Маховик климата и погоды
Солнечные лучи почти не нагревают воздух. Его нагревает обратное длинноволновое, тепловое и невидимое для глаз излучение суши и моря. Суша быстро нагревается и быстро остывает. В приземном слое воздуха над сушей можно встретить температуру от 50° тепла до 80° мороза, тогда как самая высокая температура в тропических водах открытого океана +28°, а самая низкая в полярных бассейнах —1,9°. У дна в глубоководных частях Мирового океана температура воды повсеместно около 2° выше нуля.
Годовые изменения температуры поверхностной воды в тропиках не превышают 2°, а в полярных бассейнах 14— 15°. Это происходит потому, что вода, в отличие от суши, медленно нагревается и медленно остывает. У воды ничтожно мала физическая теплопроводность. Передача тепла в море от поверхности в более глубокие слои происходит путем перемешивания. Эту задачу выполняют волны, приливные я другие течения. Перемешивая воду, они способствуют проникновению тепла в глубины моря летом и возвращению его в атмосферу зимой. Заметные сезонные (колебания температуры воды не проникают обычно глубже 100—200 м. Температура воздуха над поверхностью воды лишь незначительно отличается от температуры воды.
В средних и высоких широтах летом вода в океанах и морях накапливает тепло, а зимой отдает его в атмосферу. Теплоемкость воды огромна. Кубический метр воды, охлажденный на несколько градусов, на столько же градусов нагревает 3134 м3 воздуха. Даже лед не препятствует морю нагревать атмосферу. Поэтому в Центральной Арктике в разгар зимы температура воздуха редко бывает ниже —20°, тогда как на севере Сибири, в Якутии, она падает порой до 70° ниже нуля.
Если в северных широтах океан согревает воздух, то в экваториальных странах он его охлаждает. Кроме того, он охотно делится избытком тепла, накопленного в тропиках, с северными холодными морями при посредстве течений. Теплое течение Куросио согревает Японские острова, Гольфстрим — север Европы. Вместе с этим мощным течением из Атлантического океана в Арктику ежегодно поступает от 140 до 243 тыс. млрд. ккал тепла. Таким количеством тепла можно растопить 3 млрд. т льда. Под влиянием Гольфстрима среднегодовая температура воздуха в Англии на 15е, а в Норвегии — на 20—25° выше нормальной температуры для соответствующей географической широты. Благодаря Гольфстриму наше Мурманское побережье круглый год свободно от льда. Теплые океанские течения — водяное отопление умеренных и северных широт планеты.
Полярные моря в свою очередь направляют холодные воды в области океана, расположенные в средних и экваториальных широтах. Их переносят холодные поверхностные течения — Ойясио и Гренландское в северном полушарии, Перуанское и Бенгельское — в южном полушарии. Кроме того, холодные полярные воды текут в сторону экватора в глубинах океана: Таким образом, океан непрерывно выравнивает температуру воздуха на земном шаре.
Океан согревает атмосферу не только путем непосредственного теплообмена и длинноволновой радиации, но и посредством испарения. Океан — это нагреваемый Солнцем паровой котел. В среднем около тысячи тонн пара в час снимает атмосфера с квадратного километра поверхности этого гигантского парового котла. В тропиках под палящими лучами солнца испарение возрастает в два — три раза. Здесь над безбрежными просторами океана собирается в воздухе огромное количество водяных паров. Конденсируясь и превращаясь в облака, они выделяют тепло, отнятое при испарении у океана. Доля этого тепла в нагреве атмосферы оценивается учеными по-разному. Как бы ни считать, оно служит мощным источником энергии, приводящей в движение воздушные массы. Весьма вероятно, что именно в тропиках начинаются ветры, дающие первые толчки атмосферной циркуляции, которая охватывает весь земной шар.
Это хорошо показал, например, американский ученый Бьеркнес. В периоды аномально слабых пассатов в восточной половине Тихого океана на экваторе несколько меняются относительные скорости в системе течений и вместо подъема глубинных вод происходит их погружение. Температура воды в экваториальной зоне повышается и теплые воды распространяются далеко за обычные пределы, в результате чего устойчивый северотихоокеанский центр низкого атмосферного давления смещается со своего обычного места в Аляскинский залив. Понижение давления в северо-восточной части Тихого океана и прилегающих районах Северной Америки влечет за собой развитие центра избыточного давления вблизи Южной Гренландии и понижение давления на северо-западе России в зимнее время. В результате существенно меняется погода на огромных пространствах земного шара. Интересно отметить, что ослабление пассатов, изменение течений и повышение температуры воды на экваторе сопровождается усилением уже известного нам течения Эль-Ниньо. Таким образом, это загадочное и сравнительно незначительное течение может служить как бы индикатором ряда крупномасштабных изменений в атмосферной циркуляции северного полушария планеты.
