Від чого залежить клімат - кліматична система землі

Клімат - це та ж погода, усереднена за десятки років. Коли говорять, що клімат вологий, то це аж ніяк не означає, що кожен день спостерігається волога погода. Просто за десять - двадцять років в даній місцевості переважали вологі погоди.

Ясно, що клімат, як і погода, піддаються вимірюванню. Вимірюють атмосферний тиск, температуру і вологість повітря, напрям і швидкість вітру, хмарність, видимість, опади (кількість і вид), тумани і завірюхи, грози і інші явища, тривалість сонячного сяйва, температуру ґрунту, висоту і стан снігового покриву і багато іншого - складові частини клімату або метеорологічні елементи.

Клімат Землі визначається елементами навколишнього середовища глобального чи кліматичного масштабу. Це океан, атмосфера, суша, сонячне випромінювання, снежноледніковий покрив. Але не тільки елементи навколишнього середовища впливають на клімат. Клімат, в свою чергу, теж впливає на ці елементи. Якщо першу зв'язок вважати прямий, то друга є зворотною.

Зі сказаного вище ясно, що в даному сенсі ми маємо справу зі складною системою, яка складається з багатьох елементів, пов'язаних між собою. Тому фахівці в наш час говорять все частіше про "кліматичній системі" Землі. А раз "система", то вона повинна обов'язково підкорятися всім законам, які визначають розвиток, стан, режим життя систем. Якщо систему вивести зі стану рівноваги, то знадобиться певний (але не будь-яке) час, за яке система або повернеться до свого попереднього стану, або в ній встановиться новий стан. Що саме відбудеться при обуренні кліматичної системи, залежить як від характеру і інтенсивності обурення, так і від того стану, в якому в момент впливу перебувала кліматична система. Кліматична система включає в себе атмосферу, гідросферу (океан і води суші), сушу (континенти), кріосферу (сніг, лід і райони багаторічної мерзлоти), а також біосферу. Ведучий радянський кліматолог академік А.С. Монін все своє життя наполягав на тому, що ця система є замкненою. Іншими словами, він наполягав на тому, що на кліматичну систему не впливають фактори, які знаходяться поза системою. Це перш за все Сонце і його енергія. Абсурдність цього твердження очевидна, але від позиції провідного в країні вченого залежить (особливо сильно залежало за радянських часів) формування програм і досліджень інших вчених та інститутів. Зарубіжні вчені показали, що погода і клімат на Землі тісно пов'язані зі зміною сонячної активності, з викидом з Сонця заряджених частинок різних енергій, з напрямком міжпланетного магнітного поля до Сонця або від нього. Такі ж результати описані нами в книзі "Космос і погода", випущеній у світ видавництвом "Наука" в 1986 р

Центральним елементом кліматичної системи є атмосфера. Через неї людина сприймає зміна інших елементів. Атмосфера є в будь-якій точці Землі, вона глобальна. Інші елементи в тій чи іншій мірі локальні. Океан займає 70,8% поверхні Землі. Суші залишається 29,2%. Льодовики займають трохи більше 3% поверхні Землі. Якщо сюди додати морські льоди і сніговий покрив, то вийде 11%. Біосфера поширена в глобальних масштабах.

Атмосферне газ є усепроникаючим. Він знаходиться в стані безперервного обміну з іншими елементами кліматичної системи. Складові атмосферного газу розчиняються в гідросфері. З гідросфери вони також надходять в повітря, проникають в пори і тріщини літосфери. І в свою чергу атмосфера наповнюється викидами вулканічних газів і їх слабкими потоками з літосфери. У льодовикових покривах також зберігаються атмосферні гази. При таненні льодів у вигляді бульбашок вони звільняються і надходять назад в атмосферу. Атмосфера обмінюється газами з біосферою в процесі дихання. Атмосфера як елемент кліматичної системи є найбільш рухомий з усіх інших елементів.

