Кто ест пчел? 101 ответ на, вроде бы, идиотские вопросы: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

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

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)

Убегающие волны

Права ваша жена. Волны, возникающие на поверхности жидкости, не могут существовать бесконечно. Они теряют энергию, ведь прохождение волны вызывает колебание воды, и ее энергия рассеивается за счет сил внутреннего трения. Кроме того, по мере распространения волны энергия распределяется по все большему периметру, в связи с чем плотность энергии уменьшается до тех пор, пока она не перестает поддаваться измерению на фоне флуктуационных шумов. Волны, распространяющиеся в глубине жидкой среды, не вызывают больших колебаний воды, поэтому их энергия рассеивается относительно медленно. Вот почему цунами могут проходить огромные расстояния. Однако в мелком водоеме или даже в относительно неглубоких водах Средиземного моря энергия волн рассеивается гораздо быстрее.

Саймон Айвсон (Национальный университет, Индонезия)

Волны на поверхности жидкости, вызванные падением камня, распространяются концентрическими кругами, радиус которых постоянно увеличивается. Если допустить в идеале, что высота такой волны прямо пропорциональна энергии, за счет которой она возникает и сохраняет свою силу, и что нет потерь энергии за счет трения, тогда высота этой волны обратно пропорциональна ее радиусу — в силу того, что энергия, которую она несет, распределяется по всему замкнутому контуру постоянно увеличивающейся окружности. Таким образом, к тому времени, когда волны пройдут через Гибралтарский пролив, удалившись на 1000 км от места возникновения, их радиус увеличится в 1 млн раз и высота уменьшится в 1 млн раз в сравнении с той, какую они имели, когда их радиус составлял 1 м. То есть волны, изначально имевшие высоту 10 см, по выходе из Средиземноморья уменьшатся до 100 нм, что практически не поддается измерению. В принципе волны, вызванные падением камня, должны спокойно проходить сквозь другие волны. Но если волнам, о которых говорит ваш корреспондент, удастся преодолеть 6500 км и достичь берегов Америки, они к тому времени будут иметь высоту около 10 нм, что равно толщине 100 атомов. На самом деле даже такой высоты они не достигнут из-за трения о воздух и внутреннего трения самой воды. Более того, Гибралтарский пролив лежит не на линии прямой видимости от Сьютаделлы, поэтому волнам предстоит отразиться от Северной Африки или какого-нибудь проходящего судна, что повлечет еще большие потери энергии. Обычно источником энергии волн является ветер. Изначально энергия волны от брошенного камня очень мала, и скорость ее убывания обратно пропорциональна длине волны. А поскольку волны, вызванные падением камня, имеют малую длину, их энергия очень скоро угаснет. С другой стороны, разрушительные цунами, как то, что возникло в Индийском океане в конце 2004 года, образуются при высвобождении огромного количества энергии в результате таких явлений, как подводные землетрясения. Обычно волны цунами имеют длину 500 км, поэтому они теряют мало энергии при движении в направлении отдаленного берега. В районе больших глубин эти волны могут двигаться быстрее реактивного самолета, но, имея высоту около 1 м, они остаются незамеченными, даже переваливаясь через палубы кораблей. Однако, приближаясь к побережью, волны цунами замедляют ход и начинают «расти», зачастую достигая высоты нескольких метров и порой продвигаясь далеко в глубь суши. В масштабе это сравнимо с бросанием камушков в прибрежную лужу.

Майкл Фоллоуз (Уилленхолл, Великобритания)

Вы когда-нибудь видели, как быстро затихает рябь на поверхности стоячей воды, вызванная падением камешка? Внутреннее трение воды погасит спровоцированную вами волну задолго до того, как она смогла бы достичь Гибралтарского пролива, разве что бросить камень поистине гигантских размеров.