О другом примере связи между атмосферой и океанскими течениями сделал советский океанолог А. И. Дуванган. Усиление западных ветров в Атлантике влечет за собой потепление Северо-Атлантического течения (Гольфстрима) и охлаждение встречных холодных течений из Арктического бассейна. Ослабление этих ветров вызывает обратные явления. Такие пульсации атмосферных и океанских течений в Северной Атлантике обнаруживают, оказывается, известную периодичность (2,5 и 5 лет), а индикатором того или иного их развития может служить уровень Балтийского моря, по состоянию которого можно судить о ледовитости Арктического бассейна за два года вперед. В свою очередь изменение ледовитости Арктического бассейна влияет на распределение атмосферного давления, на образование и движение воздушных масс, несущих погоду в северные области Европы, Азии и Америки.
Воздушные течения, как и морские, также переносят и холод, и тепло, но, кроме того, они несут с собой еще водяные пары. Словом, океан с атмосферой — это планетарный механизм кондиционирования воздуха.
Известно, что в природе нередко малые силы порождают физические процессы планетарного масштаба. Недалеко, быть может, время, когда будут найдены центры приложения таких сил для изменения воздушных течений в желаемую сторону, в частности, для перераспределения атмосферных осадков. Сейчас за движением облаков следят фотообъективы метеорологических спутников. Эти наблюдения следовало бы подкрепить учетом водности облаков, пересекающих рубежи океанов и материков. Тогда к моменту овладения движением воздушных масс наука уже точно будет знать, где и как это движение надо изменить.
Но на океан природа возложила еще одну важную роль — роль регулятора содержания углекислого газа в атмосфере. Присутствие в воздухе углекислоты, помимо биологического, имеет и чисто физическое значение. Углекислый газ, как и водяные пары, усиливает парниковый эффект атмосферы. Он не пропускает в космическое пространство длинноволновые тепловые лучи и способствует таким образом поддержанию устойчивого температурного режима планеты.
В атмосфере, по подсчетам академика А. П. Виноградова, содержится около 2000 млрд. г углекислого газа. В океанской воде его в десятки раз больше. В холодной воде больше растворено углекислоты, чем в теплой. Это обстоятельство играет важную роль в ее балансе.
Расход углекислого газа на развитие водной и наземной растительности компенсируется его выделением при гниении, брожении и дыхании. За последнее столетие выделение углекислоты в атмосферу все время возрастает в результате технической деятельности человека — увеличения площади возделанных земель и особенно сжигания огромных количеств топлива. Высказывается предположение, что со времени промышленной революции количество углекислого газа в атмосфере возросло на 10—12 %• Правда, не все ученые с этим согласны, к тому же точные измерения содержания газов в атмосфере стали возможны только в последние десятилетия. Между тем подсчитано, что увеличение углекислоты вдвое повлечет за собой повышение средней температуры воздуха на Земле на 3-4°.
На первый взгляд это может показаться совсем не страшным. Однако с повышением температуры воздуха повысится и температура воды в океане. Еще энергичнее начнут таять ледники и морские льды. С повышением температуры воды уменьшится ее способность растворять и поглощать из атмосферы газы, в том числе тот же углекислый газ. От этого его количество в атмосфере будет возрастать еще быстрее. Воздух станет еще теплее. Поверхностная вода в полярных областях нагреется, станет легче и перестанет погружаться на дно. Будет ослаблен, а может быть, и совсем прекратится водообмен между поверхностными и глубинными слоями океана. Вследствие этого нагрев атмосферы и воды еще более усилится и, наконец, растают все «вечные» льды. Уровень океана от этого должен будет «подняться на 50—60 м. Если под тяжестью такого количества воды дно океана немного и прогнется, то все же по меньшей мере сорокаметровый слой воды затопит огромные пространства суши, а вместе с ней такие крупные приморские города, как Нью-Йорк, Лос-Анжелос, Лондон, Санкт-Петербург и др.
Чтобы избежать подобной катастрофы, можно представить себе два способа. Первый заключается в том, чтобы усилить водообмен между холодными глубинными и нагретыми поверхностными водами океана. Тогда избыток двуокиси углерода будет удален из атмосферы в глубины океана, а вода на поверхности океана будет непрерывно охлаждаться путем перемешивания с глубинной водой. Другой способ предлагает академик А. Е. Арбузов.
