре она разлагается на свои составляющие компоненты, и тепловой эффект реакции показан в уравнении (7):

2H 2 O(ж) → 2H 2 (г ) + O 2 (г ) ̶ 572 кДж (7)

2H 2 (г ) + O 2 (г ) → 2H 2 O(ж) + 572 кДж (8)

Реакция разложения воды (7) является эндотермическим процессом, и для разрыва ковалентных связей энергия должна вводиться снаружи. Однако в данном случае она исходит из самой системы (в данном случае - поляризованная в электростатическом поле вода). Эта система напоминает адиабатический процесс, в истечении которого отсутствует теплообмен газа с окружающей средой, и такие процессы совершаются очень быстро (разряд молнии). Словом, при адиабатном расширении воды (разложения воды на водород и кислород) (7) расходуется ее внутренняя энергия, и, следовательно, начинает охлаждать сама себя. Безусловно, при разряде молнии равновесие нацело сдвинуто в правую сторону, и полученные газы - водород и кислород - действием электрической дуги моментально с грохотом («гремучая смесь») реагируют обратно с образованием воды (8). Эту реакцию легко провести в лабораторных условиях. Несмотря на уменьшение объёма реагирующих компонентов в этой реакции, получается сильный грохот. На скорость обратной реакции по принципу Ле Шателье благоприятно действует полученное в результате реакции (7) высокое давление. Дело в том, что и прямая реакция (7) должна идти с сильным грохотом, так как из жидкого агрегатного состояния воды мгновенно образуются газы (большинство авторов связывают это с сильным нагреванием и расширением внутри или вокруг канала воздуха, создаваемым сильным разрядом молнии). Не исключено, что поэтому звук грома не монотонный, то есть не напоминает звук обыкновенного взрывчатого или орудия. Сначала наступает разложение воды (первый звук), вслед за этим присоединение водорода с кислородом (второй звук). Однако эти процессы происходят настолько быстро, что их различить не каждому.

Как образуется град?

При разряде молнии вследствие получения огромного количества тепла, вода по каналу разряда молнии или вокруг его интенсивно испаряется, как только прекращается сверкание молнии, она начинает сильно охлаждаться. По известному закону физики сильное испарение приводит к похолоданию . Примечательно то, что тепло при разряде молнии не вводится извне, наоборот, оно исходит из самой системы (в данном случае система - поляризованная в электростатическом поле вода ). На процесс испарения расходуется кинетическая энергия самой поляризованной водной системы. При таком процессе сильное и мгновенное испарение завершается сильным и быстрым затвердеванием воды. Чем сильнее испарение, тем интенсивнее реализуется процесс затвердевания воды. Для такого процесса не обязательно, чтобы температура окружающей среды была ниже нуля. При разряде молнии образуются разнообразные виды градины, отличающиеся и величиной. Величина градины зависит от мощности и интенсивности молнии. Чем мощнее и интенсивнее молнии, тем крупнее получаются градины. Обычно осадок градины быстро прекращается, как только перестанет сверкание молнии.

Процессы подобного типа действуют и в других сферах Природы. Приведём несколько примеров.

1. Холодильные системы работают по указанному принципу. То есть искусственный холод (минусовые температуры) образуется в испарителе в результате кипения жидкого хладагента, который подаётся туда по капиллярной трубке. Благодаря ограниченной пропускной способности капиллярной трубки, хладагент поступает в испаритель относительно медленно. Температура кипения хладагента обычно составляет порядка - 30 о С. Попадая в тёплый испаритель, хладагент моментально вскипает , сильно охлаждая стенки испарителя. Пары хладагента, образовавшиеся в результате его кипения, попадают из испарителя во всасывающую трубку компрессора. Откачивая из испарителя газообразный хладагент, компрессор нагнетает его под высоким давлением в конденсатор. Газообразный хладагент, находящийся в конденсаторе под высоким давлением, охлаждаясь, постепенно конденсируется, переходя из газообразного в жидкое состояние. Заново жидкий хладагент из конденсатора подаётся по капиллярной трубке в испаритель, и цикл повторяется.

