Маховик клімату і погоди
Сонячні промені майже не нагрівають повітря. Його нагріває зворотне довгохвильове, теплове і невидиме для очей випромінювання суші і моря. Суша швидко нагрівається і швидко остигає. У приземному шарі повітря над сушею можна зустріти температуру від 50 ° тепла до 80 ° морозу, тоді як найвища температура в тропічних водах відкритого океану +28 °, а найнижча в полярних басейнах -1,9 °. У дна в глибоководних частинах Світового океану температура води повсюдно близько 2 ° вище нуля.
Річні зміни температури поверхневої води в тропіках не перевищують 2 °, а в полярних басейнах 14 – 15 °. Це відбувається тому, що вода, на відміну від суші, повільно нагрівається і повільно остигає. У води мізерно мала фізична теплопровідність. Передача тепла в море від поверхні в більш глибокі шари відбувається шляхом перемішування. Це завдання виконують хвилі, приливні я інші течії. Перемішуючи воду, вони сприяють проникненню тепла в глибини моря влітку і поверненню його в атмосферу взимку. Помітні сезонні (коливання температури води не проникають зазвичай глибше 100-200 м. Температура повітря над поверхнею води лише незначно відрізняється від температури води.
У середніх і високих широтах влітку вода в океанах і морях накопичує тепло, а взимку віддає його в атмосферу. Теплоємність води величезна. Кубічний метр води, охолоджений на кілька градусів, на стільки ж градусів нагріває 3134 м3 повітря. Навіть лід не перешкоджає морю нагрівати атмосферу. Тому в Центральній Арктиці в розпал зими температура повітря рідко буває нижче -20 °, тоді як на півночі Сибіру, в Якутії, вона падає часом до 70 ° нижче нуля.
Якщо в північних широтах океан зігріває повітря, то в екваторіальних країнах він його охолоджує. Крім того, він охоче ділиться надлишком тепла, накопиченого в тропіках, з північними холодними морями при посередництві течій. Тепла течія Куросіо зігріває Японські острови, Гольфстрім – північ Європи. Разом з цим потужним плином з Атлантичного океану в Арктику щорічно надходить від 140 до 243 тис. млрд. ккал тепла. Такою кількістю тепла можна розтопити 3 млрд. т льоду. Під впливом Гольфстріму середньорічна температура повітря в Англії на 15е, а в Норвегії – на 20-25 ° вище нормальної температури для відповідної географічної широти. Завдяки Гольфстріму наше Мурманське узбережжі круглий рік вільно від льоду. Теплі океанські течії – водяне опалення помірних і північних широт планети.
Полярні моря в свою чергу направляють холодні води в області океану, розташовані в середніх і екваторіальних широтах. Їх переносять холодні поверхневі течії – Ойясіо і Гренландское в північній півкулі, Перуанська і Бенгельское – в південній півкулі. Крім того, холодні полярні води течуть у бік екватора в глибинах океану: Таким чином, океан безперервно вирівнює температуру повітря на земній кулі.
Океан зігріває атмосферу не тільки шляхом безпосереднього теплообміну і довгохвильової радіації, але і за допомогою випаровування. Океан – це нагрівається Сонцем паровий котел. У середньому близько тисячі тонн пари на годину знімає атмосфера з квадратного кілометра поверхні цього гігантського парового котла. У тропіках під палючими променями сонця випаровування зростає в два – три рази. Тут над безмежним просторами океану збирається в повітрі величезна кількість водяної пари. Конденсуючись і перетворюючись на хмари, вони виділяють тепло, забране при випаровуванні у океану. Частка цього тепла в нагріванні атмосфери оцінюється вченими по – різному. Як би не вважати, воно служить потужним джерелом енергії, що приводить в рух повітряні маси. Досить імовірно, що саме в тропіках починаються вітри, що дають перші поштовхи атмосферної циркуляції, яка охоплює всю земну кулю.
Це добре показав, наприклад, американський вчений Бьеркнес. У періоди аномально слабких пасатів у східній половині Тихого океану на екваторі дещо змінюються відносні швидкості в системі течій і замість підйому глибинних вод відбувається їх занурення. Температура води в екваторіальній зоні підвищується і теплі води поширюються далеко за звичайні межі, в результаті чого стійкий Північнотихоокеанський центр низького атмосферного тиску зміщується зі свого звичайного місця в Аляскинский затоку. Зниження тиску в північно – східній частині Тихого океану і прилеглих районах Північної Америки тягне за собою розвиток центру надлишкового тиску поблизу Південної Гренландії і зниження тиску на північному заході Росії в зимовий час. У результаті істотно змінюється погода на величезних просторах земної кулі. Цікаво відзначити, що ослаблення пасатів, зміна течій і підвищення температури води на екваторі супроводжується посиленням вже відомого нам течії Ель – Ніньо. Таким чином, це загадкове і порівняно незначне протягом може служити як би індикатором ряду великомасштабних змін в атмосферної циркуляції північної півкулі планети.