По его мнению, надо увеличить на Земле объем растительного вещества, которое и поглотит избыток двуокиси углерода. Этого можно достичь при помощи процессов искусственного фотосинтеза. К сожалению, пока оба эти способа находятся за пределами наших возможностей. А это значит, что надо над ними настойчиво работать и одновременно как можно обстоятельнее изучить значение океана в балансе двуокиси углерода.
Итак, океан — это мощный испаритель, посылающий на сушу свою живительную влагу, крупнейший поставщик энергии, приводящей в движение сложный механизм атмосферной циркуляции, наконец, регулятор баланса углекислоты, словом, в полном смысле слова — маховое колесо климата и погоды.
За последние десятилетия человечество всерьез стало задумываться над возможностью капитально перестроить климат Земли. Инженер Борисов предложил перегородить плотиной Берингов пролив и растопить арктические льды, перекачивая воду из Тихого океана в Северный Ледовитый океан. Для ускорения таяния арктических льдов было выдвинуто предложение покрывать их каждое лето слоем сажи. Директор отдела метеорологических исследований бюро погоды США Г. Уэкслер рекомендовал действовать «по-американски»: сбросить в полярный бассейн и взорвать под водой несколько водородных бомб по 10 мегатонн каждая. Бомбы нагреют воду, растопят льды. Советский океанолог В. Н. Степанов предложил произвести отепление Арктики открытием более свободного доступа в нее теплых атлантических вод. Для этого надо углубить подводный порог, отделяющий Арктический бассейн от Атлантического океана.
Сейчас ледяной покров отражает почти всю радиацию Солнца, поступающую в Арктику. При отсутствии же льда Солнце будет нагревать воду Полярного бассейна. Предполагается, что при этом образование многолетних льдов станет невозможным. Действительно, по подсчетам советского климатолога В. С. Самойленко восстановление ледяного покрова в Арктике не произойдет, если приток тепла из Атлантики после растопления льдов сохранится хотя бы в половинном размере. В новых условиях северные порты трех материков будут доступны для навигации большую часть года, значительно продвинется на север граница земледелия, а средняя температура воздуха в Нью-Йорке, Москве и Лондоне повысится примерно на 10°.
Существует также проект перекрытия плотиной Гибралтарского пролива. Сильное испарение понизит уровень Средиземного моря, из воды выйдет широкая полоса береговой отмели, которая может быть использована для сельского хозяйства, а на плотине будет построена мощная гидроэлектростанция.
В печати появлялись и менее грандиозные проекты перестройки природы путем изменения установившейся циркуляции океанских и морских течений. Например, проект искусственного подъема глубинных вод у берегов Калифорнии с помощью установленных на дне атомных реакторов, что должно вызвать усиление бризов и атмосферных осадков, в которых так нуждается засушливая почва полуострова; или постройка шлюзов в проливе Невельского для одностороннего пропуска теплых приливных течений на север в Охотское море и т. д.
Однако невозможность заранее предусмотреть все последствия таких мероприятий может повлечь за собой немало неожиданностей. Американские геофизики М. Юинг и В. Л. Донн, а также английский геофизик Г. Симпсон считают, например, что открытое полярное море увеличит испарение и выпадение снега на севере Европы настолько, что летнее солнце не поспеет его растопить. Накапливаясь из года в год и постепенно уплотняясь, снег превратится в лед. Начнется новый ледниковый период. По их мнению, именно в таких условиях и начинались пережитые Землей ледниковые периоды. Что касается гибралтарского проекта, то перекрытие доступа соленой средиземноморской воды в Атлантический океан может понизить соленость и плотность атлантической воды настолько, что даже сильное зимнее охлаждение при поступлении ее в полярный бассейн не создаст условий, необходимых для погружения в глубины океана. С этого момента воды Гольфстрима не смогут больше проникать в Арктику и потекут по замкнутому кругу в Атлантическом океане. Таковы будут результаты перекрытия Гибралтарского пролива по мнению американского океанолога Г. Стоммела. Понятно, что после этого берега Исландии, Норвегии, Шотландии и Кольского полуострова будут блокированы непроходимыми льдами, а в Баренцевом море и Северной Атлантике прекратится рыбный промысел.
Из сказанного можно сделать небесполезный вывод. При крупномасштабных перестройках природы в первую очередь надо взвесить возможные отрицательные их последствия и лишь потом оценивать желаемые положительные результаты. Недаром говорит русская пословица: «Семь раз отмерь, а один раз отрежь».
|
|
Читайте в рубрике «Атмосфера и океан»: |
Подарки сотрудникам в виде сартификатов
На сайте Кинг Гифтс есть возможность приобрести подарки сотрудникам в виде сартификатов.
king-gifts.ru