Мортон Нэдлер (Блэксберг, США)

Даже если изначально круговой волновой фронт не встречает на своем пути берегов, высота гребня его волны уменьшается в обратной пропорции к квадратному корню из значения пройденного расстояния. Первоначально волны, вызванные падением небольшого камня в море в районе больших глубин, имеют круговую диаграмму направленности. Но этот рисунок нарушается, если сегменты волнового фронта отражаются от различных береговых линий под разными углами в разное время. Если берег пологий и песчаный или болотистый, практически вся энергия сегмента волнового фронта, достигшего этого берега, будет поглощена его элементами и сколь-нибудь значительного отражения не произойдет. Почти идеального отражения без существенных потерь энергии в единственном главном направлении можно ожидать только в том случае, если сегмент волнового фронта ударится обо что-то вроде гладкой и твердой боковой поверхности скалы, находящейся в районе больших глубин. Но если горизонтальный контур стенки скалы от уровня моря до высоты гребня волны имеет неровности, сегмент волны рассеивается, отражаясь в разных направлениях. Взгляните на подробную карту Средиземноморья, и вам сразу станет очевидно, что все до единого сегменты волнового фронта, вызванного падением камня в гавани Сьютаделла на Менорке, прежде чем докатиться до Гибралтарского пролива и выйти в Атлантический океан, сначала отразятся от множества берегов. Еще один фактор — ветер. Большинство поверхностных волн водного пространства образуются за счет энергии ветра. Если волновой фронт, возникший из-за брошенного в воду камня, движется в том же направлении, в каком дует слабый ветер, волны могут постепенно увеличиться по длине и высоте. Однако сильный ветер полностью деформирует рельеф волнового фронта, так что он полностью утратит свой первоначальный рисунок. На мой взгляд, маловероятно, что сколь-нибудь существенная часть изначального волнового фронта, образовавшегося в результате падения в воду камня в гавани Сьютаделла, достигнет Гибралтарского пролива, а тем более берегов Северной Америки. Но я признателен за столь оригинальный вопрос.

Патрик Джонсон (Портленд, США)

Превратности погоды

Снежки не лепятся

Неудивительно, что подобный вопрос возник у жителя Великобритании. Ни один канадец или житель северных районов США не стал бы утверждать, что из снега всегда можно слепить снежок. Все дети, живущие в Канаде и на севере США, знают, что снег не всегда лепится. Насколько я помню из детства, проведенного в Северной Америке, такое свойство снега, как клейкость, зависит от температурного режима. Если температура воздуха чуть ниже 0°C, как это часто бывает при выпадении снега в Великобритании, снег обычно сырой, падает большими хлопьями и хорошо лепится. Если очень холодно, скажем −20°C, снег, как правило, сухой, рыхлый и не лепится. Вероятно, степень влажности снега определяет количество льда, образующегося под давлением рук того, кто лепит снежок, и именно благодаря этому льду снег становится липким. Один мой коллега, тоже выросший в холодном регионе Северной Америки, напомнил мне, что, когда температура намного выше 0°C, снежки тают прямо в руках. Таким образом, существует определенный диапазон температур воздуха, при которых снег лепится, и так уж случается, что в Великобритании снег обычно выпадает при одном из значений этого диапазона.

Боб Лэдд (Эдинбург, Великобритания)

Только мокрый снег, в котором содержится до 50 % воды в жидком состоянии, хорошо лепится в снежки. А чтобы снег оставался мокрым, температура воздуха должна быть около 0°C. В 1842 году Майкл Фарадей высказал предположение, что ледяные частички мокрого снега покрыты тонкой пленкой воды, благодаря которой снежинки и склеиваются друг с другом. Он подвесил в ванне с замерзающей водой два кубика льда, доказывая на опыте, что эти кубики склеиваются друг с другом при одном лишь соприкосновении. Лорд Кельвин предложил другое объяснение. При сдавливании снежков точки поверхностей ледяных кристаллов вступают в контакт. Давление ладоней человека невелико, но в местах соприкосновения точек поверхности кристаллов оно может быть достаточно сильным и вызвать таяние. Как только давление ослабевает, вода опять замерзает. Но для утрамбовки более холодного снега сила давления должна быть большей. Теперь нам больше известно о природе поверхности веществ. Молекулы воды на поверхности ледяных частиц ни к чему не привязаны со стороны воздушной зоны, поэтому они обладают избытком энергии. Этой избыточной энергии может стать меньше, если две поверхности вступят в контакт, как это продемонстрировал Фарадей. Но если бы дело было только в этом, мы могли бы лепить снежки при температуре воздуха намного ниже 0°C. При очень низких температурах снежинки, имеющие разные формы и размеры, плотно не сцепляются. Однако при температуре воздуха близкой к 0°C отдельные молекулы воды становятся более мобильными и, перемещаясь по поверхности, заполняют щели между кристаллами, как бы связывая снежинки. Если площадь соприкосновения между снежинками больше, они связываются быстрее.

