Текст книги "Кто ест пчел? 101 ответ на, вроде бы, идиотские вопросы"

Автор книги: Мик О'Хара

сообщить о нарушении

Текущая страница: 12 (всего у книги 16 страниц)

На гребне волны

Если мне придется ради спасения собственной жизни спускаться на серфе по расплавленной лаве, из какого материала должна быть сделана доска, чтобы она несгорела в лаве?

Бен Уильямс (6 лет) (Бристоль, Великобритания)

Просто возьми старую доску для серфинга, проделай в ней множество отверстий и установи на доску бак с водой. Вытекающая из отверстий вода создаст тот же эффект, который можно наблюдать, если сплюнуть на раскаленную железную плиту: капли будут плясать на плите в течение довольно долгого периода времени, потому что они отделены от плиты тонким слоем пара, являющегося плохим проводником тепла. Данный эффект позволит скользить на доске по лаве, потому что между лавой и доской образуется паровая подушка. Трение между доской и лавой фактически равно нулю. Пожалуй, это изобретение под названием «шипящая доска» должно получить международное признание.

Радко Иштенич (Любляна, Словения)

Доска для скольжения по лаве должна быть изготовлена из материала, который не плавится, имеет меньшую плотность, чем лава, и способен обеспечить изоляцию ногам. Если вы оказались на вершине вулкана в момент извержения лавы и пытаетесь спастись, соскользнув по ней вниз, используйте природные материалы. К счастью, вулканы извергают не только лаву, но и твердые материалы, имеющие почти такую же геологическую структуру, что и лава, только менее плотные за счет того, что в них содержатся пузырьки газа. Обломок такого материала, скажем 50 см толщиной, 1 м шириной и 2 м длиной, будет скользить по поверхности лавы и – что особенно важно – будет плавиться довольно медленно. Полагаю, вы сможете проехать на нем с милю или даже больше, прежде чем вам придется соскочить с него. Остается надеяться, что к тому времени вы уже выберетесь на сухую холодную землю. Однако, если вы заранее знаете, что вам придется плыть по расплавленной лаве, сделайте лодку из жаропрочного или огнеупорного материала, который не расплавится и прослужит вам столько, сколько потребуется. Вертикальные борта лодки также защитят вас от жара, источаемого лавой, гораздо эффективнее, чем доска для серфинга. Температура расплавленной лавы обычно 1400°C, но иногда доходит и до 1650°С – в зависимости от ее химического состава, поэтому для лодки лучше использовать изоляционный огнеупорный бетон высокой чистоты на основе окиси алюминия. Этот материал плавится при температуре 2000°C, почти не вступает в реакцию с расплавленной лавой, содержит полые пузырьки, за счет которых он легче расплавленной лавы, и к тому же обладает высокими теплоизоляционными свойствами. Чтобы сделать такую лодку, сначала выкопайте в земле яму той формы, какой вы хотите видеть свою лодку. Утрамбуйте стенки и дно ямы так, чтобы они стали твердыми и гладкими, и обшейте их пластиком. После смешайте жесткую бетонную смесь с водой до состояния густой пасты. Покройте пластик 10-сантиметровым слоем раствора, наложите на него еще один лист пластика и оставшуюся полость залейте водой, чтобы обеспечить плотное сцепление бетона с пластиком. Через неделю лодка будет готова.

Росс Файерстоун (Уиннетка, США)

Если бы следовало учитывать только температуру плавления, у вашего корреспондента не возникло бы больших трудностей. Различные виды лавы плавятся при разных температурах: риолит – при 900°C, дацит – при 1100°C, андезит – при 1200°C и базальт – при 1250°C. Следовательно, сталь, имеющая точку плавления 1400°C, прекрасно подошла бы в качестве материала для доски, но наибольшую безопасность обеспечит вольфрам (плавится при 3422°C). Как бы то ни было, вы непременно обожжете ноги, поэтому в качестве изолятора лучше использовать неметаллические материалы, и в частности керамику. Например, Cr₂O₃ плавится при температуре около 2250°C, и даже Аl₂О₃ (точка плавления около 2050°C) обеспечит безопасность. Оба эти материала надежно защитят ваши ноги от раскаленной лавы. Однако я подозреваю, что 6-летнему автору вопроса, вероятно, будет сложно достать такие материалы, поэтому я предлагаю использовать дуб. Все виды древесины, и особенно дуб, образуют при горении защитный карбонизированный слой, замедляющий дальнейший процесс обугливания. В сущности, чтобы при создании деревянной конструкции придать ей огнеупорность, нужно использовать это свойство. При проектировании деревянной конструкции размеры всегда закладываются несколько большие, чем нужно. Это необходимо для того, чтобы конструкция сохраняла свою целостность в случае горения. Доску обшейте тонким листом стали, чтобы она не подвергалась абразивному воздействию, – на случай, если вам захочется вновь подняться на вулкан и повторить эксперимент.