Чи треба говорити про те, як важлива гідросфера, перш за все Світовий океан, для освіти клімату? Тепло, маса і енергія руху передаються від атмосфери водам Світового океану і навпаки. Вони стикаються один з одним на 2/3 поверхні Землі. Вологооборот утворюється за рахунок того, що з поверхні океану в атмосферу випаровується значна кількість води. Поверхневі течії в океані формуються атмосферними вітрами, які переносять велику кількість тепла. Океан є гігантським акумулятором тепла. Маса океанічної води в 258 разів більша за масу атмосферного газу. Для того, щоб підвищити температуру атмосферного газу на 1 ° C, океанічній воді треба віддати таку саму кількість теплової енергії, в результаті якого температура води зменшиться лише на одну тисячну частку градуса. Такі зміни температури навіть важко виміряти.

На жаль, Світовий океан вивчений слабо. Тільки недавно виявлені дуже важливі особливості циркуляції води в океані. Так, були виявлені океанічні вихори, подібні до циклонів і антициклонам в атмосфері. Діаметр цих вихреобразное кільцевих структур досягає 100 кілометрів. Властивості води в межах цих вихорів сильно відрізняються від властивостей води, що оточує їх. Виявлено також поверхневі океанічні руху води. Встановлено, що і на великих глибинах вода знаходиться в русі. Таким чином, гідросфера є дуже рухомий середовищем, хоча в порівнянні з атмосферним газом швидкість руху тут в десять - сто разів менше. Середня швидкість океанічних рухів становить кілька сантиметрів в секунду, тоді як швидкість вітру досягає декількох (а то і десятків) метрів в секунду. У верхніх шарах атмосфери ці швидкості досягають сотень метрів в секунду.

Сніг і лід (криосфера) також дуже важливі для формування клімату. Покриваючи земну поверхню, вони сильно збільшують відбивну здатність Землі. В результаті до 90% прийдешньої від Сонця теплової енергії цим дзеркалом відбивається назад в космос. Засвоюваність сонячної енергії ділянками Землі, які покриті снігом і кригою, значно нижче, ніж оголених.

Основна маса льоду зосереджена в Антарктиді. Там знаходиться 90% всього льоду, який є на планеті. Але в даному випадку головну роль грає не маса льоду, а площа поверхні Землі, на який він розосереджений. А найбільшу площу на Землі займають морські льоди і сезонний сніговий покрив. Морський лід Північного Льодовитого океану зберігається влітку на площі близько 8 млн. Квадратних кілометрів. Взимку ця площа збільшується більш ніж в два рази. Вона в два рази перевищує площу Австралії. Морський лід взимку навколо Антарктиди покриває ще більшу площу (майже 20 км2). Влітку площа, зайнята там льодами, в 10 разів менше.

Сніг в середньому за рік покриває до 60 млн. Квадратних кілометрів поверхні Землі. Межі як снігового покриву, так і морського льоду знаходяться в безперервному русі. Безперервно переміщаються льодовики.

Сушу можна вважати пасивним елементом кліматичної системи. Вона за короткі проміжки часу змінюється мало. Її змінюють процеси грунтоутворення, вивітрювання, ерозії, опустелювання. За десятки і сотні мільйонів років відбувається дрейф континентів, що абсолютно змінює лик Землі. І не тільки лик. Змінюються всі компоненти кліматичної системи. Швидкість дрейфу континентів становить кілька сантиметрів на рік.

Біосфера є вельми активним компонентом кліматичної системи. Діє вона на зміни клімату по-різному. Так, в періоди вегетації рослинного покриву, зміни рослинних угруповань, розширення і скорочення площі, зайнятої рослинністю, збільшення або зменшення біомаси її впливу на зміни клімату виявляються по-різному, вони проявляються в різних масштабах часу.

Якщо кліматичну систему порівняти з живим організмом, то можна сказати, що роль крові в ньому виконує вода. Вона знаходиться в будь-яких фазових станах (пар, рідина, сніг, лід). Вода є переносником маси і енергії в кліматичній системі. Кліматична система, на думку фахівців, є в більшості випадків системою саморегулюючою. Це означає, що багато зовнішні і внутрішні зміни (обурення) гасяться, загасають.