Про іншому прикладі зв’язку між атмосферою і океанськими течіями зробив радянський океанолог А. І. Дуванган. Посилення західних вітрів в Атлантиці тягне за собою потепління Північно – Атлантичного течії (Гольфстріму) і охолодження зустрічних холодних течій з Арктичного басейну. Ослаблення цих вітрів викликає зворотні явища. Такі пульсації атмосферних і океанських течій у Північній Атлантиці виявляють, виявляється, відому періодичність (2,5 і 5 років), а індикатором того чи іншого їх розвитку може служити рівень Балтійського моря, станом якого можна судити про ледовитости Арктичного басейну за два роки вперед. У свою чергу зміна ледовитости Арктичного басейну впливає на розподіл атмосферного тиску, на освіту і рух повітряних мас, несучих погоду в північні області Європи, Азії та Америки.
Повітряні течії, як і морські, також переносять і холод, і тепло, але, крім того, вони несуть з собою ще водяні пари. Словом, океан з атмосферою – це планетарний механізм кондиціонування повітря.
Відомо, що в природі нерідко малі сили породжують фізичні процеси планетарного масштабу. Недалеко, бути може, час, коли будуть знайдені центри додатки таких сил для зміни повітряних течій в бажану сторону, зокрема, для перерозподілу атмосферних опадів. Зараз за рухом хмар стежать фотооб’єктиви метеорологічних супутників. Ці спостереження слід було б підкріпити урахуванням водності хмар, що перетинають рубежі океанів і материків. Тоді до моменту оволодіння рухом повітряних мас наука вже точно буде знати, де і як цей рух треба змінити.
Але на океан природа поклала ще одну важливу роль – роль регулятора вмісту вуглекислого газу в атмосфері. Присутність у повітрі вуглекислоти, крім біологічного, має і чисто фізичне значення. Вуглекислий газ, як і водяні пари, посилює парниковий ефект атмосфери. Він не пропускає в космічний простір довгохвильові теплові промені і сприяє таким чином підтримці стійкого температурного режиму планети.
В атмосфері, за підрахунками академіка А. П. Виноградова, міститься близько 2000 млрд. г вуглекислого газу. У океанській воді його в десятки разів більше. У холодній воді більше розчинено вуглекислоти, ніж в теплій. Ця обставина грає важливу роль в її балансі.
Витрата вуглекислого газу на розвиток водної та наземної рослинності компенсується його виділенням при гнитті, бродінні і диханні. За останнє сторіччя виділення вуглекислоти в атмосферу весь час зростає в результаті технічної діяльності людини – збільшення площі оброблених земель і особливо спалювання величезних кількостей палива. Висловлюється припущення, що з часу промислової революції кількість вуглекислого газу в атмосфері зросла на 10-12% – Правда, не всі вчені з цим згодні, до того ж точні вимірювання вмісту газів в атмосфері стали можливі тільки в останні десятиліття. Тим часом підраховано, що збільшення вуглекислоти вдвічі спричинить підвищення середньої температури повітря на Землі на 3-4 °.
На перший погляд це може здатися зовсім не страшним. Однак з підвищенням температури повітря підвищиться і температура води в океані. Ще енергійніше почнуть танути льодовики і морські льоди. З підвищенням температури води зменшиться її здатність розчиняти й поглинати з атмосфери гази, у тому числі той же вуглекислий газ. Від цього його кількість в атмосфері буде зростати ще швидше. Повітря стане ще тепліше. Поверхнева вода в полярних областях нагріється, стане легше і перестане занурюватися на дно. Буде ослаблений, а може бути, і зовсім припиниться водообмін між поверхневими і глибинними шарами океану. Внаслідок цього нагрівання атмосфери і води ще більш посилиться і, нарешті, розтануть всі ” вічні” льоди. Рівень океану від цього повинен буде ” піднятися на 50-60 м. Якщо під вагою такої кількості води дно океану трохи і прогнеться, то все ж щонайменше сорокаметровий шар води затопить величезні простори суші, а разом з нею такі великі приморські міста, як Нью – Йорк, Лос – Анжелос, Лондон, Санкт – Петербург та ін
Щоб уникнути подібної катастрофи, можна уявити собі два способи. Перший полягає в тому, щоб посилити водообмін між холодними глибинними і нагрітими поверхневими водами океану. Тоді надлишок двоокису вуглецю буде видалений з атмосфери в глибини океану, а вода на поверхні океану буде безперервно охолоджуватися шляхом перемішування з глибинною водою. Інший спосіб пропонує академік А. Е. Арбузов.
На його думку, треба збільшити на Землі обсяг рослинної речовини, яке і поглине надлишок двоокису вуглецю. Цього можна досягти за допомогою процесів штучного фотосинтезу. На жаль, поки обидва ці способи знаходяться за межами наших можливостей. А це означає, що треба над ними наполегливо працювати і одночасно якомога грунтовніше вивчити значення океану в балансі двоокису вуглецю.
Отже, океан – це потужний випарник, який посилає на сушу свою цілющу вологу, найбільший постачальник енергії, що приводить в рух складний механізм атмосферної циркуляції, нарешті, регулятор балансу вуглекислоти, словом, в повному розумінні слова – махове колесо клімату і погоди.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)