John Dalton

06.09.1766 - 27.07.1844

“60, 71, 30.18, SW 1, Little Rain.’’ bylo poslední hlášení, které se posmrtně objevilo v “Manchester Guardian”. Vzpomínka na zesnulého pozorovatele jménem John Dalton se tak stal jeho poslední záznam teploty uvnitř a venku, atmosférický tlak, informace o větru a srážkách, provedený ve 21. hodin místního času dne 26.července 1844. Asi by bylo těžké napsat jiný epitaf pro někoho, kdo zasvětil celou svou kariéru meteorologii a který provedl více jak 200 tisíc pozorování. Přestože se stal známý především díky svým dřívějším pracím v oblasti atomární teorie a chemie, nejsou jeho úspěchy v meteorologii o nic menší.

John Dalton se narodil v obci Eaglesfield ve velmi chudé rodině kvakerů. Jeho otec však platil učiteli, který tehdy malého Daltona učit matematiku a to až do jeho 12 let. Dalton však udělal v matematice takový pokrok, že po odchodu učitele pokračoval ve studiu sám.

V roce 1781 požádal kvakerskou školu v obci Kendal, aby mohl na této škole učit se svým bratrem, kam byl následně i přijat. V této škole byla dostupná cenná knihovna plná literatury o historii, přírodních vědách, matematice, dále globusy, optické i další přístroje, atd. V průběhu jeho pobytu na škole v Kendalu se tak zrodil celoživotní zájem Daltona o meteorologii, podporovaný mnohými diskuzemi s vědci, jako byl např. John Gough.

Po dvanácti letech, roku 1793, přijal nabídku Thomase Barnese, ředitele “The New College Manchester”, kde Dalton získal pozici lektora (jak se sám nechal nazývat “Profesor matematiky a přírodních věd”), kterou vykonával až do roku 1800. V tomto období sepsal několik z jeho nejzajímavějších prací.
Po odchodu z ústavu pokračoval ve svém prostém životě v Manchesteru, trávící čas učením a výzkumem přírodních věd. Uveřejnění několik dokumentů a stále se věnuje “The Manchester Literary and Philosophical Society”, kde jeden čas byl jmenován prezidentem. Veřejného uznání se Daltonovi dostalo za jeho přednáškové turné nejen ve Velké Británii, ale i v zahraničí, za což dostal nejedno ocenění, vč. vyznamenání FRS, mnoha titulů a nabídky státní penze. Po jeho smrti “The Manchester Corporation” uhradila pohřeb, při kterém se přišlo s Daltonem rozloučit na 40 tisíc lidí.

Jako soukromá osoba žil Dalton velmi skromně a udržoval svůj kvakerský způsob života. Nikdy se neoženil s odkazem na výmluvu, že “nemá čas”. Jeho skromný život a puntičkářský způsob života z něj udělaly vynikajícího pozorovatele a vědce.

Studium meteorologie

Během let v Kendelu Dalton zdokonalil barometr a začal s pravidelným meteorologickým pozorováním. Teploměr byl: “umístěn v otevřeném prostoru, ve stínu vzrostlých keřů angreštu směrem k severu, nejbližší stavení byla zhruba 7-9 m vzdálena od umístění teploměru”.

Pozorování prováděl mezi 6. a 8. hodinou ranní, mezi 12. a 13. hodinou a poslední mezi 21. a 22. hodinou lokálního času. Daltonův přítel Peter Crossthwaite prováděl obdobná měření v Keswicku. Ten prováděl měření srážek pomocí hygrometru o průměru 250 mm a “dostatečně vzdálený od domů, stromů, apod.”.

Daltonovy hlavní úspěchy se dají rozdělit do pěti hlavních oblastí, ale např. jeho práce na hydrologii a evaporaci byla zveřejněna již před více jak 200 lety.

Učebnice meteorologie

Po odchodu z Kendalu vydal Dalton v roce 1793 knihu “Meteorological observations and esseys”. Tato kniha původně zamýšlena jako učebnice pro meteorology a byla o dvou částech.

V první části byly podrobně uvedeny techniky měření, údaje z Kendalu a Keswicku společně s daty z Londýna (od “The Royal Society), vše doplněné o příslušné komentáře. Dále obsahovala záznamy z pozorování výšky základny oblačnosti, trvání sněhové pokrývky, informace o pozorování polární záře, atd.

Druhá část obsahovala podrobné vysvětlení meteorologických dat a procesů, částečně původní a částečně získané z dřívějších publikací a zdrojů. Kapitola o evaporaci byla důležitá především pro pozdější práci, ve které uvádí, že “evaporace není chemicky vodním aerosolem, ale existuje jako zvláštní kapalina rozptýlená mezi plyny”. V té době nebylo možné připustit, že vodní pára existuje v atmosféře jako její samostatná část. Kniha vyšla s nutností si ji předplatit a o 40 let později byla vydána téměř bez úprav ještě jednou, ačkoliv některá fakta v ní byla již zastaralá.

Regionální bilance vody v Anglii a Walesu

V průběhu času lidé přemýšleli o tom, jaký je průběh hydrologického cyklu a především, jak vlastně vznikají řeky. Zhruba v roce 1700 Edmund Halley stále věřil, že kondenzace rosy a obrovské rezervoáry vody uvnitř hor jsou hlavní zdroje k zásobování pramenů vodou. Nevzal tak v potaz hypotézu francouzských vědců, kteří uváděli, že nejdůležitějším činitelem pro doplnění podzemních zásob vody pro napájení pramenů pochází z deště.

