Когда я вижу птиц, парящих в небе, всегда поражаюсь: «Как им удается удерживаться в воздухе?». Ведь известно, что существует сила гравитации, которая, по идее, должна тянуть их вниз. Тогда в чем же их особенность?
Что дает птицам возможность летать
Полет - сложный процесс. Безусловно, главным его механизмом являются крылья. Они устроены у птиц так, что способны создавать подъемную силу, которая, в свою очередь, противостоит силе тяготения. Эта сила возникает при ударе ветра в крыло. Но что делают птицы, если ветра нет?
Они активно машут крыльями, тем самым создавая поток воздуха, который и поднимает их над землей. Это самый важный этап взлёта, благодаря которому, улетев ввысь, птица может парить, не совершая движения крыльев.
Конечно, кроме крыльев роль играет и мускулатура, и скелет, и внутренние органы. Чтобы птице было проще подниматься в воздух, она должна быть максимально легкой. По этой причине её кости заполнены воздухом. Также короткий кишечник способствует быстрому выведению пищи, что облегчает вес птицы.
Почему птицы летают клином
Если о причинах летного процесса ещё хоть как-то можно догадаться, то как объяснить, почему большинство крупных птиц летают клином? Поразительно, как синхронно и слаженно они это делают.
Как оказалось, они выбирают такое построение для того, чтобы сэкономить энергию. Первая птица задает поток воздуха, а последующие, грубо говоря, пользуются этим - подхватывают этот поток и благодаря синхронным движениям, облегчают себе полет.
Какие птицы не летают
Итак, что необходимо птице для полета:
- Небольшая масса тела.
- Развитая мускулатура.
- Крылья и вес должны быть соразмерны.
Не все птицы обладают всеми этими качествами, соответственно, возможности летать они лишены. Например, под последний пункт ну уж никак не подпадают пингвины и страусы.
Есть птицы, которые перестали летать в процессе эволюции из-за того, что пропала потребность. Им не от кого было улетать, враги в окружающей природе отсутствовали. Теперь они на грани вымирания. Среди них, например, птичка киви.
Удаляющийся птичий клин неизменно приковывает к себе внимание, удивляя красотой и совершенством природы
Однако, такое построение имеет чисто практическое значение. На самом деле многие виды птиц пользуются клиновым строем для облегчения утомительных дальних перелетов. Во главе строя летит сильный и опытный вожак (или самая сильная птица), сзади наиболее слабые члены стаи.
Птичий клин – уникальное построение перелётных птиц. Такой способ путешествия используют дикие гуси, утки, журавли и некоторые другие перелётные птицы. Многие годы учёные ломали голову над тем, почему птицы выстраиваются именно таким образом. Это поистине удивительно, ведь природой придуман идеальный способ, который позволяет птицам преодолевать огромнейшие расстояния, при этом, не сбиваясь с курса.
При каждом взмахе крыла позади вожака образуются восходящие токи воздуха. Птицы сзади используют ее для облегчения своего полета. Таким образом, основную нагрузку берет на себя птица, летящая во главе клина.
Если в атмосфере штиль, то птицы пристраиваются к вожаку с обеих сторон его крыльев, образуя клин. Если в атмосфере ощутимый боковой ветер, тогда птицы пристраиваются к вожаку с той стороны, где воздушные потоки от маха крыла лучше чувствуются, в этом случае образуется косяк.
Первому в стае, приходится труднее из-за очень сильного напора ветра. Поэтому место впереди каждые несколько минут прямо на лету занимает другая птица, что позволяет стае преодолевать большие расстояния без отдыха. Легче всего лететь в конце клина по обоим краям стаи. И вот что замечательно: сильные птицы уступают место молодым, слабым и старым птицам. Считается, что постоянный крик птиц в стае - это своего рода одобрение, которое более сильные выражают слабым.
Используя последние достижения в науке, французские ученые пришли к выводу, что у птиц, выстроенных правильным клином, открывается возможность чаще парить и экономить силы. Пульс при этом становится реже и сердца у птиц бьются медленнее, чем когда они летают поодиночке. Показательно и другое: полет клином облегчает общение между птицами во время полета.