Майкл Фоллоуз (Уилленхолл, Великобритания)

Какой курс, капитан?

Утверждение Мелвилла абсолютно верно. Молнии характеризуются токами высокой мощности, порождающими сильные магнитные поля. Эти поля с легкостью перенамагничивают обнаженные высококоэрцитивные (устойчивые к воздействию магнитного поля) породы. За счет намагничивания горных пород возникают токи силой более 10 000 А. Образовавшиеся магнитные поля могут легко размагнитить компас или изменить его полярность.

Алан Рид (Лидс, Великобритания)

В результате движения электрического поля образуется магнитное поле, и такой мощный электрический разряд, как молния, вполне может размагнитить стрелку компаса или изменить ее полярность. Ваш корреспондент забыл упомянуть, что капитан Ахав смастерил новый компас, ударив мушкелем по парусной игле и таким образом намагнитив ее. Это не выдумка. Я и сам не раз демонстрировал это явление, случайно роняя дорогой пинцет для работы с образцами металлов. От удара при падении пинцет намагничивался. Ферромагнетики состоят из микроскопических магнитных доменов, которые могут быть ориентированы в произвольных направлениях таким образом, что результирующая намагниченность ферромагнитного образца равна нулю. При выстраивании доменов более или менее в одном и том же направлении материал становится намагниченным. В некоторых случаях материал намагничивается от резкого сильного удара, при котором передается энергия.

Роджер Ристо (Институт материаловедения Университета штата Коннектикут, Сторрс, США)

Ледяные узоры

Разукрашенные морозом окна спален по утрам — это уже дело прошлого благодаря центральному отоплению и изоляционным свойствам окон с двойным остеклением. Но если у вас до сих пор окна с одинарным остеклением, тогда, проснувшись зимним утром, вместо улицы вы увидите папоротникообразные узоры на стекле. В морозную ночь оконное стекло очень быстро теряет тепло, охлаждая молекулы водяного пара в воздухе помещения возле окна. Температура молекул воды в воздухе может упасть ниже точки замерзания, но сами молекулы при этом не замерзнут. Однако при соприкосновении с холодным стеклом этот переохлажденный водяной пар мгновенно, минуя стадию воды, превращается в лед. Из молекул, скопившихся в крошечных царапинах на стекле, формируется затравочный кристалл, из которого затем произрастают замысловатые узоры. Если взглянуть на этот кристалл с очень близкого расстояния, можно заметить множество химических связей, отходящих от точек его поверхности. Молекулы водяного пара цепляются за эти химические связи, и кристаллы быстро растут. Структура замысловатых разветвлений зависит от температуры и влажности воздуха, а также от степени гладкости и чистоты стекла. Если воздух сухой, молекулы воды медленно конденсируются из воздуха, группируясь в устойчивые шестигранники. Шесть прямых относительно гладких граней этих кристаллов имеют очень мало свободных связей, так что молекулам воды почти не за что зацепиться. Узоры в виде перьев, как правило, формируются на чистых оконных стеклах, когда воздух насыщен молекулами воды. В этих условиях большое количество молекул водяного пара бомбардируют затравочный кристалл и устойчивые шестигранники не успевают сформироваться. Молекулы цепляются за свободные связи, торчащие из выпуклостей кристалла, вследствие чего эти выпуклости увеличиваются в размерах еще быстрее и в итоге вырастают в большие ответвления, а выпуклости на ответвлениях, в свою очередь, превращаются в кружевные листья.