2. Химикам хорошо известно получение твёрдого углекислого газа (СО 2). Углекислый газ обычно перевозится в стальных баллонах в сжиженной жидкой агрегатной фазе. При медленном пропускании газа из баллона при комнатной температуре переходит в газообразное состояние, если его выпускать интенсивно , то он тут же переходит в твёрдое состояние, образуя «снег» или «сухой лёд», имеющий температуру сублимации от -79 до -80 о С. Интенсивное испарение приводит к затвердеванию углекислого газа, минуя жидкую фазу. Очевидно, температура внутри баллона плюсовая, однако выделенный таким путём твёрдый углекислый газ («сухой лёд) имеет температуру сублимации примерно -80 о С .

3. Ещё один немаловажный пример, касающийся этой темы. Почему человек потеет? Всем известно, что в обычных условиях или при физическом напряжении, а также при нервном волнении человек потеет. Пот - жидкость, выделяемая потовыми железами и содержащая 97,5 – 99,5 % воды, небольшое количество солей (хлориды, фосфаты, сульфаты) и некоторые другие вещества (из органических соединений - мочевина, мочекислые соли, креатин, эфиры серной кислоты) . Правда, повышенная потливость может указывать на наличие серьёзных заболеваний. Причин может быть несколько: простуда, туберкулёз, ожирение, нарушение сердечнососудистой системы и т. д. Однако главное, потливость регулирует температуру тела . Потоотделение повышается в условиях горячего и влажного климата. Обычно мы покрываемся потом, когда нам жарко. Чем выше температура окружающей среды, тем сильнее мы потеем. Температура тела здорового человека всегда равна 36,6 о С, и один из приёмов поддержания такой нормальной температуры - это потоотделение. Через расширенные поры происходит интенсивное испарение влаги из организма - человек сильно потеет. А испарение влаги с любой поверхности, как указывали выше, способствует её охлаждению. Когда телу грозит опасный для здоровья перегрев, мозг запускает механизм потоотделения, и испаряющийся с нашей кожи пот охлаждает поверхность тела. Вот почему человек потеет в жару.

4. Кроме того, воду можно также превратить в лёд в обычной стеклянной лабораторной установке (рис. 1), при пониженных давлениях без внешнего охлаждения (при 20 о С). Нужно только присоединить к этой установке форвакуум насос с ловушкой.

Рисунок 1. Вакуумная установка для перегонки

Рисунок 2. Аморфная структура внутри градины

Рисунок 3. Глыбы градин образованы из мелких градин

В заключение хочется затронуть очень важный вопрос, касающийся многослойности градин (рис. 2-3). Чем обусловлена мутность в структуре градины? Считают , чтобы носить по воздуху градину диаметром около 10 сантиметров, восходящие струи воздуха в грозовой туче должны иметь скорость не меньше 200 км/ч, и, таким образом, в него включаются снежинки и пузырьки воздуха. Такой слой выглядит мутным. Но если температура выше, то лёд намерзает медленнее, и включённые снежинки успевают растаять, а воздух улетучивается. Поэтому предполагают, что такой слой льда является прозрачным. По мнению авторов по кольцам можно проследить, в каких слоях облака побывала градина, прежде чем упасть на землю . Из рис. 2-3 отчётливо видно, что лёд, из которого состоят градины, действительно, неоднороден. Почти каждая градина состоит из чистого и в центре мутного льда. Непрозрачность льда может вызываться по разным причинам. В больших градинах иногда чередуются слои прозрачного и непрозрачного льда. На наш взгляд, белый слой отвечает за аморфную, а прозрачный слой - кристаллическую форму льда. К тому же аморфная агрегатная форма льда получается путём чрезвычайно быстрого охлаждения жидкой воды (со скоростью порядка 10 7о К в секунду), а также быстрого повышения давления окружающей среды, так что молекулы не успевают сформировать кристаллическую решётку . В данном случае это происходит разрядом молнии, что полностью соответствует благоприятному условию образования метастабильного аморфного льда. Громадные глыбы весами 1-2 кг из рис. 3 видно, что образовались из скоплений сравнительно мелких градин. Оба фактора показывают, что образование соответствующих прозрачного и непрозрачного слоёв в разрезе градины обусловлено воздействием чрезвычайно высоких давлений, порождённых при разряде молнии.

Выводы:

1. Без разряда молнии и сильной грозы не наступает град, а грозы бывают без града. Грозе сопутствует град.

2. Причиной формирования града является генерация мгновенного и огромного количества тепла при разряде молнии в кучево-дождевых облаках. Образующееся такое могучее тепло приводит к сильному испарению воды в канале разряда молниии вокруг него. Сильное испарение воды совершается быстрым похолоданием ее и образованием льда соответственно.