При таком полете проще лететь как целой стае, так и каждой отдельной особи в ней. Так, птицы, с пользой для себя, используют законы физики. Это помогает спасению ослабевших птиц, которые могут долететь со своими сородичами в нужное место.
Ещё один потрясающий факт, который, буквально, заставляет уважать перелётных птиц, которые сбиваются в клинья. Если, по каким - то причинам, одна птица из стаи не может продолжить путь, то две другие покидают клин вместе с ней. Они оказывают ослабленной птице помощь, и находятся возле неё до тех пор, пока она не выздоровеет, или не умрёт. После, они продолжают путь самостоятельно, догоняя своих, или прибиваются к другому клину.
БЕЛОЕ БЕЗМОЛВИЕ
Все года и века и эпохи подряд
Все стремится к теплу от морозов и вьюг.
Почему ж эти птицы на север летят,
Если птицам положено только на юг?
Слава им не нужна и величие.
Вот под крыльями кончится лед,
И найдут они счастие птичее,
Как награду за дерзкий полет.
Что же нам не жилось, что же нам не спалось?
Что нас выгнало в путь по высокой волне?
Нам сиянья пока наблюдать не пришлось.
Это редко бывает - сиянья в цене!
Тишина. Только чайки - как молнии.
Пустотой мы их кормим из рук.
Но наградою нам за безмолвие
Обязательно будет звук.
Как давно снятся нам только белые сны,
Все иные оттенки снега замели.
Мы ослепли давно от такой белизны,
Но прозреем от черной полоски земли.
Наше горло отпустит молчание,
Наша слабость растает, как тень.
И наградой за ночи отчаянья
Будет вечный полярный день.
Север, воля, надежда,- страна без границ,
Снег без грязи, как долгая жизнь без вранья.
Воронье нам не выклюет глаз из глазниц,
Потому что не водится здесь воронья.
Кто не верил в дурные пророчества,
В снег не лег ни на миг отдохнуть,
Тем наградою за одиночество
Должен встретиться кто-нибудь.
Владимир Высоцкий
Птицы, гнездящиеся в Арктике, совершают самые длинные перелеты, поскольку зиму они проводят на южных оконечностях Южной Америки и Африки или на островах Океании. Известно, что энергетические затраты на эти перелеты очень велики. Очевидно также, что чем длиннее миграция, тем больше риск погибнуть где-нибудь в пути. Невольно возникает вопрос: что заставляет птиц лететь так далеко на север?
Итак, традиционно считается - при наблюдении со стороны, - что причиной миграции птиц является изменение среды обитания, в частности сезонное. Здесь, однако, возникает целый ряд дополнительных вопросов:
1. Почему природа не выработала более простого защитного - на сезон - механизма ("зимняя шубка" из перьев, особый слой жира и смазки, изменение режима питания, зимняя летаргия и т.д. и т.п.) вместо того, чтобы вынуждать птиц совершать дважды в год длительные и, несомненно, изматывающие перелеты?
2. Почему, если среда обитания изменяется в течение сезона постепенно, птицы не переселяются в более благоприятные места "короткими перебежками", следуя за смещением оптимальной зоны, а разом совершают беспрецедентную по прилагаемым усилиям акцию?
3. Почему птицы перелетают на столь гигантские расстояния - ведь найти "землю обетованную" можно и гораздо ближе к месту изначального гнездовья?
При обсуждении полученных данных авторы подчеркивают, что пытались стандартизированными методами оценить только один важный аспект выживания птиц, связанный с прессом хищников на гнезда. Насколько этот момент компенсирует энергетические затраты на дальний перелет и на поддержание жизнедеятельности в более высоких широтах, пока остается неизвестным.
В Арктике до сих пор сохранились признаки, указывающие на то, что когда-то в центре Северного Ледовитого океана располагался ныне исчезнувший материк.
На карте рельефа дна Северного Ледовитого океана угадываются очертания затонувшей Арктиды.
Средневековая карта Арктики. Карта Меркатора. Гиперборея.
Земля Санникова должна существовать
13 августа 1886 года в жизни Эдуарда Васильевича Толля произошло событие, определившее всю его дальнейшую судьбу. Стоя на северном берегу острова Котельного, в устье ручья Могур, он своими глазами увидел по азимуту 14—18 градусов «ясные контуры четырех столовых гор с прилегающим к ним на востоке низким остроконечием».
