Занимательное облаковедение. Учебник любителя облаков

Однако ни у Ленгмюра, ни у Шефера не было специальной метеорологической подготовки. Впервые они столкнулись с переохлажденными каплями воды на вершине горы Вашингтон в Ныо-Хэмгпиире при температуре ниже нуля. Поскольку оба увлекались горным туризмом, во время войны им часто доводилось бывать в тамошней метеорологической обсерватории. Стоя в облаках на вершине, возвышающейся на 1919 м над уровнем моря, они с удивлением обнаружили, что даже при температуре ниже 0 °C облака состоят из жидких водяных капель. Эти капли замерзали только в случае контакта с твердыми объектами, образуя на камнях, деревьях и стенах зданий изморозь наподобие мгновенно возникающего инея. Капли пребывали в переохлажденном состоянии: они остывали до такой степени, что образование кристаллов льда могло начаться в любой момент, но для этого требовался пусковой стимул.

Озадачившись странным поведением переохлажденных капель в облаке, Ленгмюр и Шефер установили у себя в лаборатории холодильник с открытым верхом и приступили к изучению искусственных облаков. Дыша в холодильник, температура воздуха в котором была -20 °C, они наблюдали, как выдыхаемый ими пар конденсируется в облака, капли в которых находятся в переохлажденном состоянии. Ученые пришли к выводу, что, если им удастся найти ядра, которые заставили бы эти взвешенные в воздухе капли превратиться в кристаллы льда, впоследствии можно будет вводить подобные ядра в настоящие облака, чтобы из них выпадали осадки в виде дождя или снега.

***

Хотя двое ученых были далеки от построения теории засева облаков, их весьма заинтересовала практическая задача поиска таких частиц, которые могли бы выступить в качестве ядер замерзания. Чтобы заставить капли замерзать, Ленгмюр и Шефер пытались вводить в холодильную камеру самые разные добавки, среди которых были сажа, вулканический пепел, сера, силикаты и измельченный графит. Все это были вещества, и без того присутствующие в атмосфере, поэтому, как рассудили ученые, хотя бы некоторые из них могли играть роль ядер замерзания для капель, составляющих облака, в естественной среде. Однако ни одна из этих добавок не изменила поведения переохлажденных капель в выдыхаемых ими облачках пара. Ленгмюр и Шефер стали задумываться не только о том, удастся ли им стимулировать льдообразование, но и о том, хватит ли им дыхания.

Однако как-то раз, когда Ленгмюра не было в лаборатории, Шефер совершил прорыв. Он решил еще снизить температуру воздуха в холодильной камере и добавил туда сухого льда (твердого углекислого газа, температура которого составляет около -78 °C). Стоило ему положить кусок сухого льда в камеру, и выдыхаемые им облачка пара замерцали и заискрились. Они тут же превратились в кристаллы, приняв характерную для обычных снежинок форму дендритов, и стали падать на пол. А когда температура в камере упала значительно ниже -20 °C, Шеферу удалось добиться замерзания переохлажденных капель без всяких ядер.

Вскоре двое ученых установили, что критическая температура, при которой переохлажденные капли начинают превращаться в кристаллы льда без ядер замерзания, составляет -40 °C. Им пришло в голову, что, вводя гранулы сухого льда в облако, можно будет охладить составляющие его капли до такой степени, что начнут образовываться снежинки, которые станут выпадать на землю в качестве осадков. Поиск ядер замерзания отодвинулся на задний план. Ленгмюру и Шеферу не терпелось увидеть, что получится, если добавить сухой лед в настоящее облако.

***

13 ноября 1946 г. Шефер поднялся в самолете над грядой переохлажденных слоистых облаков в районе Питтсфилда, штат Массачусетс, и распылил три фунта[121] тщательно измолотого сухого льда. Через пять минут в той части облака, над которой были разбросаны частицы сухого льда, стали образовываться снежинки. Пролетев около тысячи метров и достигнув теплых слоев воздуха, они испарялись. В облаке — там, где раньше были замерзшие и упавшие вниз переохлажденные капли, — образовалась дыра. Чтобы доказать, что дыра не могла появиться сама по себе, были проведены новые испытания, во время которых для зрителей из гряды переохлажденных слоистых облаков был вырезан с помощью сухого льда логотип «Дженерал Электрик».

Эти ранние испытания вызвали всплеск общественного интереса. Казалось, что вот-вот удастся изменить поведение облаков. Ленгмюр открыто выражал свой энтузиазм. Он выступал перед прессой, превознося перспективы сделанного открытия: еще немного, и они научатся вызывать дожди и бороться с засухой. А если удастся интенсифицировать замерзание капель в грозовых облаках, можно будет изменить их динамические свойства и тем самым ослабить град, что позволит сохранить драгоценный урожай. Ленгмюр предложил использовать новый метод даже для того, чтобы уводить смерчи и ураганы от населенных пунктов.