3. Этот процесс не требует необходимости перехода нулевой изотермы атмосферы, имеющей отрицательную температуру, и легко может произойти в низких и тёплых слоях тропосферы.

4. Процесс по существу близок к адиабатическому процессу, поскольку образующаяся тепловая энергия не вводится в систему извне, и она исходит из самой системы.

5. Мощный и интенсивный разряд молнии обеспечивает условие для образования крупных градин.

Список литературы:

1.Баттан Л.Дж. Человек будет изменять погоду // Гидрометеоиздат. Л.: 1965. - 111 с.

2.Водород: свойства, получение, хранение, транспортирование, применение. Под. ред. Гамбурга Д.Ю., Дубовкина Я.Ф. М.: Химия, 1989. - 672 с.

3.Грашин Р.А., Барбинов В.В., Бабкин А.В. Сравнительная оценка влияния липосомальных и обычных мыл на функциональную активность апокриновых потовых желез и химический состав пота человека // Дерматология и косметология. - 2004. - № 1. - С. 39-42.

4.Ермаков В.И., Стожков Ю.И. Физика грозовых облаков. М.: ФИАН РФ им. П.Н. Лебедева, 2004. - 26 с.

5.Железняк Г.В., Козка А.В. Загадочные явления природы. Харьков: Кн. клуб, 2006. - 180 с.

6.Исмаилов С.А. Новая гипотеза о механизме образования града.// Meždunarodnyj naučno-issledovatel"skij žurnal. Екатеринбург, - 2014. - № 6. (25). - Ч. 1. - С. 9-12.

7.Канарёв Ф.М. Начала физхимии микромира: монография. Т. II. Краснодар, 2009. - 450 с.

8.Клоссовский А.В.. //Труды метеор. сети ЮЗ России 1889. 1890. 1891 гг.

9.Миддлтон У. История теорий дождя и других форм осадков. Л.: Гидрометеоиздат,1969. - 198 с.

10.Милликен Р. Электроны (+ и -), протоны, фотоны, нейтроны и космические лучи. М-Л.: ГОНТИ, 1939. - 311 с.

11.Назаренко А.В. Опасные явления погоды конвективного происхождения. Учеб.-методич. пособие для вузов. Воронеж: Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета, 2008. - 62 с.

12.Рассел Дж. Аморфный лёд. Изд. «VSD», 2013. - 157 с.

13.Русанов А.И. К термодинамике нуклеации на заряженных центрах. //Докл. АН СССР - 1978. - Т. 238. - № 4. - С. 831.

14.Тлисов М.И. Физические характеристики града и механизмы его образования. Гидрометеоиздат, 2002 - 385 с.

15.Хучунаев Б.М. Микрофизика зарождения и предотвращения града: дисс. … д-ра физико-математических наук. Нальчик, 2002. - 289 с.

16.Чемезов Е.Н. Образование града / [Электронный ресурс]. - Режим доступа. - URL: http://tornado2.webnode.ru/obrazovanie-grada/ (дата обращения: 04.10.2013).

17.Юрьев Ю.К. Практические работы по органической химии. МГУ, - 1957. - Вып. 2. - № 1. - 173 с.

18.Browning K.A. and Ludlam F.H. Airflow in convective storms. Quart.// J. Roy. Meteor. Soc. - 1962. - V. 88. - P. 117-135.

19.Buch Ch.L. Physikalischen Ursachen der Erhebung der Kontinente // Abh. Akad. Berlin. - 1814. - V. 15. - S. 74-77.

20.Ferrel W. Recent advances in meteorology. Washington: 1886, App. 7L

21.Gassendi P. Opera omnia in sex tomos divisa. Leyden. - 1658. - V. 11. - P. 70-72.

22.Guyton de Morveau L.B. Sur la combustion des chandelles.// Obs. sur la Phys. - 1777. - Vol. 9. - P. 60-65.

23.Strangeways I. Precipitation Theory, Measurement and Distribution //Cambridge University Press. 2006. - 290 p.

24.Mongez J.A. Électricité augmente l"évaporation.// Obs. sur la Phys. - 1778. - Vol. 12. - P. 202.

25.Nollet J.A. Recherches sur les causes particulières des phénoménes électriques, et sur les effets nuisibles ou avantageux qu"on peut en attendre. Paris - 1753. - V. 23. - 444 p.