V koncem 18. století se situace změnila tím, že Dalton vypočítal vodní bilanci pro Anglii a Wales. V roce 1799 přečetl svůj referát na “The Manchester Literary and Philosophical Society” týkající se pramenů a jejich zdrojů vody. Vycházel z ročních srážek 787 mm, při využití krátkého a nesouvislého pozorování, přičemž k této hodnotě připočítal 127 mm srážek v podobě rosy. Roční evaporaci spočítal na základě vlastního měření na hodnotu 762 mm. Pomocí opravné verze odhadl odtok povrchových vod v povodí řeky Temže a došel k hodnotě 330 mm srážek. Tím se dostal do rozporu mezi množstvím vody doplněným v podobě srážek o hodnotě 914 mm a ztrátovými složkami o hodnotě 1092 mm, čímž došlo k výpočtu záporné hodnoty 178 mm, což je hodnota, která chyběla v podobě srážek. Dalton tento rozdíl přičetl chybám při měření výparu (což bylo později potvrzeno roku 1963).

Vypařování

Po odchodu z “The New College”, kdy se především zaměřil na experimenty a teorie v oblasti chemie, se dále zajímal o meteorologii a témata s ní související. Na podzim roku 1801 měl tři přednášky na téma plynů v atmosféře, které dříve představil ve čtyřech esejích.

První esej popisovala metody měření teploty v závislosti “množství vodních par”, tedy na aktuálním tlaku vodní páry ve vzduchu a podařilo se mu, za pomoci přesného měření, sestavit výslednou tabulku tlaku vodní páry pro různé teploty vzduchu. V poslední eseji se věnoval vypařování a popisuje v ní výsledky experimentů v měření evaporace, kdy měřil množství vypařené vody při různých hodnotách teploty a rychlosti větru.
Formuloval také pravidlo na závislost odpařování na tlaku vodní páry ve vzduchu: “Pro vypařování obecně platí, že je závislé na teplotě vody a je snižováno o jeho množství nacházející se již v atmosféře”.
To lze vyjádřit pomocí rovnice E = K(e_s - e_a), kde e_s je tlak nasycených vodních par, e_a je aktuální tlak vodních par a K je koeficient závislý na rychlosti větru. Tato rovnice prošla ve zkoušce času a je využívána i dnes s upravenými hodnotami koeficientu K.

Horské klima

Dalton velmi dbal na dodržování svátků, ale ani při nich nechtěl zahálet a tak především v letních měsících trávil čas u jezer a v horách v severní Anglii. Volný čas tak trávil i velmi náročnými turistickými výlety, avšak spojenými se sběrem dat. První publikovanou sadu dat pořídil červenci 1803 při sestupu z hory Helvellyn. Teplota ve 13. hodin a ve výšce 782 m nad jezerem dosáhla 12°C a rosný bod dosáhl 8°C. Po sestupu do údolí kolem 16. hodiny byla teplota vzduchu 21°C a rosný bod 11°C. Je zřejmé, že získat data, jako např. teplotu rosného bodu, bylo v této době značně náročné. Zde je malá ukázka toho, jak Dalton získával hodnotu teploty rosného bodu: “Obvyklý způsob získání teploty rosného bodu spočíval v nalezení pramene. Šálkem jsem nabral vodu a přelil jsem jej do sklenice, která byla z vnější strany důsledně osušena. Po změření teploty byla voda přelita zpět do šálku, vnější povrch sklenice byl důsledně osušen, čímž okolní vzduch mírně ohřál vodu v šálku a pokus zopakoval. Tento postup byl opakován tak dlouho, dokud již nedošlo k orosení sklenice. Poslední naměřená hodnota, kdy došlo k orosení povrchu sklenice, se tak stala hodnotou teploty rosného bodu”.

V roce 1824 byly vydány podklady z celé řady těchto měření, které probíhaly mezi léty 1803-1823. Dalton se také snažil určit nadmořskou výšku pomocí atmosférického tlaku. Provedl mnoho měření, nejpřesnější založené na měření ze dvou barometrů. Při jednom z výstupů se seznámil s geologem a průvodcem Jonathanem Otleyem, který se stal mezi léty 1812 a 1836 Daltonovi společníkem na výstupech do hor. Otley byl také pobídnut ke sbírání dat o srážkách v obci Keswick, kde bydlel.

Denní záznamy o počasí

John Dalton prováděl pozorování třikrát za den déle než 50 let. V roce 1819 vydal první shrnutí a analýzu pokrývající území Manchesteru za období 1794 - 1818. Zahrnuty byly tabulky měsíčních a extrémních hodnot atmosférického tlaku, teploty a srážek. Dále využil hodnoty atmosférického tlaku z Londýna, které uveřejnila “The Royal Society”, ve kterých nalezl “ příklady extrémní nepozornosti”. Jeho zprávy zahrnovaly pozorování z let 1794 - 1840. Po této kritice “The Royal Society” došlo k opravě a revizi zveřejněných dat.

Dalton odmítal zveřejnění jeho prací bez jeho dohledu. Většina jeho prací tak byla uveřejněna pouze v “The Manchester Press”. Město samotné pak využívalo jeho znalostí např. k výběru umístění polohy botanické zahrady. Bohužel se nezachovalo příliš pozorování, která osobně prováděl, protože většina z nich byla zničena při bombardování Manchesteru v roce 1940.