Малкольм Николс (Элсбери, Великобритания)

Проблема заключается не просто в том, чтобы защититься от жара. Однажды я был в Сахаре, где, увидев роскошные песчаные дюны, подумал, что было бы здорово скатиться с них на доске. К сожалению, дерево не скользит по песку, и вы будете не столько съезжать, сколько сидеть даже при спуске с самого крутого склона. Коэффициенты трения вычисляют при помощи справочных таблиц. По существу, в данном случае вы должны получить показатель, близкий к коэффициенту трения при скольжении смазанных воском лыж по снегу. Мои таблицы несколько устарели, и в них нет значений, применимых к лаве. Поэтому, возможно, вашему корреспонденту, если он решил стать вулканологом, в первую очередь следует вычислить опытным путем коэффициенты трения для разных материалов, на основе которых он смог бы сконструировать подходящее спасательное судно. Разумеется, конструктор должен уметь действовать быстро и точно, иначе его карьера вулканолога окажется не столь долгой, как ему хотелось бы.

Питер Брукс (Кейптаун, ЮАР)

От берега к берегу

Если океаны на Земле начнут мелеть и в итоге исчезнут, не останется и береговой линии. Соответственно, если уровень моря поднимется и вода накроет Эверест, общая протяженность всех береговых линии мира станет равной нулю. Очевидно, между этими крайними значениями имеется некий уровень моря, при котором суммарная протяженность всех береговых линий будет максимальной. Известно ли это «идеальное» значение уровня моря относительно нынешнего, ведь чем больше протяженность береговой линии, тем больше пляжей?

Бен Кадорет (Шеффилд, Великобритания)

Рассчитать это не так-то просто. Как явствует из опубликованных ниже писем, если рассматривать земельные массивы просто как возвышенности конической формы, тогда по мере понижения уровня моря береговая линия начнет удлиняться. Если же учесть, что на самом деле рельеф поверхности Земли более сложный, тогда дать конкретный ответ мы не сможем. И наконец, если изображать отдельные участки берега на картах, постоянно увеличивая масштаб, тогда уже сейчас береговая линия имеет бесконечную протяженность.

Автор-составитель

Более половины поверхности Земли (около 71%) занимают океаны и моря, поэтому все земельные массивы, даже самые крупные, можно рассматривать как острова. А остров – это участок суши, поднимающийся от воды к своей средней части, и поэтому его можно представить как конус, выступающий из воды. Это значит, что в результате поднятия уровня моря протяженность береговой линии уменьшается, при понижении, напротив, увеличивается. Соответственно, при понижении уровня моря общая протяженность всех береговых линий Земли (около 860 000 км) увеличится. Протяженность береговой линии будет увеличиваться до тех пор, пока общая площадь морей и океанов не составит менее половины поверхности Земли. Тогда эти участки водного пространства можно будет рассматривать как озера. Озера – это формы рельефа, как бы противоположные островам, поэтому понижение уровня воды в них ведет к уменьшению протяженности береговой линии. Принимая во внимание, что море занимает гораздо больше половины поверхности Земли и что средняя глубина океанов больше, чем средняя высота земельных массивов, уровень моря, при котором суммарная протяженность береговой линии будет максимальной, должен быть значительно ниже нынешнего. Пожалуй, на несколько километров. Чтобы определить значение уровня моря, при котором береговая линия достигнет максимальной протяженности, вам нужно построить сложную компьютерную модель рельефа всех участков суши морского дна, которую затем можно использовать для вычисления длины береговой линии.

