В поднимающемся вверх нагретом воздухе (в термике) происходит еще один важный процесс. Это конденсация как водяного пара из захваченного окружающего воздуха, так и того водяного пара, который образовался в процессе горения. Образовавшиеся капли воды могут захватывать частицы сажи. Дальше эти черные сажевые капли воды выпадают в виде «черного дождя». Это наблюдалось после взрывов атомных бомб в Нагасаки, а также после бомбардировки и вызванных ею пожаров в Гамбурге. Конечно, указанная конденсация, ее скорость, будет зависеть от метеорологических условий и от интенсивности пожаров. «Черный дождь» может при определенных условиях быть очень обильным. В виде «черного дождя» может выпасть на поверхность Земли четверть всех дымовых частиц, которые были введены в атмосферу в результате пожаров. Считается, что в Нагасаки в виде «черного дождя» было выведено из атмосферы примерно 3 % дымовых частиц.
Образовавшиеся сажевые капли воды могут и не превратиться в дождь. Они до этого могут не дорасти. В дальнейшем вода может испариться, а частицы дыма, которые объединяла образовавшаяся капля воды, так и остаются в своем коллективе — большой частице сажи. В результате вместо большого количества мелких сажинок образуется одна увесистая частица сажи. Это тоже приходится учитывать специалистам, поскольку от этого зависят оптические свойства атмосферы, а значит и изменение климата. Таким образом, наличие водяных капель в дымовом облаке может изменить ситуации, поскольку мелкие дымовые частицы, садясь на капли будут объединяться. Правда, дождевых облаков в задымленной атмосфере значительно меньше, чем в чистой. Расчеты циркуляции атмосферного газа при образовании облаков, а также изменения теплового режима из-за поглощения солнечной энергии дымовыми частицами показали, что в задымленной атмосфере процесс образования облаков происходит быстрее. Ученые продолжают разрабатывать проблему преобразования и эволюции облака дыма от пожаров по мере его подъема над земной поверхностью.
Мы уже говорили и об оптических свойствах аэрозолевого облака, и о показателе преломления. Добавим только, что комплексный показатель преломления аэрозоля зависит от химического состава аэрозольных частиц. Напомним, что комплексный показатель преломления состоит из двух частей — действительной и мнимой. На самом деле ничего мнимого здесь нет. Просто первое число (действительная часть показателя) характеризует рассеивание солнечного (и не только) излучения на аэрозольных частицах. Второе число (мнимая часть показателя) характеризует, в какой степени солнечное излучение (его энергия) поглощается частицами аэрозоля. Наиболее надежно определить рассеивающие и поглощающие свойства частиц аэрозоля можно путем эксперимента, прямыми измерениями. Для простых частиц по форме и составу можно пытаться комплексный показатель преломления рассчитать. Но если частицы имеют сложное или многослойное строение, то это невозможно.
Надо иметь в виду, что ослабление солнечного излучения, которое падает сверху на аэрозольный слой, складывается не только из поглощения и рассеяния, которое рассеивает солнечные лучи обратно, вверх. Рассеивание может произойти под любым углом по отношению к первоначальному направлению луча падающего света. Значит, оно может быть направлено и вниз, под некоторым углом к вертикали.
Дым оказывает весьма малое влияние на тепловое излучение. Во всяком случае, слой дыма примерно в десять раз слабее влияет на потоки излучения в тепловом диапазоне, чем видимом участке спектра.
Для понимания процессов ослабления солнечного излучения, о которых здесь шла речь, приведем расчеты ученых. Расчеты эти выполнены для следующих условий. Масса облака дыма составляет 1509 Мт. Далее рассматриваются два варианта. В первом варианте дымовое облако равномерно распределено (размазано) над областью от 30° до 70° c. ш. Этот пояс составляет 44 % площади всего северного полушария. Во втором варианте это дымовое облако распределено равномерно над всем северным полушарием, от экватора до северного полюса. Для указанных условий в первом варианте масса дыма в столбе составляет М = 1,34 г/м2 и солнечное излучение ослабляется облаком дыма более чем в тысячу раз. Во втором случае плотность дыма в столбе примерно в два раза меньше. Поэтому ослабление прямого солнечного излучения дымовым облаком происходит только примерно в 40 раз.
