Если бы капли дождя совершали падения в безвоздушном пространстве, у поверхности земли их скорость бы достигала сотен километров в час. Удивительным является тот факт, что малое количество ученых до сих пор серьезно задумывалось – куда же уходит это колоссальное количество энергии. Сегодня, благодаря развитию технологий, ученым удалось с использованием радарной съемки из космоса, вычислить мощность, которая рассеивается каплями воды во время выпадения осадков. Полученный результат оказался удивительным и неожиданным, что заставляет задуматься климатологов о точности и обоснованности имеющихся моделей планетарного климата.
Оригинальная работа была проведена Juliana Dias (Джулианной Диас) из Национального управления атмосферных и океанических исследований и Olivier Pauluis (Оливером Паулисом) из нью-йоркского университета. С использованием данных спутника TRMM стало возможно вычислить количества тепла, которое летящие дождевые капли, а также снежинки, передают атмосфере.
Полученная цифра значительно превышала даже самые смелые прогнозы климатологов, что однозначно указывает не несовершенное представление современной науки относительно распределения энергии в планетарной «установке» климата. Перед тем, как привести результаты исследования, позвольте сделать небольшое информативное отступление.
Работа атмосферы весьма напоминает работу гигантской тепловой машины, функционирование которой осуществляется за счет двух глобальных механизмов – потоков ветров и круговорота воды. Энергия солнца нагревает земную поверхность, которая выступает в роли своеобразной печки, которая нагревает воздух. Вместе с нагретым воздухом вверх, на высоту свыше пятнадцати километров, устремляется и водяной пар, где он подвергается процессу конденсации и выпадает на поверхность в виде привычных всем осадков.
Согласно исследованию, проведенному учеными, общая мощность глобального механизма с учетом всевозможных потерь (эффективность системы, как и в случае с рукотворными двигателями, не идеальна) в среднем составляет порядка пяти ватт на каждый квадратный метр поверхности Земли. Эта энергия расходуется на создание потоков воздуха и производство осадков.
Вместе с тем, общая атмосферная кинетическая энергия не возрастает, что обусловлено механизмом диссипации – переходом энергии из упорядоченной формы (как, например, ветер) в хаотичную формацию. Такая формация представляет собой микротурбулентные и макротурбулентные потоки, которые уменьшаются и постепенно растворяются в тепловом движении простейших частиц – молекул, то есть в нагреве атмосферы.
Специалисты, занимающиеся модуляцией климата Земли, прекрасно осведомлены об этом. Ведь совершенно очевидно, что потоки воздуха при взаимодействии создают колоссальное трение, а результате которого выделяется и рассеивается энергия.
Однако до сих пор ученые пренебрегали данной энергией в своих расчетах и напрасно. Новое исследование показало, что рассеиваемая ветрами мощность ориентировочно колеблется в диапазоне от одного до пяти ватт на квадратный метр. Как видно, данная величина вполне сопоставимо с мощностью глобальной машины формирования климата планеты и потому не может быть проигнорирована в прогнозах.
И это далеко не все. Специалисты решили не останавливаться на достигнутом и закрепить свой исследовательский успех. Они задались вопросом, которые прежде серьезно не воспринимался учеными, а зачастую и просто игнорировался: «А летящие капли дождя, которые на протяжении километров испытывают аэродинамическое торможение, разве не передают кинетическую энергию атмосфере?»
Не нужно быть ученым, чтобы определить, что движение капель дождя чрезвычайно медленно, учитывая высоты с которых дождь ниспадает. Роль тормоза в данном случае выпадает на микроскопические завихрения воздуха, возникающие вокруг капель, а также трение о воздух. Поскольку закон сохранения энергии справедлив, выделяющаяся энергия передается воздуху. Данная модель известно уже очень давно и не представляет собой ничего сложного.
Вместе с тем, долгое время ученые даже не подозревали о важности упомянутого фактора. В новом исследовании учеными были проанализированы собранные спутником TRMM данные об осадках, запущенном главным образом для измерения дождей в тропиках. Данные были сопоставлены, что дало возможность вычислить концентрацию и размер дождевых капель на различной высоте.
Физический размер капель напрямую зависит от скорости свободного падения, с помощью которой можно вычислить фактическое сопротивление воздуха. Зная при этом длину падения капли, вычисление количество теряемой энергии не составляет никакого труда.
При исследовании дождей в полосе между тридцатью градусами южной и тридцатью градусами северной широты, величина рассеиваемой дождевыми каплями энергии составляет в среднем 1.8 ватта на каждый квадратный километров. Для отдельных регионов данная величина может колебаться в широком диапазоне, что связано с различным количеством осадков и другими особенностями местности. Данная величина вполне сопоставимо с мощностью, которую рассеивают воздушные потоки.
Выходит, что кинетическая энергия, за счет трения передаваемая атмосфере падающими каплями дождя, что впрочем, справедливо и для снежинок, является одним из самых недооцененных источников энтропии в планетарной термодинамической системе.
Данное исследование приводит к весьма любопытным выводам. Согласно современным теориям, глобальное потепление климата неизбежно становится причиной роста высот выпадения осадков и их суммарного количества.
Результаты же нового исследования, проведенного Джулианой и Оливером, позволяют говорить о том, что с увеличением вышеупомянутых показателей в атмосфере будет рассеиваться все большее количество энергии, которой останется меньше на формирование потоков воздуха. Таким образом, атмосферная циркуляция будет ослаблена.
Вместе с тем, еще рано говорить о таких глобальных выводах, но неоспоримым является тот факт, что крохотные дождевые капли вносят весомый вклад в формирование климата на нашей планете.{odnaknopka}