Картина, открывшаяся Э. В. Толлю в тот солнечный день, была настолько четкой, что он не только определил расстояние до гор — около 150 верст, или полтора градуса по широте, но и заключил, что горы сложены трапповыми массивами, подобно островам Земли Франца-Иосифа.
С этого момента все дни, какие Толлю еще оставалось прожить на свете, были подчинены мечте о достижении увиденного острова...
Но сделаем еще некоторое отступление во времени — в год 1810-й, когда усть-янский «промышленник» (охотник и сборщик мамонтовой кости) Яков Санников, будучи участником первой официальной русской экспедиции на Новосибирские острова, возглавляемой коллежским регистратором Матвеем Матвеевичем Геденштромом, увидел с северной оконечности острова Котельного доселе неизвестную землю, «...на северо-запад, в примерном расстоянии 70 верст, видны высокие каменные горы»,— записал М. М. Геденштром.
Только через год специально посланная поисковая партия нашла на острове Беннетта записку Толля, где он подробно описывал геологическое строение и небогатый животный мир острова. О Земле Санникова в записке говорилось:
«…Пролетными птицами явились: орел, летевший с S на N, сокол - с N на S и гуси, пролетавшие стаями с N на S. Вследствие туманов, земли, откуда прилетели эти птицы, также не видно было, как и во время прошлой навигации Земли Санникова».
Позднее удалось установить, что Толль и его спутники погибли, пытаясь в ноябре 1902 года совершить опасный переход по льдам с острова Беннетта на Новосибирские острова.
Таким образом, загадка Земли Санникова по-прежнему оставалась нерешенной. После гибели Толля, горячо верившего в существование этой земли, большинство полярных иссле-дователей снова стали считать, что никакого острова к северо-западу от Новосибирского архипелага нет. В самом деле, если Земля Санникова существует, то почему ни Анжу, ни де Лонг, ни Нансен, ни, наконец, сам Толль не могли найти ее? Они ведь избороздили большие пространства Северного Ледовитого океана около Новосибирских островов. Может быть, и Санников, и Толль, и Джергели видели один и тот же мираж?
Но если эта земля не существует, откуда взялись среди льдов в открытом океане песцы и медведи? А птицы, совершающие перелеты на север и обратно? Куда и откуда они летели?
Землю Санникова искали моряки и полярные летчики. Над ее загадкой ломали голову ученые множества специальностей. К предвоенным годам, после многочисленных советских высокоширотных экспедиций и походов, на карте Арктики не осталось необследованных мест, куда можно было бы спрятать Землю Санникова. Так что же видели Я. Санников и Э. В. Толль — скопление торосов? Ледяной остров, айсберг, как думал известный полярник В. Ф. Бурханов? Мираж? Туман над полыньей, как считал знаток Арктики профессор А. Ф. Лактионов?
Есть много свидетельств существования в Арктике загадочных исчезающих земель. Сначала люди наблюдали их воочию, а потом эти земли никто найти не мог. Таких островов было очень много — это Земли Макарова, Бредли, Джиллеса, Гарриса, Кенана, Так-Пука и др. Их фиксировали в судовых документах, указывали координаты, заносили на карты. А в дальнейшем они исчезали невесть каким образом!
— Ну так это только подтверждает версию миражей. Они, как известно, бывают не только в пустынях, но и в холодных северных широтах…
— В чём суть полярных миражей? Наблюдатель видит то, что расположено за линией горизонта. Или видит объект искажённым. В любом случае он не увидит землю там, где стоят сплошные льды. И потом, исчезающие острова наблюдали не только с земли, но и с воздуха, так что миражи тут ни при чём. В марте 1941 года воздушная полярная экспедиция под руководством Ивана Черевичного засняла в море Лаптевых большой остров с вытянутым овальным контуром и отчётливыми руслами рек. Координаты записали, но в дальнейшем этой земли никто там не видел. В 1946 году советскими и американскими лётчиками одновременно был заснят ещё больший остров — длиной в 30 км. Вскоре после этого и он навсегда исчез.