Самим рухомим компонентом кліматичної системи є атмосфера. Без неї Земля перетворилася б на мляву пустелю, подібну поверхні Місяця. Без атмосфери не було б ні миру звуків, ні озер, ні річок, а блакитне небо, яким ми насолоджуємося, стало б похмурим, чорним. Віддається земною поверхнею тепло безперешкодно йшло б у космос, якби не було домішок: водяної пари, вуглекислого газу та інших. Ці домішки затримують йде з Землі тепло, в результаті чого відбувається нагрівання поверхні і нижніх шарів повітря, виникає явище парникового ефекту. Завдяки йому середня температура поверхні Землі піднялася на 38 оС і зараз становить +15 оС.

У ній відбуваються слабкі і сильні рухи повітря, а також конвекція. У ній формуються циклони і антициклони, зароджуються торнадо та урагани. В атмосфері дмуть стійкі і нестійкі вітри, виникають атмосферні хвилі і з величезною швидкістю мчать струменеві течії. Атмосфера є найменш інерційним компонентом кліматичної системи. Вона впливає на зміну погоди за секунди, тижні, місяці і роки.

Дуже рухливі води Світового океану. Поверхневі морські течії тісно пов'язані з рухами атмосферного газу. У Світовому океані є й інші системи течій - придонні, припливно-відливних. Відбуваються також занурення і підйоми глибинних вод. Ці руху вод називають апвелінг. Одна десята площі поверхні океану зайнята цими рухами. На поверхні розділу вод з різною щільністю виникають внутрішні хвилі.

Найбільше значення для життя, а також процесів, що відбуваються на Землі, має нижній шар атмосфери - тропосфера, в якій знаходиться 9/10 усієї маси повітря. У тропосфері утворюються хмари, дощ, сніг, град, вітер. Тому тропосферу називають "фабрикою погоди". Процеси, що відбуваються в ній часто стають причиною страшних стихійних лих-посух, повеней, ураганів та інших явищ, в результаті яких гинуть люди, тварини і рослини.

Але клімат будь-якої місцевості залежить перш за все від кількості сонячного тепла, що надходить на земну поверхню. Ця кількість визначається полуденної висотою Сонця над горизонтом-географічною широтою. Чим ближче до екватора, тим більше кут падіння сонячних променів, а значить, сильніше нагрівається земна поверхня і вище температура приземного шару атмосфери. Тому поблизу екватора річна температура дорівнює + 25-26 оС, а на півночі Євразії та Північної Америки середня річна температура дорівнює +10 оС, а місцями значно нижче. Найбільш низькі температури в полярних поясах.

На поверхні Землі виділяють три пояси з переважанням низького і чотири пояси з переважанням високого тиску. Пояси атмосферного тиску утворюються в результаті нерівномірного розподілу сонячного тепла на земній поверхні, а також впливу сили обертання Землі навколо осі. У поясах високого тиску переважають низхідні повітряні потоки. Холодне повітря, опускаючись, містить мало вологи. При цьому він стискається і нагрівається, завдяки чому видаляється від стану насичення, стає сухішою. Тому в областях підвищеного тиску над тропіками і біля полюсів опадів випадає мало. Розподіл опадів залежить також і від географічної широти. Чим менше кількість сонячного тепла, тим менше опадів. У помірних широтах переважають західні вітри.

Внаслідок нерівномірного розподілу сонячного тепла і атмосферних опадів на земній поверхні, клімат Землі дуже різноманітні. Відомий учений Б.П. Алісов виділив на Землі 13 Кліматичних поясів, які відрізняються один від одного температурними умовами і повітряними масами.

Основні кліматичні пояси відповідають поширенню чотирьох типів повітряних мас. В області екватора знаходиться екваторіальний кліматичний пояс. Тут переважають екваторіальний повітря і знижений атмосферний тиск.

У тропічних поясах панують тропічне повітря, високий тиск, спадний рух повітря

У помірних поясах переважають помірне повітря і західні вітри. Тут значно холодніше, ніж в тропічних поясах.

Перехідні пояси знаходяться між іншими поясами. Приставка "суб" в перекладі з латинської означає "під". Субекваторіальний пояс-подекваторіальний пояс і т.д. У перехідних поясах повітряні маси змінюються з сезоном. Вони приходять сюди із сусідніх поясів