Атмосфера нагревается солнечным излучением. Но поскольку под действием облака дыма солнечное излучение меняется, то неизбежно меняется и распределение тепла в атмосфере. В тех областях, где частицы дыма поглощают солнечную энергию, происходит нагрев атмосферного газа. Но в тех областях, куда не доходит солнечное излучение, то есть у поверхности Земли, — температура уменьшается. Если изменить нагрев газа в разных его частях, то он неизбежно придет в движение, стремясь выровнять неравномерное распределение тепла. Таким образом, образование дымового облака в атмосфере не только приведет к рассеянию и поглощению солнечного излучения, но и изменит динамический и термический режим атмосферного газа. Изменится, следовательно, и взаимодействие его с подстилающей поверхностью.
Дым от пожара поднимается до тех пор, пока не достигнет уровня своей плавучести. Это та высота, на которой плотность задымленного воздуха сравнивается с плотностью чистого воздуха, который находится рядом. Поэтому нет силы, которая продолжала бы облако дыма толкать вверх. При этом область дыма занимает ограниченную площадь на земной поверхности и на всех высотах. Вдали от источника дыма воздух у земной поверхности может быть вполне чистым. Кстати, дым от обычных пожаров находится на высоте примерно равной 2 км и выше. Арктическая дымка также обычно находится на высотах 2–5 км. На этих высотах аэрозольные частицы эффективно переносятся ветром.
Вблизи земной поверхности атмосферный воздух хорошо перемешан. Это до высоты 1 км. Но выше атмосфера состоит из горизонтальных слоев, и турбулентное движение (вихревое) здесь наблюдается редко. Поэтому атмосферный газ со всеми его примесями по вертикали перемешивается плохо. Поэтому если дым или другие примеси введены в атмосферу в пограничном слое, то есть вблизи поверхности Земли, где перемешивание очень эффективно, то дымовые частицы хорошо перемешиваются с остальным воздухом и такая хорошо перемешанная смесь будет постепенно всплывать вверх. Если же дым введен в атмосферу выше пограничного слоя, то есть выше 1 км, то такого перемешивания не произойдет. Это дымовое облако будет обладать другими свойствами, чем то, что образовалось у поверхности Земли. Все это надо учитывать при проведении расчетов. Расчеты показывают, что нагретый задымленный воздух поднимается на верхние уровни атмосферы и распространяется по горизонтали сначала в зональном направлении (вдоль определенных широт), покрывая всю область средних широт. За время порядка недели задымленный воздух покрывает все средние широты (включая океаны). В то же самое время дым начинает переноситься и в тропические широты, а затем и в противоположное, южное полушарие. Согласно расчетам дым в южное полушарие начинает проникать через две-три недели после его появления в атмосфере северного полушария. Таким образом, образовавшийся дым достаточно быстро распространяется в глобальном масштабе. Естественно, что распространение дыма зависит от сезона. Зимой дым поднимается не так высоко, как летом, и распространяется в другие широты менее охотно.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выживание человечества зависит от него самого. Для этого у человечества есть все, а главное разум. Но что такое разум человечества и использует ли оно этот общечеловеческий разум, как отдельный человек использует свой разум? Ведущие мыслители убеждены, что человечество пока что не использует свой коллективный разум, но рано или поздно оно должно, обязано будет его использовать. Когда это произойдет, человечество вступит в эпоху ноосферы, то есть эпоху разума.
Сам термин «ноосфера» впервые, видимо, был употреблен Эдуардом Леруа, французским философом и математиком, в курсе лекций, которые он читал в 1927/28 учебном году. У нас в стране ноосферу органически связывают с В. И. Вернадским. И это правильно. Он принял идею ноосферы у Леруа и Шардена и развил ее. У В. И. Вернадского идея ноосферы стала основой его возможно слишком оптимистического мировоззрения.