Град, атмосферные осадки

Г. 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 Г. 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 Г. бывает весьма сложный, напр. напоминает цветок со многими лепестками. Подобная форма представлена на этом рисунке.

Рис. IXa.

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

Весьма разнообразные и любопытные формы Г. 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. Г. 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, XI — в Херсонской губ. в 1887 г.; фиг. IV — в Таврической губ. в 1887 г.; фиг. XII — 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 губ., в дер. Зеленовке Елизаветградского у., 19 авг. 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 Г., 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.

ГРАД

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

Наиболее обыкновенные размеры Г. — от горошины до голубиного яйца, но бывают и больше, как это видно, напр., из чертежей таблицы, представляюших Г. в натуральную величину. 11 августа 1846 г. в Лифляндской губ. выпал Г. 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 Г. оказался 15 фн. В 1850 г. на Кавказе выпали Г. в 25 фн. весом (Веселовский, "О климате России" стр. 363). В Земле Войска Донского однажды выпали глыбы льда в два аршина в окружности. О Г. еще большей величины см. ст. проф. Шведова: "Что такое град" ("Журн. русского физико-химич. общества" 1881). В каком большом количестве иногда выпадает Г., видно из письма миссионера Берлина (Berlyn) из западн. Монголии ("Ciel et Terre", т. X). В 1889 г., по его словам, здесь выпал Г., в течение четверти часа покрывший землю слоем в три фута толщиною; после Г. пошел ливень, который автор письма называет дилювиальным. Температура Г. бывает большею частью 0°, но иногда -2, -4, -9°. По Буссенго, температура Г., выпавшего в 1875 г. в дпт. Луары, была -13° при +26° в воздухе ("Compt. Rend." T. LXXXIX). Г. 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. Г. почти всегда выпадает перед ливнем или одновременно с ним и почти никогда после него. Градовые вихри иногда бывают необыкновенно сильны. Облака, из которых выпадает Г., 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 Г. выпадают предметы, поднятые сильным восходящим воздушным током, напр. камни, куски дерева и проч. Так, 4 июня 1883 г. в Вестмонланде (Швеция) вместе с Г. 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 Г. 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. Г. выпадает большею частью в летнее время и днем. Г. ночью — явление весьма редкое. Продолжается несколько минут, обыкновенно меньше четверти часа; но бывают случаи, когда он длится и долее. Распределение Г. на земле зависит от широты, но главным образом от местных условий. В тропических странах Г. — явление весьма редкое, причем он там падает почти только на высоких плоскогорьях и горах. Так, в Кумане, на бер. Антильского моря, Г. — 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, напр., Сенегал, в котором Г. 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 Г. — 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 Г. 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 Г. 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). Г. выпадает узкими и длинными полосами. Г., 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 Г. не было. Г. сопровождался грозою и распространялся со скоростью 70 в. в час.

Исследования распределения Г. 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: Г. вместе с грозами бывает обыкновенно в юго-вост. части циклонов; он чаще там, где чаще грозы. Север России беден случаями выпадения Г., 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 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 Г. 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 Г. 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 Г. посторонних твердых частиц, ни связи с грозами и смерчами. После Вольты было предложено много гипотез, но, несмотря на то, явление Г. до сих пор представляет еще много загадочного. Еще Леопольд фон-Бух высказал мысль, что Г. 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 Г. 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 Г. 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 Г. — 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 Г. 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 Г., 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 Г. в 1 сантиметр в диаметре, а эта скорость для смерчей еще довольно умеренная.

Коническую форму Г. Рейнольд объясняет следующим образом ("Nature", том XV, стр. 163). Большие Г., 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 Г. 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 Г. в виде обломков и осколков льда. Распространение Г. можно объяснить передвижением вихрей (см. Грозы, а также Смерчи). В заключение упомянем о теории проф. Шведова, по которой Г. предполагается космического происхождения. Ей, однако, противоречат: местный характер явлений Г., распределение его по временам года и часам дня, а также связь с грозами и вихреобразными движениями в атмосфере.

П. Броунов.