Хочу обратить внимание, что на многих землях, впоследствии исчезнувших, исследователи видели не только льды, но и скалы. А также горы, поросшие лесами. Всё это, согласитесь, не так-то просто размыть волной. А знаменитый американский полярный лётчик Ричард Бэрд, как следовало из его рассказов, во время одного из полётов над бескрайними ледяными просторами неожиданно увидел внизу оазис — горы, озёра и огромных животных, напоминающих мамонтов!
Если брать фантастические гипотезы, я допускаю, что наблюдавшие таинственные земли путешественники имели дело с так называемыми хрономиражами. Правда, я предпочитаю другой термин — «ноосферное воспоминание». Сведения о далёком прошлом хранятся в энерго-информационном поле Вселенной, окружающем и пронизывающем Землю. Это поле может вступать во взаимодействие с нервной системой человека или животного и открывать каналы информации, накопленной за предыдущие века и тысячелетия. Такие возможности обнаруживаются в некоторых биоактивных зонах Земли. Север — одна из таких зон.
Может быть, исчезающие острова Арктики — наше ментальное «воспоминание» о северной прародине человечества? Что влечёт птиц в район безжизненного полюса недоступности?
ИССЛЕДОВАТЕЛЬ Севера, доктор философских наук Валерий ДЁМИН
Если ответ на поставленный ребенком вопрос вызывает у вас затруднение, вместе посмотрите или почитайте книгу на интересующую тему, это вызовет интерес ребенка к дальнейшему изучению чего-либо.
Наблюдая за живой природой, ребенок часто задается вопросом, почему птицы летают и не падают, почему летать не умеет человек? Интересно, как объяснить детям, почему летают птицы? Хорошо, если у вас будет хорошая энциклопедия о живом мире или птицах, чтобы ребенку можно было ответить на его вопрос наглядно, показывая иллюстрации и картинки. Подойдите к выбору книг серьезно и тщательно. Для ознакомления ребенка с окружающим миром подберите книжки с хорошо прорисованными рисунками и яркими иллюстрациями.
В мире насчитывается более 9800 видов птиц и почти все они, за исключением некоторых, могут летать. Прежде всего расскажите ребенку о тех приспособлениях для полета, которые имеются у птиц. Почти все птицы имеют крылья. Крыло птицы имеет не плоскую поверхность, а выгнутую, природа специально так устроила, чтобы крыло создавало силу, противодействующую другой силе - силе тяжести. Это обозначает, что поток воздуха, окружающий крыло, должен пройти более длинный путь по верхней части крыла, чем по нижней. Так как нижняя часть крыла является вогнутой, воздушный поток над крылом будет двигаться быстрее, чем под ним. Это создает разное давление над крылом и под ним, тем самым создавая силу, направленную вверх, которая и противодействует силе тяжести. Следующее приспособление для полета - это крылья. Перо - это роговое образование кожи, очень легкое и воздушное.
Благодаря перьям, поверхность тела птицы остается гладким и в полете воздух легко его обтекает. Также с помощью перьев птица может регулировать и изменять направление полета. Перья легко сохраняют тепло, создают слой, который защитит птицу от вредных факторов окружающей среды, от холода, сырости, ветра и перегрева. Кроме того, летать птица может в виду особенностей строения скелета. Кости в скелете птицы срастаются друг с другом, делая его очень жестким. Если в скелете млекопитающих кости позвоночника состоят из отдельных позвонков, образуя цепочку, то в скелете птицы они прочно срастаются друг с другом. Кости птиц тонкие и пористые, за счет чего скелет птиц очень легкий. Когда птица вдыхает воздух, он быстро поступает через бронхиолы в легкие, а оттуда в воздушные мешки. Выдыхая воздух, возвращается из воздушных мешков через легкие, где повторно образуется газообмен. Это двойное дыхание снабжает организм кислородом, что является очень важным при полете. У птицы крупное сердце, и это позволяет крови быстрее циркулировать в сосудах птицы. Большое содержание эритроцитов в крови птицы позволяет больше переносить кислорода, что необходимо во время полета. Сердце птицы сокращается с частотой 1000 ударов в минуту, кроме того, у птиц высокое давление, около 180 мм. рт. ст. , для сравнения давление человека всего 100-120. Благодаря отлично развитой дыхательной и кровеносной системам, птица имеет высокую температуру тела и быстрый обмен веществ. Чтобы получать больше энергии, птица потребляет много пищи, объясните ребенку, почему важно кормить птиц зимой, когда естественной пищи становится мало и ее поиски затруднены. Еще в нервной системе птиц имеется мощный мозжечок, отвечающий за координацию движений, которая необходима в полете.