26.Olmsted D. Miscellanies. //Amer. J. Sci. - 1830. - Vol. 18. - P. 1-28.

27.Voltа А. Metapo sopra la grandine.// Giornale de Fisica. Pavia, - 1808. - Vol. 1. - PP. 31-33. 129-132. 179-180.

Ответ от юля хворрова [новичек]
я знаю только кагда бывает
ПОЧЕМУ БЫВАЕТ ГРАД
Град - это кусочки льда (обычно неправильной формы) , которые выпадают из атмосферы с дождем или без него (сухой град) . Град выпадает преимущественно летом из очень мощных кучево-дождевых облаков и обычно сопровождается грозой. В жаркую погоду градины могут достигать величины голубиного и даже куриного яйца.
Сильнейшие градобития известны еще с древнейших времен по летописям. Случалось, что не только отдельные районы, но даже целые страны подвергались градобитиям. Такие явления бывают и в наши дни.
29 июня 1904 г. в Москве выпал крупный град. Вес градин достигал 400 Г и более. Они имели слоистое строение (как у луковицы) и наружные шипы. Град падал отвесно и с такой силой, что стекла теплиц и оранжерей были словно прострелены ядрами: края образовавшихся отверстий в стеклах оказались совершенно гладкими, без трещин. В почве градины выбивали углубления до 6 см.
11 мая 1929 г. сильный град выпал в Индии. Встречались градины 13 см в диаметре и весом в килограмм! Это самый крупный град, когда-либо отмеченный метеорологией. На земле градины могут смерзаться в большие куски, чем и объясняются удивительные рассказы о размерах градин величиной с конскую голову.
История градины отражена в ее структуре. В разрезанной пополам круглой градине можно видеть чередование прозрачных слоев с непрозрачными. Степень прозрачности зависит от скорости замерзания: чем оно идет быстрее, тем менее прозрачен лед. В самом центре градины всегда видно ядро: оно похоже на зерно «крупы» , которая часто выпадает зимой.
Скорость замерзания градин зависит от температуры воды. Вода замерзает обычно при 0°, но в атмосфере дело обстоит иначе. В воздушном океане капли дождя могут оставаться в переохлажденном состоянии при очень низких температурах: минус 15-20° и ниже. Но стоит только переохлажденной капле столкнуться с кристалликом льда, как она мгновенно замерзнет. Это уже зародыш будущей градины. Возникает он на высотах более 5 км, где и летом температура ниже нуля. Дальнейший рост градины происходит при иных условиях. Температура градины, падающей под действием собственной тяжести из высоких слоев облака, ниже температуры окружающего воздуха, поэтому на градине оседают капельки воды, и водяной пар из которых состоит облако. Градина начнет укрупняться. Но пока она мала, и даже умеренный восходящий поток воздуха подхватывает ее и несет в верхние части облака, где холоднее. Там она охлаждается и при ослаблении ветра начинает снова опускаться. Скорость восходящего потока то усиливается, то уменьшается. Поэтому градина, совершив несколько раз «путешествие» вверх и вниз в мощные облака, может вырасти до значительных размеров. Когда она отяжелеет настолько, что восходящий поток уже не в состоянии будет ее поддерживать, градина упадет на землю. Иногда с края тучи выпадает «сухой» град (без дождя) , где восходящие потоки значительно ослабли.
Итак, для образования крупного града нужны очень сильные восходящие потоки воздуха. Для поддержания в воздухе градины диаметром в 1 см необходим вертикальный поток со скоростью 10 м/сек, для градины диаметром в 5 см - 20 м/сек и т. д. Такие бурные потоки были обнаружены в градовых облаках нашими летчиками. Еще большие скорости - ураганные - зафиксированы кинокамерами, которые с земли снимали растущие вершины облаков.
Ученые с давних пор пытались найти средства для рассеивания градовых туч. В прошлом столетии были построены пушки для стрельбы по тучам. Они выбрасывали в высоту вихревое дымовое кольцо. Предполагали, что вихревые движения в кольце могут помешать образованию града в туче. Оказалось, однако, что, несмотря на частую стрельбу, град продолжал выпадать из градовой тучи с прежней силой, так как энергия вихревых колец была ничтожна. В наши дни эта задача принципиально решена, и главным образом усилиями Российских ученых.