Филип Грейвз (Лондон, Великобритания)

Там, где уровень моря относительно поверхности суши стабилен, протяженность береговой линии, как правило, уменьшается – за счет того, что почва мысов и прибрежных участков островов подвергается эрозии. Эти продукты разрушения и те, что выносят реки, впадающие в моря и океаны, заполняют бухты и эстуарии, образуя перешейки из песчаных или галечных наносов, которые соединяют острова с материком. Процесс протекает медленнее, если суша сложена твердыми породами, а если почва состоит из песка или глины – быстрее. Прекрасный тому пример – почти прямая береговая линия на восточном побережье Англии, где эстуарии рек Бер и Яр почти заполнены отложениями и все выступы сгладились в результате береговой абразии. Однако на юго-западе Шотландии, где уровень моря стабилен и в структуре побережья преобладают твердые породы, процесс эрозии протекает медленнее, и береговая линия остается изрезанной. В результате повышения уровня моря (или опускания суши) образуются длинные неровные береговые линии затопленных речных долин, называемых риасами. Этот процесс хорошо заметен на юге Корнуолла и в Девоне, на юго-западе Англии. Другие затопленные морские побережья (острова Греции, побережье Далмации) тоже имеют большую протяженность береговой линии. В результате понижения уровня моря (или поднятия суши) также образуются длинные неровные береговые линии – за счет того, что обнажаются многочисленные подводные скалы и отмели. Это наблюдается в северной части Балтийского моря. Колебания уровня моря (так называемые эвстатические колебания) вызваны изменениями планетарного климата: в более жарком климате море расширяется, ледяные покровы на суше тают, пополняя объемы морской воды. Колебания уровня поверхности суши (изостатические колебания) зачастую вызваны сдвигами литосферных плит. Иногда эти два эффекта наблюдаются одновременно, изменения климата вызывают движение земной коры: льды тают и сползают с ее поверхности; соответственно уровень земной коры, которая сбросила часть груза, поднимается. Колебания уровня земной коры могут вызвать и извержения вулканов, которые также влияют на климат: двуокись углерода, выделяемая при извержении, или выбросы пепла вызывают соответственно потепление или похолодание на планете. Учитывая нынешние запасы воды на Земле, можно предположить, что общая береговая линия планеты достигла своей максимальной протяженности несколько тысяч лет назад, в конце последнего ледникового периода. Речные долины, располагавшиеся в зонах, где не было ледяного покрова, вероятно, опустились до отметки более низкого уровня моря, и в результате возникли условия для образования длинной линии риасовых берегов, изрезанных долинами, которые должны были уйти под воду при поднятии уровня моря. С тех пор многие из этих риасов вновь заполнились водой (например, на побережье Суссекса на юге Англии). Если бы уровень моря понизился на 1000 м, риасы не смогли бы сформироваться, потому что ни одна река на Земле никогда не протекала столь низко, и, соответственно, не было бы затапливаемых долин. В принципе на Земле вообще осталось бы всего несколько рек, потому что крупные участки суши, удаленные от моря, превратились бы в пустыни. Общая протяженность всех береговых линий мира, вероятно, была бы меньше нынешней. И наоборот, если бы уровень моря поднялся на 1000 м, площадь земельных массивов сократилась бы, так что даже при наличии большого количества риасов протяженность береговой линии сократилась бы. Более того, при столь высоком уровне моря сами риасы были бы меньше, так как берега рек были бы очень крутые.

Хиллари Шоу (географический факультет Лидсского университета, Великобритания)

На данный вопрос можно дать двоякий ответ. Суть первого ответа заключается в том, что общая протяженность береговой линии будет оставаться неизменной при любых значениях уровня моря. Представьте, что мы измеряем береговую линию с помощью длинной палки единичной длины. Один конец палки поместим у самого края воды и положим ее так, чтобы другой конец палки тоже оказался у края воды. Допустим, вода находится в состоянии полного покоя. Полоса берега между двумя концами палки извивается по обе стороны прямой линии. Таким образом, замеры, произведенные с помощью этой палки, будут неточными: мы получим значение ниже фактического. Теперь возьмем палку по длине вдвое меньше первой. С ее помощью мы получим более точное значение протяженности береговой линии. Но и в этом случае береговая полоса извивается по обе стороны от прямой линии. Поскольку значения измерений будут изменяться в зависимости от длины измеряющей палки, мы получим множество приблизительных значений протяженности береговой линии, изменяющихся в широком диапазоне. На самом деле, сколь бы короткую палку мы ни брали, вплоть до размеров песчинки, береговая линия все равно будет извиваться по обе ее стороны. Таким образом, чем короче измеритель, тем больше значение протяженности береговой линии, а самое точное значение – практически бесконечность.

Питер Уэббер (Эксмут, Великобритания)

На радость пингвинам

Почему на Южном полюсе холоднее, чем на Северном?