Но не все птицы летают. Например, пингвины. Это единственная птица, не умеющая летать, но способная плавать. Они живут в основном в воде и их крылья стали похожими на ласты, с помощью которых они плавают. Самая крупная птица в мире тоже не умеет летать. Это страус, для полета он слишком тяжел.
Необходимы огромные крылья, чтобы подняться в воздух с такой массой тела. Вообще птица может летать, если масса ее тела не более 20кг. Некоторые птицы перед полетом разбегаются, например дрофы и куры. Расскажите детям о птицах-рекордсменах. Например, Горный гусь способен пролететь через горы Гималаи на высоте 10 километров, этих птиц видели даже над самой высокой горой в мире - Эверестом. Обладателем самого высокого полета стал гриф Рюппеля, однажды он столкнулся с самолетом на высоте около 11271 метра. Полярная крачка способна преодолеть расстояние в 40000 километров в один конец, а за всю жизнь пролетает, 2, 5 миллиона километров. Птица-долгожитель - большой желтохохлый какаду. Продолжительность его жизни составляет более 80 лет. Ребенку будет интересно узнать, что и у птиц есть свой праздник - 1 апреля. В этот день отмечается международный день птиц. Именно с начала апреля птицы начинают возвращаться с мест своих зимовок. Объясните детям, что птицы, которые в холодные сезоны улетают в теплые края, знают и помнят направление, в котором им нужно лететь, к тому же они способны выбрать самый лучший маршрут. Если ветер попутный, птицы летят очень высоко, где ветер дует еще сильнее. А если ветер встречный, птицы стремятся лететь низко, используя деревья и крупные здания как перекрытие ветру. Совместные прогулки с ребенком - хорошая возможность понаблюдать и расширить знания ребенка об окружающем мире, более того, наблюдая, ребенок сам может найти ответ и объяснение многих интересующих его вещей.
Отвечая на вопросы детей, не стремитесь сделать их полными и исчерпывающими. Ответы должны быть, в первую очередь, краткими, ясными и доступными, содержать в себе определенность ответа. Объясняйте детям, используя простые понятные ему слова. Пусть ваш ответ побудит ребенка к новым наблюдениям и размышлениям, своими ответами воспитывайте в нем тактичность и чуткость. К вопросам ребенка относитесь уважительно, не старайтесь «уходить» от ответа, ведь общение с ребенком на различные темы, разъяснение ему непонятных ему вещей развивает любознательность и кругозор ребенка.
Почему журавли и некоторые другие крупные птицы во время своих миграций выбирают такую форму построения, как клин? Оказывается, этот строй позволяет им экономить энергию, поскольку птицы, выстроившись клином, так оптимизируют возникающие воздушные потоки, что те не мешают, а помогают им лететь. Но такое возможно только у крупных путешественников.
Когда речь заходит о перелетных птицах, почти сразу же вспоминается летящий по небу журавлиный клин. Впрочем, подобное построение используют не только журавли — многие другие крупные птицы, например, гуси, утки, ибисы также предпочитают путешествовать, построившись в виде клина. Таким образом, можно предположить, что этот строй является достаточно удобным для долгих перелетов. Однако сразу же возникает вопрос: почему?
Долгое время существовали две гипотезы, которые объясняли выгоду от подобного построения — одна из них, поведенческая, говорит о том, что птицы при путешествии просто следуют за лидером, то есть тем, кто летит перед ними, и из-за этого автоматически получается клин. Вторая гипотеза объясняет выгоду подобного построения законами аэродинамики — они благоприятствуют именно построению клином, поскольку при такой форме построения птицам легче лететь.
