Град (природное явление)

Град, спутник или частный случай грозы — обыкновенно сопровождается сильными порывами ветра, своеобразными колебаниями барометра и обильным дождем. В летописях Николаевской Главной Физической Обсерватории печатаются наблюдения над градом в России, причем, «градом обозначаются осадки замерзшей воды в тех случаях, когда зерна так велики, что могут принести вред сельскому хозяйству». Такое определение включает в статистику градов в России ледяной дождь, который бывает без грозы и выпадает осенью, зимой и весной, и исключает мелкий град по усмотрению наблюдателя. Вследствие этого результаты статистики градов в России несравнимы с таковыми других стран.  В общем, суточный ход градов приблизительно тот же, что ход гроз, но с той разницей, что грады еще реже бывает ночью и утром, чем гроза. Годовой ход градов также сходен с годовым ходом гроз, только в конце весны и ранним летом бывает относительно более градобитий, чем в конце лета и осенью. Причина та, что слои воздуха, где преимущественно образуется град, нагреваются и охлаждаются медленнее, чем нижние, и поэтому холодные слои атмосферы, где температура ниже 0°, весной ближе к поверхности Земли, чем осенью. В местах, где преобладают хлебные поля, испарение их сильнее ранним летом, когда они еще зелены и влажность воздуха меньше, чем позже, когда они желтеют, и поэтому испарение с поверхности материка или приход водяных паров в верхних слоях атмосферы летом значительно уменьшается, между тем более высокая в это время температура требует большего количества воды для насыщения. Град   зачастую побивает всю растительность на полях, а при большом размере градин (вес доходит до одного килограмма) убивает не только мелких животных, но и людей (в Индии 1-го мая 1888 г. семь человек), избивает до крови рогатый скот и пр. Обыкновенно град идет полосами шириной от нескольких метров, до 10 и более км, со скоростью до 40 км в час, вместе с грозой. Вследствие большой скорости град проходит в короткое время. Длина полос града несколько км, но наблюдали и до 200 км. Выпадает иногда огромное количество льда, и убытки считаются миллионами рублей. В 1884 г. в Индии град покрыл Землю слоем льда толщиной от 4 до 6 футов и остался не растаявшим несколько дней. 13 июня 1788 г. во Франции выпал град в двух полосах шириной от 9—18 км и длиной до 800 км, а между полосами расстояние было около 22 км. «Но что значит знаменитое градобитие 1788 г.», пишет К. С. Веселовский по данным Министерства Внутренних Дел: «в сравнении с огромной площадью, на которой град свирепствовал в пределах России 27 мая 1843 г. Знаменитость градобития 1788 г. должна померкнуть перед этой величественною грозою...» Градовые низвержения в этот день простерлись от Черного моря до Балтийского и от Днестра и Немана до Волги.

Град  выпадает везде, на севере редко, больше всего в субтропических странах, и к экватору число градобитий опять уменьшается. Град  наблюдается, хотя реже, также на высоких горах и на океанах. В обсерватории на горе Пайкс-Пике (высота над уровнем моря 4 308 м) выпали градины до 5 см  в диаметре. Град  выпадает даже в пустынях, но редко. По коммерческой статистике страховых от градобитий обществ вывели заключения, что в лесах град бывает редко, но научная статистика оставляет этот вопрос пока открытым, как и другие указания упомянутых обществ. В России град выпадает в среднем многолетнем выводе один раз в год в северных губерниях, два раза в центральных губерниях и в Сибири, в южных до трех раз. На берегах Каспийского моря и в Туркестане град редкое явление, а на Кавказе, особенно в южной и западной частях, бывает до 0—7 раз в год. В Западной Европе число градобитий уменьшается от запада к востоку, и от юга к северу.

Величина градин изменяется от мелких шариков до куриного яйца и апельсина; иногда наблюдаются очень крупные градины, весом до 10 фунтов, но они имеют неправильную форму и, вероятно, происходят от смерзания нескольких отдельных градин в одну общую массу. Статистика градин в Индии показывает, что 27% всех градин имели размеры горошины или менее, 51% от горошины до лимона и 22% больше, чем лимон. Форма градин крайне разнообразна: более или менее правильные шарики, конусы, грушеобразные, эллипсоиды, плоские круглые пластинки, неправильно смерзшиеся куски льда из тетраэдров, октаэдров, призм, дисков с утолщенным краем, шарики с разными выступами, остроконечиями и т. д. На поверхности градин часто находятся сростки кристаллической формы, вросшие в центральное тело градины, преимущественно по радиальному направлению, а эти разнообразные сростки кристаллов придают градинам такую причудливую форму, которая трудно поддается описанию. Строение градин большей частью концентрическое, луковичное, слоистое. В центре ядро из снеговидной матовой белой массы, как крупа; вокруг ядра полупрозрачные, ледяные оболочки различной твердости и часто содержащие пузырьки воздуха. Под микроскопом видно множество мелких смерзшихся частиц льда, между которыми пузырьки воздуха. По-видимому, они образовались из переохлажденной воды, и присутствие между ними воздуха указывает, что процесс замерзания происходил быстро. Переохлажденные жидкие капли наблюдались на воздушных шарах на высоте около 6000 м, хотя температура упала до —10° и —15°, капли воды оставались жидкими. Сталкиваясь с крупой или снеговидной массой, переохлажденные капли превращаются отчасти в ледяные частицы и образуют ледяную оболочку, но каким образом замерзает остальная часть воды, температура которой подымается до 0°, этот вопрос в теории града остается открытым. Большей частью наблюдается больше одного ледяного слоя, и слои льда чередуются с уплотненными снеговыми, что указывает, что градины находились несколько раз в условиях для образования снеговидной массы, из которой состоит ядро, и в условиях замерзания переохлажденной воды в каплях. Каким образом градины из одних условий (из одной высоты) попадают в другие (на другую высоту), этот вопрос тоже не имеет удовлетворительного объяснения, хотя предложено немало теорий. Электрическая пляска градин между облаками, наэлектризованными положительным и отрицательным электричеством, как это предполагал Вольта, в настоящее время не может объяснить дело. Скорее можно согласиться с Феррелем, приписывающим значительную величину градин вихревому движению, сопровождающему град и задерживающему падение градин. При вихревом движении, особенно если ось вихря не вертикальна, ледяные кристаллы могут придти в соприкосновение с переохлажденными каплями, причем образуется ледяная оболочка; при вихревом движении готовая градина снова может попасть в более высокие слои перистых облаков, где образуется снежная оболочка, и так далее. Таким образом можно объяснить чередование ледяных оболочек с снежными и полное замерзание переохлажденных частиц воды. Некоторые авторы предполагают даже вихри с горизонтальной осью. Если скорость вертикального тока 13 м  в сек., тогда он в состоянии поднять градины, имеющие 10 мм  в диаметре. Затвердевание переохлажденных масс воды и соединение их с находящимися в верхних слоях кристаллами льда может пойти так быстро и так причудливо, что этим путем могут возникнуть самые странные и разнообразные формы градин.