Т. П. Лэдд (Мерфилд, Великобритания)

Разницу в температурах между двумя полюсами можно объяснить их неодинаковым положением относительно уровня моря. Северный полюс (средняя температура в зимние месяцы около −30°C) лежит на ледяных полях Северного Ледовитого океана, Южный полюс (средняя температура в зимние месяцы около −60°C) находится на высоте 2800 м над уровнем моря на ледниковом покрове Антарктиды. На Южном полюсе вдвое холоднее, чем на Северном. Более половины этой разницы определяет уровень высоты (на Антарктиде с каждым километром вверх температура понижается примерно на 6°C). Также вследствие того что на Южном полюсе воздух более разреженный (и соответственно, более холодный и сухой) и сравнительно малая облачность, на его поверхность отражается меньше тепла, чем на поверхность Северного полюса. Остальная часть разницы температур обусловлена различиями в режимах циркуляции воздушных масс двух полушарий. Континенты Северного полушария посылают в атмосферу квазистационарные «планетарные волны». Эти волны переносят тепло в сторону Северного полюса и перемещают зоны пониженного давления средних широт в северополярные области. Континенты Южного полушария в сравнении с материками Северного полушария имеют меньшую территорию и меньшую среднюю высоту поверхности и, соответственно, излучают меньше «планетарных волн», переносящих тепло. Высокие горы Антарктики также препятствуют перемещению зон пониженного давления средних широт, которые редко проникают в глубь материка. Наконец, атмосфера Северного полюса получает тепло от Северного Ледовитого океана. Конечно, 2– 3-метровая толща морского льда, обычно покрывающего его поверхность, пропускает мало тепла, зато большое количество тепла попадает в атмосферу через проходы, иногда образующиеся во льдах.

Джон Кинг (Антарктическое управление Великобритании, Кембридж)

Сжавшийся мир

Однажды я слышал, что, если Землю ужать до размеров теннисного мячика, наша планета станет более гладкой, чем настоящий теннисный мячик. Так ли это? И если, наоборот, теннисный мячик расширится до размеров Земли, какова будет высота гор?

(вопрос поступил по электронной почте без указания имени и адреса)

Чтобы ответить на этот интригующий вопрос, прежде всего мы должны определить масштабный коэффициент сжатия Земли до размера теннисного мячика. Диаметр Земли по экватору – 12 756 км; диаметр стандартного теннисного мячика – 4,4 см. Значит, коэффициент отношения размера мячика к размеру Земли составляет 3.45×10^-9.Чтобы сравнить две поверхности по степени гладкости, нужно знать параметры рельефа каждой поверхности, то есть разность высот между ее самой высокой и самой низкой точками. Установить это значение для теннисного мячика довольно просто, ведь на его поверхности очень мало точек, имеющих высоту выше среднего уровня, зато много углублений и впадинок. Поскольку глубина этих впадинок около 0,1 мм, разность высот точек его поверхности составит примерно 0,1 мм, или 10^-4 м. Самая низкая точка земной поверхности лежит во впадине Челленджер (Марианском желобе) на абсолютной отметке 11 034 м ниже уровня моря (максимальная глубина Мирового океана). Самая высокая точка земной поверхности – вершина горы Эверест. Ее высота – 8848 м над уровнем моря. Таким образом, разность высот между самой высокой и самой низкой точками земной поверхности составляет 19 882 м.

Если мы, используя вычисленный выше масштабный коэффициент, уменьшим Землю до размера теннисного мячика, то разность высот между ее самой низкой и самой высокой точками составит 6.86×10^-5м, или 0,0686 мм. Это примерно 2/3 числового значения разности высот поверхности теннисного мячика. Значит, утверждение, которое слышал ваш корреспондент, по сути, справедливо: Земля, уменьшенная до размера теннисного мячика, и в самом деле будет иметь более гладкую поверхность, чем стандартный теннисный мячик. Теперь о второй части вопроса. На поверхности теннисного мячика нет выпуклостей, но зато она испещрена впадинками и углублениями. Поэтому, если теннисный мячик увеличить до масштаба Земли, на его поверхности гор как таковых вообще не будет. Зато там будет много больших кратеров. В масштабе Земли эти кратеры будут представлять собой громадные котловины до 29 км глубиной. Если бы эти впадины были океанскими желобами, наподобие тех, что обнаружены на поверхности Земли, они вклинились бы в океаническую кору 6-километровой толщины и протянулись бы по поверхности Мохоровичича (границе раздела между земной корой и верхней мантией Земли), а их дно находилось бы глубоко в самой мантии. Эти кратеры были бы не только безмерно глубокими, но и в ширину достигали бы 60 км.

