VII. Воздух и водяные нары. течение и давление воздуха

Воздух, как выше было сказано, состоит из смеси кислорода – около 21 % и азота – 79 %, по объему; кроме этих главных составных частей, воздух содержит около 4 десятитысячных частей углекислоты и ничтожные (миллионные части) количества азотной кислоты. Далее, воздух постоянно содержит переменные количества воды в виде паров, тумана или облаков. В этой воздушной смеси находятся наземные части растений и подвергаются ее благодетельному, а иногда и гибельному действию.

Из составных частей воздуха растения, как уже было сказано, потребляют непосредственно только углекислоту, поэтому атмосферу можно рассматривать, с одной стороны, как питательный материал, а с другой – как физическую среду, в которой происходит развитие растения.

1) Атмосферный воздух способен содержать большее или меньшее количество влаги в виде паров. Способность эта с одной стороны, обусловливается давлением воздуха в данный момент, но с другой стороны, главным образом, температурой. Чем теплее воздух, тем более может он содержать в себе паров. Разница в этом отношении между холодной комнатой и топленой баней очевидна. При понижении температуры до известной точки, воздух, насыщенный парами, выделяет воду в виде росы (точка росы). Точка эта, при различной температуре и насыщении воздуха, бывает различна.

Точка осаждения паров есть вместе с тем и момент полного насыщения воздуха парами. Нагретый воздух требует для полного своего насыщения гораздо более водяных паров, чем тот же самый его объем при более низкой температуре. На этом основании воздушное отопление, производимое так называемыми духовыми печами, вредно действует на жизнь растений в комнатах и оранжереях. Холодный атмосферный воздух в зимнее время сух, но все-таки достаточно влажен относительно низкой своей температуры. Нагретый до 30 или более градусов, он окажется очень сухим. Один кубический метр воздуха может содержать при 20° теплоты 17–18 г воды, причем он становится совершенно насыщенным и, следовательно, не в состоянии принять более влаги без возвышения температуры. В парниках и оранжереях, где можно регулировать степень влажности воздуха, стараются в период роста растения довести воздух, посредством опрыскивания растений, земли и пола, почти до полного насыщения; в зимнее же время или в период покоя растений стараются уменьшить по возможности влажность, иначе на растениях осаждается вода, причиняющая гниение. Степень влажности воздуха определяется гигрометрами различного устройства, но проще всего психрометрами. К сожалению, этим полезным инструментом еще мало пользуются в наших садовых заведениях.

На открытом воздухе можно до некоторой степени противодействовать сухости воздуха устройством защиты от сухих и холодных ветров, которые на открытых местах немедленно уносят испаряющуюся из почвы влагу. Об устройстве таких защит и опушек мы будем говорить впоследствии.

Наглядное доказательство такого огромного влияния защиты явствует из влажности и свежести воздуха, которые всякий может ощущать, сравнивая впечатления, производимые воздухом в лесах и в открытых полях в жаркое летнее время.

Осадки воздушных паров в виде дождя, снега, града и росы в течение года весьма различны в различных странах; под тропиками они вообще обильнее, чем в умеренном поясе.

Плодородие страны зависит от количества осадков, падающих в известные времена года в данной местности.

Если бы все количество выпавшей в течение года воды осталось на поверхности земли, то средним числом образовались бы слои следующей толщины:

В русских дюймах (по Веселовскому «О климате России»):

Ленинград 18,42

Курск 17,37

Одесса 13,42

Западная Англия 36,84

Южная Франция 30,35

Германия 28,80

Дания 18,79

В некоторых местах средней Африки, Азии и Америки никогда не выпадают дожди.

Среднее число дождливых дней в течение года в различных местах, как и количество выпавшего дождя, также весьма различно; представим некоторые примеры в этом отношении.

В Южной Европе вообще 120 дождливых дней

средней 146

северной 180

Санкт-Петербурге 168

Казани 90

Якутске 60

2) Течение воздуха, смотря по скорости движения, называется ветром, бурей, ураганом. По свойству различают ветры: холодные, теплые, сухие и влажные. Некоторые местности страдают от горячих и душных ветров, носящих в различных странах различные названия: в Швейцарии «фен», в Южной Европе «сирокко» и на востоке «самум». Жаркие, сухие и пыльные течения воздуха обыкновенно происходят в сильно нагретых песчаных пустынях, напр., в Африке и Аравии. У нас на севере их не бывает; нам, наоборот, вредит холодное течение воздуха, т. е. ветры северный и северовосточный. В южных и юго-восточных губерниях является иногда так называемая «мгла» или «помха», которая обжигает растительность. Явление это также причиняется сухим, жарким и пыльно-туманным воздухом, занесенным из накаленных азиатских пустынь.

