Головоломка

     Как-то душным июльским днём,
я тихонько подрёмывал  в углу,
не имея никакого особого дела 
и не желал никого слушать своим
скучающим видом.

               Джеймс Хэдли Чейз.
             Я с ним расправлюсь.


     Выходной день явно не задался. С раннего утра по небу бессистемно бродили облака, а ближе к обеду они соединились в огромную черную тучу, низко нависшую над дачным посёлком.
     - Да, в такую погоду и гулять не тянет, - проворчал пожилой хозяин дачи Пётр Степанович.
     - Какое там гулянье! Вот-вот гроза начнётся, - согласилась с ним его жена Елизавета Викторовна. - Давайте-ка лучше обедать.
     - Мама, я помогу тебе, - обратился к ней их сын Вячеслав Петрович.
     - Сиди уж, я помогу, - остановила мужа невестка Ирина Федотовна. - А то не  кормленный "сильный пол" окончательно ослабеет...
     - Как она тебя поддела! - усмехнулся Петр Степанович, обратившись к сыну после того, как невестка скрылась на кухне.
     - Мама у нас такая! - с гордостью произнёс внук Марат. - Ей палец в рот не клади...
     - То-то у тебя все пальцы обкусаны, - заметил отец, слегка шлёпнув сына по затылку.
     Едва семейство приступило к трапезе, как мощный разряд молнии осветил столовую, а через некоторое время прогремел гром такой силы, что пожилая женщина вздрогнула и едва не уронила ложку в суповую тарелку.
     - Напугал как, - проворчала она.
     - Да, гроза собралась серьёзная, - поддержала её невестка. - Как бы чего не случилось...
     - Кстати, учёный муж, - обратился дед к внуку, только что окончившему десятый класс. - Как, по твоему мнению, образуются молнии?
     - Да всё элементарно просто, - ответил тот. - Земля заряжена положительно, туча - отрицательно. И как только в облаках накапливается достаточно большое количество зарядов, происходит пробой воздуха между тучей и землёй.
     - И всё? - усмехнулся дед.
     - А что ещё? - удивилась Ирина Федотовна. - Это же элементарно описано в школьных учебниках физики.
     - Да, происходит пробой конденсатора, - авторитетно заметил Вячеслав Петрович. - Я не вижу здесь никакой загадки.
     - Начнём вот с чего: скажите, как начинается дождь? - продолжил дед.
     - Всё просто: маленькие капельки в туче объединяются в более крупные, и они под своей тяжестью падают на землю, - презрительно скривился юноша.
     - А вы изучали закон притяжения Ньютона? - не отставал старик.
     - Да, - пожал плечами Марат. - Сила притяжения равна произведению взаимодействующих сил, деленному на квадрат расстояния между ними. И что?
     - Всё верно, - согласился дед. - Главные факторы в нашем случае являются массы земли и тучи, а также расстояние между ними. Масса Земли практически неизменна. Масса же тучи постоянно растет и она опускается. Вот и выходит по формуле Ньютона, что числитель увеличивается, а знаменатель уменьшается в геометрической прогрессии. Отсюда выходит, что сила притяжения тучи к земле резко нарастает.
     - И она, эта туча, должна шлёпнуться на землю, - засмеялся Марат. - Представляю себе ситуацию, это похлеще, чем туман.
     - Мало не будет, - весело поддержал его отец. Эта туча, что нависла над нами, имеет толщину в несколько километров, размер в десятки, а то и сотни километров и весит десятки или даже сотни тысяч тонн.
     - Господи, какие вы страхи говорите, - испуганно воскликнула бабушка.
     - Но она не "шлёпается", как выразился Марат, - продолжил рассуждать дед. - Почему?
     - Не знаю, - недоуменно проговорил молодой человек.
     - А я полагаю так, - начал объяснять дед. - Земля начинает стягивать кластеры воды с верхних уровней тучи на нижние...
     - Что такое кластеры? - поинтересовалась Ирина Федотовна.
     - Это объединение нескольких молекул воды в одно сообщество, - пояснил Петр Степанович.
     - Капля, - уточнил его сын.
     - Именно, - продолжил старик. - И вот на пути прохождения сквозь тучу этот
кластер вбирает в себя все больше молекул воды и других кластеров. И когда капля достигает критических размеров, она срывается и падает вниз.
     - Иначе говоря, ты подводишь к тому, что Земля за счет гравитационного притяжения начинает капля за каплей "высасывать" воду из тучи, - сказал Вячеслав Степанович. - "Процеживает" капли сквозь толщу тучи и, набрав вес, эти капли притягиваются планетой. А в определенный момент наступает своеобразное равновесие, нижние горизонты "выплескиваются на землю, а остатки верхних горизонтов тучи уносятся ветром.