Гроза при выпадении града принимает характерный оттенок: удары грома слабы, молнии очень многочисленны, сверкают часто, почти без перерыва; разряды молнии имеют обыкновенно расплывчатую форму и происходят высоко между облаками. Беспрерывные молнии помогают  слитию мельчайших капель в крупные. Лорд Релей в 1879 г. заметил, что приближение к фонтану наэлектризованных предметов вызывает слитие водяных капель, и поэтому, можно полагать, что электричество в верхних слоях может содействовать образованию  крупных капель из элементов облаков и грозовых туч.

Громадные убытки от градобитий вызвали разнообразные способы борьбы с градом. Электрические способы предлагались в виде различных градоотводов, имеющих целью, как и громоотводы, нейтрализацию электричества облаков. В 1820 г. Бертолон первый подал мысль ставить на полях железные шесты длиной в 25 футов. Другие предлагали деревянные шесты, с канатом из соломы, из сена, из металлической проволоки и просто обожженные деревянные шесты без каната и проволоки. Эти способы вследствие бесполезности были совершенно оставлены, но в 80-х г. г. вопрос о соломенных градоотводах Наркевичем-Иодко вновь поднят в Метеорологической Комиссии Императорского Русского Географического Общества в Петербурге. Опыты оказались неудачными. Предлагалось также употребление змеев с проволокой, соединенной с землей, для отвода электричества облаков, однако такой, способ неприменим, так как разность потенциалов слишком велика во время гроз, и проволока расплавляется.

В древности предполагали, что град или наказание от Бога или дело рук враждебных человечеству сил высшего порядка, а средство борьбы — молитва и жертвоприношение. В древней Греции (Seneca, Questioncs naturales, IV) борьба с градом была поручена государством ответственным лицам, обязанности которых состояли в том, чтобы направить градовые тучи по безвредному направлению, а если это им  не удавалось, то их наказывали. В средние века борьба велась и молитвой, и волшебными заклинаниями, церковными процессиями, колокольным звоном и стрельбой. Начиная со времен Карла Великого законами многократно запрещалось применять суеверные средства и колокольный звон, а со времен Марии Терезии и стрельбу из ружей и пушек. Законы оказались бессильными, и пальба и звон колоколов применялись, несмотря на штрафы. Пальба из мортир особенно распространялась начиная с 1896 г., после опытов в Штирии, которые оказались удачными.

Образовались международные конгрессы по этому вопросу, появилась обширная литература, начались лабораторные опыты, составлялись новые теории о граде и борьбе с ним, проверялись старые теории и т. д. В пальбе из больших мортир длиной до 4 метров и в ракетах, разрывающихся в верхних слоях атмосферы, признали механическое и акустическое действие и даже электрическое. Утверждали, что выстрелы, сопровождаемые дымом, способствуют уравнению электрических зарядов облаков и Земли, а разность этих зарядов лежит в основе образования града. Механическое действие заключается в действии вихревых колец, образующихся при выстрелах из мортир, и возможно, что вихревые кольца, доходя до градовых вихрей, разрушают последние механически. Акустическое действие как пальбы из пушек, мортир и ружей, так и колокольного звона видели в том, что акустические волны производят сотрясение переохлажденных капель, превращают мелкие капли в маленькие градины, и в таком случае крупного града не будет. Замечательно, что во время града гром слабый, и в этом видят причину образования града. Если сильный гром, тогда звуковые волны от грома производят необходимое сотрясение переохлажденных капель, а если этих волн нет, тогда капли осаждаются на зернах крупы. С другой стороны, указывали на извержения вулкана Стромболи, сопровождающиеся, несмотря на сильные детонации, выпадением града. Чтобы решить вопрос о пользе пальбы, итальянское и австрийское правительства от 1902 по 1906 г. производили опыты в больших размерах в Кастельфранко-Венето и Штирии с различными зарядами пороха и ацетилена, из различной величины мортир, длиной до 14 метров. В 1906 г. было пущено 250 петард и 68 бомб, содержащих 8 килограмм пороху, поднимаемых ракетами до высоты 1200 м, где они взрывались. Эти опыты показали, что такая форма борьбы с градом механическим и акустическим действием безуспешна, и дальнейшие опыты и субсидии для подобных исследований со стороны итальянского и австрийского правительства были прекращены. Недостаток способов борьбы с градом состоит в том, что судили по качественным действиям средств и не обращали внимания на количественное.

Э. Лейст.