Однако обе этих версии совершенно не объясняют того факта, что клин не является единственной формой построения птичьей стаи. Например, кулики летят зигзагообразным строем, напоминающим змейку, скворцы — четкой линией, а чайки — вообще беспорядочной толпой. Почему же в таком случае эти птицы позволяют себе так наплевательский относиться к законам термодинамики — ведь они могли бы, изменив построение, весьма облегчить себе путешествие? Кроме того, необходимость видеть лидера, указывающего направление движения, есть и у этих пернатых, и, более того, судя по всему им это удается и при других формах построения.
И вот недавно ученые из Международной группы зоологов под руководством Джеймса Ашервуда из Королевского ветеринарного колледжа Лондонского университета (Великобритания) решила разгадать загадку птичьего клина. Для этого исследователи снабдили 14 молодых лесных ибисов (Geronticus eremita ) GPS-датчиками, которые фиксировали положение птицы с точностью до 30 см, и акселерометрами, которые регистрировавали движения крыльев. После чего прошлой осенью вернули этих выращенных в неволе птиц в естественную среду обитания — как раз накануне их традиционного путешествия из Австрии в Италию (оно прошло под руководством приемных "родителей", то есть людей на параплане). Во время полета эти "родители" получили уникальную возможность исследовать полет ибисов, находясь вблизи самих птиц.
В итоге, когда ибисы благополучно долетели до приготовленного им места зимовки, а ученые проанализировали данные приборов и результаты собственных наблюдений, выяснилось, что аэродинамическая гипотеза была абсолютно корректной. В статье, которая была опубликована в журнале Nature , ученые пишут про то, что ибисы старались лететь сзади и слегка сбоку впереди летящего товарища, чтобы поймать крылом поднимающиеся вверх вихревые потоки, которые тот оставлял позади себя. Если же ведомый оказывался строго позади ведущего, то характер взмахов менялся — так, чтобы минимизировать влияние нисходящих потоков от тела того, кто летел впереди.
Таким образом было выяснено, что построение при полете определяется в основном двумя факторами: птицам нужно поймать восходящие потоки от лидера и избежать нисходящих, которые тоже тянутся за тем, кто движется впереди. Также орнитологи выяснили, что при этом птицы специально синхронизируют друг с другом движения крыльев — опять же для лучшей настройки на воздушные потоки. В результате получается, что во время полета ибисы как бы тянут друг друга за собой. Без сомнения, подобное дает немалый энергетический выигрыш, хотя сами авторы работы не проводили измерения расходов калорий путешествующих ибисов, ссылаясь на то, что это сильно повредило бы этим редким птицам, которые и так находятся на грани исчезновения.
Любопытно, что результаты исследования группы Ашервуда подтверждают одну закономерность, которая давно уже известна всем военным летчикам — если эскадрилья построена клином, то каждый самолет расходует меньше топлива. Прежде ученые считали подобную аналогию неуместной, поскольку воздушные потоки, которые создает самолет, достаточно стабильны (ведь аэропланы крыльями не машут), а вот вихри от крыльев летящей птицы гораздо более непредсказуемы и непостоянны. Но оказалось, что и птицам подобное построение помогает минимизировать энергетические затраты, вызванные воздушными вихрями.
Однако все-таки, почему же далеко не все птицы летают клином, если это таит в себе огромную энергетическую выгоду? Построив модель передвижения подобным строем группы птиц с более и менее большим весом, нежели у ибисов, ученые обнаружили, что такая выгода возникает только у крупных птиц — вроде тех же ибисов, аистов, пеликанов, гусей и т. п. А вот их более мелким пернатым сородичам из-за меньшего веса, а также размера тела и крыльев приходится иметь дело с другими аэродинамическими закономерностями, и они уже не могут вот так просто выбрать строй и ритм взмахов крыльями, чтобы ловить одни потоки и избегать другие. Наверное, именно поэтому у перелетных птиц малого размерного класса и наблюдается такое разнообразие построений для путешествий, тогда как почти все крупные птицы летают клином.
Итак, почти все загадки, связанные с тем, почему крупные перелетные птицы летают клином, ученые вроде бы разгадали. Впрочем, кое-что пока осталось неясным — например то, каким образом птицам удается найти оптимальное построение. Могут ли они преднамеренно образовывать клин, корректируя построение на глаз или же просто действуют методом проб и ошибок, ощущая воздушные потоки и находя положение с наименьшим сопротивлением воздуха?