Умеренное движение атмосферы вообще одно из благодетельнейших явлений природы; оно постоянно доставляет нам и растениям свежий воздух из высших слоев атмосферы, уравнивает температуру на огромных пространствах, а также заносит осадки паров в виде дождя. Без ветров многие места превратились бы в безводные пустыни. Ветры способствуют оплодотворению цветов и вследствие того плодоношению растений, разнося цветочную пыль по воздуху. Как ни полезно вообще течение воздуха нам и нашим культурам, тем не менее часто приходится страдать от него, если оно принимает форму бури или урагана, которые разбивают суда, опрокидывают дома, ломают и валят деревья, сбивают плоды и иногда даже сносят почву. Предвидя такие случаи, следует принимать, по возможности, надлежащие меры к их устранению. По отношению к садам, паркам и хмельникам, которые наиболее подвергаются гибельному действию бури, эти меры заключаются в сохранении всех естественных предметов, могущих служить им защитой: лесных опушек, аллей, изгородей и проч. Где, на опасных местах, не имеется такой защиты, там прибегают к ее устройству, о чем будет говорено в особой главе.

Страшные ураганы, которые иногда действуют так разрушительно на строения и растительность, обусловливаются встречными течениями воздуха. Полагают, что все ураганы и бури имеют двоякое движение: поступательное и круговое.

В нижеследующей таблице показана скорость течения воздуха в 1 секунду при различных ветрах, выраженная в футах:

Тропический Tornado (вихрь) 200–50

Ураган 100–50

Шторм 40–0

Буря 20–0

Ветер 10–0

Ветерок 5–0

Аура (тихое движение) 3–5

Для садоводства весьма полезно знать направление ветра, опасного и преобладающего в данной местности. У нас N, NO и О могут быть причислены к наивреднейшим, а господствующим является NW^[2], что видно из следующей таблицы, представляющей вывод из 1000 дней по Mullery:

По вычислению, из таблицы Веселовского, оказывается, что на ветры N, NО и О приходится:

в Санкт-Петербурге 29,65 случ. 100 набл.

Москве 29,60

Харькове 30,12

Днепропетровске 32,67

Одессе 39,81

Из этого видно, что чем ближе к югу, тем более преобладают означенные ветры и слабеет юго-западное направление, которое в средних губерниях преобладает.

Происхождение ветров приписывают осаждению паров и сжатию и расширению воздуха при быстром изменении температуры, вследствие чего теряется равновесие, и воздух течет с различной скоростью в места более разреженные. Здесь действуют еще и другие причины, которые не подлежат нашему рассмотрению.

Что касается свойства дующих у нас ветров, то северный оказывается холодным, восточный – холодным и сухим, и оба дуют равномерно; южный – теплый, западный – теплый и влажный, дуют порывисто. Защита требуется преимущественно от N, NO и О.

По теории некоторых метеорологов, должен существовать в течении воздуха следующий порядок: нагретый под экватором воздух, вследствие уменьшения удельного веса, поднимается, а более тяжелый холодный полярный воздух, текущий в нижних слоях атмосферы, занимает его место. В то же время нагретый тропический воздух, по закону равновесия и движения газов, идет к полюсам, причем осаждает пары.

Согласно этой теории, у нас постоянно следовало бы быть северному или северо-восточному ветру, холодному, и весь тропический пояс превратился бы в безводную пустыню, а между тем он пользуется обильными дождями. Поэтому вероятно, что горячий тропический воздух, насыщенный парами, не уходит к полюсам, а испытывая достаточное охлаждение в высших слоях воздуха, является причиной тропических ливней. Вообще передвижение воздуха и паров подвергается многочисленным посторонним влияниям, вследствие чего для открытия истинной причины явления требуется долгое и тщательное наблюдение. Большие услуги в этом отношении оказал известный метеоролог Дове.

3) Давление атмосферы. Атмосфера представляет собой воздушный покров или оболочку земного шара, и так как этот покров состоит из эластических веществ – газов, то нижние слои находятся под давлением верхних, и они, конечно, плотнее верхних. На уровне моря давление равняется приблизительно 15 фут. на квадратный дюйм; на вершине Казбека и Эльборуса на половину меньше. Следовательно, там, где еще возможно существование растений, как напр., на такой вышине, они подвергаются только половинному давлению. Если поверхность какого-нибудь растения на равнине представляет 1000 квадратных дюймов, то давление, оказываемое на это растение воздухом, будет равняться 15 000 ф., а на указанной вышине 7500 ф. Что такой ужасный груз не оказывает вредного влияния, зависит от того, что и в самом растении находится воздух такой же плотности, как и оказывающий на него давление. Кажется, что большее или меньшее давление воздуха не производит особенного влияния на физиологические отправления различных органов.

