Испарение воды Мирового океана
поверхностью воды и атмосферой
Всей своей поверхностью Мировой океан соприкасается с атмосферой. И естественно, что на рубеже этих стихий между ними происходит интенсивный обмен. В обоих направлениях перемещаются газы, влага и тепло. Ежедневно в атмосфере в виде паров находится около 13 тысяч кубических километров воды. Этот постоянный фонд влаги все время пополняется за счет испарения воды с поверхности океана и расходуется, выпадая на поверхность планеты в виде осадков.
Общая масса воды, которую океан отдает атмосфере, составляет около 355 тысяч кубических километров в год. Обратно же, из воздуха в море, возвращается только 320 тысяч кубических километров. Остальная вода (35 тысяч кубо-километров), прежде чем вернуться в океан, проходит сложный цикл на суше.
Таким образом, только одна десятая часть того огромного количества влаги, которое испаряется с поверхности Мирового океана, орошает леса и поля, а девять десятых циркулируют в замкнутой системе море — атмосфера.
Величина испарения прямо пропорциональна количеству поступающего солнечного тепла, поэтому в тропической зоне в атмосферу уходит больше воды, чем возвращается в океан. В умеренных и высоких широтах, начиная примерно с 40-го градуса, осадки превышают испарение.
Как известно, газы лучше растворяются в холодной, чем в теплой воде. В своем труде «Введение в геохимию океана» академик А. Виноградов сравнивает Мировой океан с грандиозным воздушным насосом, который поглощает газы в холодных областях и отдает часть их в тропиках. В результате вертикальных конвекционных течений растворенные в воде газы пронизывают всю толщу океанской воды, вплоть до дна глубочайших впадин. По подсчетам ученого общий объем газов, растворенных в Мировом океане, примерно в три раза больше всего объема его вод.
В нижних слоях атмосферы воздух состоит из 78 процентов азота и 21 процента кислорода (кроме того, в нем имеются инертные газы, водород и углекислота, в сумме составляющие 1 процент объема). Растворимость разных газов в воде неодинакова; там, кислород растворяется в ней значительно легче азота, поэтому объемное соотношение кислорода к азоту в океанических водах равно 1:2, а не 1:4, как в воздухе.
Кислород, растворенный в водах Мирового океане, полностью обеспечивает потребность морских организмов, за его счет происходит также окисление органических и минеральных продуктов. Тем не менее в воде постоянно имеются излишки кислорода, который улетучивается в атмосферу. Особенно обильно он поступает в атмосферу в местах произрастания морских растений, в первую очередь одноклеточных планктонных водорослей.
Ученые предполагают, что весь кислород воздушной оболочки нашей планеты образовался за счет фотосинтеза и его наличие в атмосфере поддерживается зелеными растениями. Как известно, в ХХ столетии в результате роста городов и промышленных предприятий площадь суши, занятая зелеными растениями, резко сократилась. Особенно катастрофически уменьшаются лесные массивы, дающие львиную долю кислорода, синтезируемого наземной растительностью.
В этой связи роль океана в регенерации воздушной оболочки Земли еще более возрастает. Мировой океан не только обогащает атмосферу кислородом, но и способствует удалению из нее углекислого газа, который образуется в результате дыхания живых организмов и как одно из следствий разрушения горных пород и вулканической деятельности. Относительное количество этого вещества в воздухе ничтожно и равно (по объему) 0,03 процента. Однако роль его в становлении глобальных климатических условий и для нормального развития жизни совершенно несоразмерна со столь малой величиной.
Дело в том, что углекислота атмосферы задерживает тепловое излучение Земли. При уменьшении ее в атмосфере климат становится холоднее, а при увеличении наступает потепление. Согласно одной из гипотез уменьшение углекислоты в атмосфере наполовину послужило в прошлом причиной наступления оледенения. Если же количество углекислого газа в воздушной оболочке Земли возрастет, то увеличится так называемый парниковый эффект, который вызовет перегрев.
Угроза эта вполне реальна. В текущем столетии содержание углекислого газа в атмосфере вследствие сжигания большого количества органического топлива и за счет сокращения лесов уже увеличилось на 13 процентов. К счастью, на нашей планете существует океан, который постоянно извлекает из воздуха углекислый газ; в настоящее время его в морской воде содержится в 60 раз больше, чем в атмосфере. В море углекислый газ претерпевает сложные химические превращения, и в конечном итоге значительная его часть при посредстве некоторых организмов, строящих себе скелеты, связывается и входит в состав малорастворимой соли — углекислого кальция,— накапливающейся на дне в виде осадочных известковых пород.
В умеренных и полярных зонах из-за низкой температуры вода насыщена углекислотой не до предела. Вследствие этого известковые отложения здесь постепенно разрушаются, и продукты распада углекислого кальция поступают в общий круговорот веществ. На мелководье же тропических морей вода пересыщена углекислым газом, что создает условия для долговременного сохранения накопившихся известковых напластований.
Запас извести служит важнейшим буфером для стабилизации климата нашей планеты. Стоит только ему слегка похолодать, как область тропической зоны несколько сужается и часть запасов известковых отложений начинает разлагаться. Это приводит к увеличению углекислого газа в обменной системе океан — атмосфера и усиливает парниковый эффект. В результате наступающего потепления тропическая зона снова расширяется.
В данном случае, как и в поддержании баланса кислорода, роль океана трудно переоценить. Именно благодаря ему возможно осуществление динамического равновесия важнейших для жизни газов в планетарном масштабе.
Не менее грандиозна роль океана в стабилизации температуры, как повседневной, так и на протяжении всей геологической истории Земли. Океан непосредственно воздействует на температуру атмосферы. Воздух сам по себе мало нагревается солнечными лучами, а получает тепло либо от нагретой земли, либо от поверхности океана. Поскольку теплоемкость воды значительно выше теплоемкости воздуха, то нагревание атмосферы происходит гораздо быстрее, чем остывание воды. Так, если при выравнивании температуры на стыке двух стихий поступивший холодный воздух подогревается теплым морем на 6 градусов, верхний стометровый слой воды остынет лишь на одну десятую градуса.
Видный советский ученый академик В. Шулейкин сравнил взаимоотношения океана и атмосферы с тепловой машиной. Главным условием работы такой машины служит разница температур. Чтобы привести в действие паровую машину, необходимо нагреть в котле воду до кипения. Полученный пар поступает в цилиндр, где он, расширяясь, передвигает поршень и производит работу. Но так паровая машина может работать только при условии, что температура наружной среды будет ниже температуры котла; в противном случае пар из него вообще не выйдет.
В приведенном примере наружная среда служит тем холодильником, который не менее необходим для работы паровой машины, чем котел, где кипятят воду.
Природные тепловые машины, работающие в океане и атмосфере, также имеют свои нагреватели и холодильники. Академик В. Шулейкин различает два рода таких «машин».
Для первого из них нагревателем служит тропическая зона океана, а холодильником — две полярные области. Здесь важно отметить, что нагреватель и холодильники этой тепловой машины находятся каждый на своем месте. В результате производимой ими работы направление переноса тепла не меняется.
Для второго рода тепловой машины Земли зимой нагревателем служит поверхность океана, а холодильником — материки. В теплую пору года роль холодильника выполняет океан, а к материкам переходит функция нагревателя. Деятельность машины второго рода порождает переменчивую по направлению муссонную циркуляцию воздуха.
|
|
Читайте в рубрике «Атмосфера и океан»: |