     - Ты правильно меня понял, - ответил отец. - Обратите внимание: после дождя остатки тучи висят значительно выше, чем сама туча до дождя.
     - Тогда выходит, что не туча сбросила излишек воды, а Земля "высосала" часть воды из нее, а потом оставила облака в покое, - заметила Ирина Федотовна.
     - Да, действительно получается, что не туча оросила Землю, а Земля "подоила" тучу, - шутливо произнес ее муж.
     Марат засмеялся, услышав шутку отца.
     - А что, у тебя и на причину возникновения молнии особый взгляд? - спросил Вячеслав Петрович отца. - Вон ведь Марат все просто объяснил: земля заряжена положительно, туча - отрицательно. И при достижении определенной разницы потенциалов происходит пробой "конденсатора".
     - Так написано в учебниках физики, - подтвердил юноша.
     - Вы ведь в курсе химии изучали механизм образования и распада сложных соединений с помощью электронных преобразований? - обратился дед к внуку.
     - Проходили, - недоуменно произнес тот.
     - А когда "прошли", в головах осталось хоть что-нибудь? - спросил отец.
     - Да ладно тебе насмешничать, - заступилась за сына мать.
     - Так вот давайте сообразим, - прекратил пикировку супругов Петр Степанович. - Чтобы тот или иной объект был заряжен положительно или отрицательно нужно у его молекул либо отнять, либо добавить электроны. Вот Марат говорит, что Земля во время грозы заряжена положительно. А она состоит в основном из устойчивых окислов кремния, кальция, алюминия, железа и других металлов и металлоидов. Чтобы эти окислы приобрели положительный заряд, от них следует отнять хотя бы один атом кислорода. А это не так просто. Например, чтобы получить алюминий из его окислов, требуется приложить огромное количество электроэнергии. Но в земле нет такого источника,, чтобы можно было оторвать от молекул кислород. Тогда возникает естественный вопрос: за счет чего земля приобретает положительный заряд?
     - В самом деле, за счет чего же она заряжается? - спросил Вячеслав Петрович.
     - Вот и получается, что физики и химики высказали мысль о том, что земля заряжается положительно, а природу этого явления школьникам не объясняют, - с сожалением ответил ему отец. - Просто предлагают принять это на веру. А это ограничивает мыслительный диапазон ребят, будущих специалистов.
     - А ведь дедушка прав, - высказалась хозяйка.
     - Далее, - продолжил тот. - В туче, кроме воды, практически ничего нет. А молекула воды, как известно, содержит два атома водорода и один атом кислорода. Так вот, для того, чтобы превратить эту стабильную и достаточно прочную молекулу в отрицательный ион, от нее надо оторвать, как минимум, один атом водорода. А для этого надо приложить достаточно большую энергию. Откуда она берётся в туче?
     - За счет механической энергии столкновения облаков? - предположил Марат.
     - Если бы все было так просто, - хмыкнул дед. - Вот,  к примеру, две реки, которые сливаются в одну. Ты был на экскурсии в Нижнем Новгороде, где Ока впадает в Волгу. Река - это та же туча, только более сгустившаяся, сконцентрированная. Но ионизации воды в Волге не происходит!
     - Или на гидроэлектростанциях, где вода с верхнего бьефа падает с огромной высоты, - добавил Вячеслав Петрович. - Или в водопадах...
     - Вот-вот, - согласился с ним отец. - Так как же тогда в туче возникает
отрицательный заряд?
     - Не знаю, - растерянно ответил Марат.
     - Мало того, разряд молнии нередко "выстреливает" в космическое пространство - это так называемые джеты. Причем на высоты до пятидесяти километров. Их наблюдали и фиксировали космонавты и астронавты, - дополнил отец парня. - А ведь в космосе нет концентрированных положительных зарядов, которые могли бы оправдать "пробой" в околоземное пространство. Тогда возникает новый вопрос: как формируются эти самые джеты?
     - Ну вас, совсем меня запутали, - отмахнулся Марат.
     - А это для того, чтобы у тебя не сложилось впечатление, что всё уже открыто и в учебниках написана истина, - наставительно проговорил дед.
     - Я лучше пойду погуляю, дождь кончился, - объявил внук. - А то с вами умом тронешься.
     Когда он ушел, бабушка обратилась к мужу:
     - Ну, ты и задал ему головоломку!
     - Ничего, - ответил тот. - Пусть посоображает изредка, а то привыкли все вытаскивать из Интернета, а мозгам работы не дают. От дум голова не лопнет...