Кроме разницы в давлении воздуха, зависящей от высоты относительно уровня моря, существуют еще другие, менее значительные, местные колебания, происходящие от разрежения воздуха, вследствие его нагревания и осаждения паров. Для измерения таких колебаний в плотности или давлении воздуха служит барометр. Собственно небольшие местные колебания в давлении воздуха почти бы не имели значения, если бы они не сопровождались другими явлениями, имеющими громадное влияние на растительность и производство необходимых при культуре растений работ. Когда ртуть в барометре поднимается, то можно ожидать ясной погоды; наоборот, при значительном уменьшении давления ртуть падает, и тогда следует ожидать дождя, если только в воздухе находится много паров. Всякое сильное колебание в давлении воздуха производит нарушение равновесия; происходящее от этого сильное течение воздуха вызывает бурю. Насколько важно для садовода и земледельца вперед верно предугадать состояние атмосферы, это почти не требует никаких пояснений. Поэтому барометр должен считаться весьма полезным инструментом в садовых и сельскохозяйственных заведениях.

4) Температура воздуха. Температура воздуха зависит, главным образом, от географического местоположения, коим обусловливается сила солнечного действия, от топографических и почвенных условий местности и, наконец, от направления течения воздуха и близости моря. Климат, а следовательно температура атмосферы западной и северо-западной Европы в значительной степени зависит от гольфстрима, идущего от Мексиканского залива к берегам Норвегии. Северная Америка не пользуется таким калорифером, и вследствие этого там, в местностях, находящихся под одной широтой с Европейскими странами, будет весьма суровый климат, тогда как в Европе, при той же широте, климат позволяет произрастать прекрасным садам. Песок северной Африки, находясь в сильно-нагретом состоянии, передает воздуху невыносимый жар и сухость. Места, покрытые лесами, даже под тропиками, представляют лучшее убежище от зноя. Высокие горы значительно защищают местность от действия северного ветра, а южный склон горы повышает действие солнечной теплоты. Близость моря, ослабляющего крайности температуры, значительно способствует умеренности морского или островного климата. Континентальное местоположение отличается высокой летней и низкой зимней температурой. Преобладающий южный ветер приносит теплоту, а северный, наоборот, – холод (в северном полушарии земли).

Воздух принадлежит к числу тел, отличающихся способностью пропускать солнечные лучи и самому не нагреваться, или нагреваться только в малой степени. Водяные пары, однако, поглощают значительное количество теплоты. Почва обладает совершенно обратным свойством: она не пропускает лучей, но зато сама поглощает тепло, которое излучает обратно: температура воздуха, следовательно, до некоторой степени зависит от тепла, излучаемого почвою. Что эта теплота не уходит опять обратно в пространство, следует приписать условиям, которые препятствуют ее излучению, особенно облачности и движению воздуха.

С удалением от экватора и возрастанием косвенности падения солнечных лучей на поверхность земли уменьшается и температура воздуха, но неправильно, потому что она, как выше сказано, подвергнута еще различным посторонним влияниям. С увеличением расстояния от поверхности земли, также не совсем правильно, уменьшается теплота воздуха; но все-таки неправильность эта здесь значительно меньшая, чем по горизонтальному направлению. Поднимаясь под тропиками на высокую гору на высоту 4 или 5 верст, т. е. около 14–17 тысяч футов, мы можем проследить все растительные пояса, встречающиеся от экватора до полюса, начиная с тропических пальм, проходя лиственные и хвойные леса и кончая альпийскими кустарниками и травами до границы вечного снега. Разумеется, эта граница под тропиками выше, чем в умеренном поясе, и у полюсов падает до уровня моря. Вообще, можно принять, что с подъемом на каждые 700 футов на Европейских горах температура понижается на 1 °R. Граница вечного снега в Швейцарии 8350, на Гималаях 12 200, в Квито, на Андах 15 320.

В следующей таблице показано распределение температуры в некоторых местах земного шара.

По Линдлею и Мюллеру

Помещаем еще таблицу, специально относящуюся к СССР относительно средней температуры 6 городов по направлению от севера на юг (по Веселовскому).

Часто непосредственно над поверхностью земли, в тихие и ясные ночи, замечаются слои воздуха несколько более холодные, чем слой, находящийся выше.

Это явление объясняется лучеиспусканием почвенной теплоты в холодное пространство.

О вреде этого явления для плодоводства см. часть VI – Плодовый сад.

Все влияние наше на изменение температуры, т. е. на ее понижение или повышение, при разведении растений преимущественно ограничивается только парниками, оранжереями и теплицами, находящимися в нашей власти.

В открытом грунте присутствует удобно устроенная защита с северной стороны и направление поверхности гряд к югу значительно повышают температуру почвы и воздуха.

На южных стенах и на южном склоне получаются зрелые семена и плоды от растений, которые в ином местоположении никоим образом не выспевают.