Тим Келби (Эртлингборо, Великобритания)

Если сжать тело Земли до размеров теннисного мячика, оно станет таким плотным, что превратится в нейтроний или в черную дыру. Если бы Земля стала нейтронием, сила тяжести на ее поверхности превысила бы нынешнее значение в миллионы раз. Этого более чем достаточно для того, чтобы сгладить все неровности рельефа. Если бы Земля превратилась в черную дыру, у нее вообще не было бы поверхности – только «горизонт событий», представляющий собой гладкую сферу. При увеличении теннисного мячика до масштабов Земли возникнет иная картина. Допустим, что мячик состоит главным образом из атомов углерода и весит 1 кг. В этом случае на каждый его кубический сантиметр приходилось бы примерно 22 атома. Полагаю, у такого мячика плотность была бы меньше, чем плотность верхних слоев атмосферы.

Стивен Форбс (Лидс, Великобритания)

Баланс сил

Правда ли, что южная часть Британии опускается, а северная – поднимается? Если это так, то почему?

Дейв Валентайн (Эдинбург, Великобритания)

Да, это правда. Это результат процесса, известного как восстановление изостатического равновесия. Со времени последнего ледникового периода северная часть Британии избавилась от большой массы льда. Поскольку земная кора не является неподвижной, как нам кажется, и обладает некоторой упругостью, под дополнительной тяжестью она постепенно опускается, а избавляясь от части груза – постепенно поднимается. На восстановление равновесия уходят тысячи лет. Если сдвинуть с земной коры, скажем, каменный пласт толщиной 300 м, кора поднимется примерно на 200 м – подобно тому, как у судна, с которого убрали груз, уменьшается осадка. Плотность льда в три раза меньше, чем плотность породы земной коры, поэтому при сбросе 300-метрового слоя льда земная кора поднимется примерно на 60 м. В ледниковый период территории современных Скандинавии и Шотландии были покрыты слоем льда толщиной более 300 м. В северной части Прибалтики процесс поднятия земной коры идет наиболее быстро – со скоростью порядка 1 м за 100 лет, что в принципе можно проследить на протяжении жизни человека. В области Гудзонова залива, в районе Канады, тоже происходит поднятие земной коры с аналогичной скоростью и по тем же причинам. Наиболее быстро этот процесс протекает на северо-востоке Шотландии, где поднявшееся побережье находится на высоте нескольких метров над нынешним уровнем моря. Так почему же южная часть Британии опускается? Во-первых, некогда ледяной щит, покрывавший Шотландию, вызвал поднятие прилегающих к ней областей, где ледяной покров отсутствовал, – так давление на какой-то участок водоносного пласта вызывает поднятие уровня поверхности всех соседних участков. Ныне происходит обратный процесс, и некогда поднявшиеся южные регионы Британии и Прибалтики теперь опускаются. Во-вторых, происходит повышение уровня Мирового океана. Некогда уровень моря быстро поднимался за счет таяния ледниковых покровов таких регионов, как Шотландия. Теперь в результате глобального потепления происходит таяние ледников и океаны пополняются талой водой. Повышается температура воды в океанах, а термальное расширение также способствует повышению уровня моря. Таким образом, на южную часть Британии свалились сразу две напасти: опускание земной коры и повышение уровня моря. Если бы уровень моря не поднимался, линия между опускающейся и поднимающейся частями Британии проходила бы между Уэльсом и Йоркширом. А так эта линия отодвинута дальше на север – к границе между Англией и Шотландией. Что касается перспективы уйти под воду, то здесь район Лондона поджидает опасность с пяти сторон. Два фактора риска мы уже назвали. Суть третьего заключается в том, что долина реки Темзы – синклиналь, область осевшего участка земной коры. Также до недавнего времени Лондон оседал за счет того, что из-под него была отведена часть грунтовых вод. И наконец, конусообразная форма Северного моря способствует образованию штормовых нагонов при входе в устье Темзы, причем их мощность постоянно увеличивается. Все это приводит к неутешительному выводу: низовье Темзы – не самое подходящее место для возведения крупного столичного города.

Хиллари Шоу (Сканторп, Великобритания)

Мы опускаемся, море поднимается, затапливая нас. За счет термального расширения океанов уровень моря повышается примерно на 3 мм в год. Здесь, в Эссексе, в юго-восточном уголке Британии, суммарное воздействие двух процессов – опускания суши и прибывания воды – таково, что относительный уровень моря повышается на 6 мм в год. Это огромная головная боль для специалистов по охране окружающей среды, владельцев недвижимости, размещенной в прибрежной зоне, и для служб, ответственных за морские берегозащитные сооружения.

Крис Гибсон (специалист по охране окружающей среды Великобритании, Колчестер)