Какое влияние оказывает океан на климат. Мировой океан, морские течения и их роль в формировании климата
Климат - это статистический ансамбль состояний, которые проходит система океан - суша - атмосфера в течение нескольких десятилетий. Статистическим ансамблем называется и определяется множество, состоящее из известных элементов, с указанием, как часто встречается каждый из них. В этом случае для любой количественной характеристики элементов можно найти среднее значение всего множества.
В рассматриваемой глобальной системе океан - суша - атмосфера и космос климатообразующие факторы можно определить как астрономические, геофизические и метеорологические.
Первая группа - внешние, или астрономические климатообразующие факторы - это светимость Солнца, положение и движение Земли в Солнечной системе, наклон её оси вращения к плоскости орбиты и скорость вращения. Эти факторы определяют воздействия на Землю со стороны других тел Солнечной системы, прежде всего её инсоляцию и гравитационные воздействия внешних тел и, кроме того, колебания в распределении инсоляции по внешней границе атмосферы.
Вторая группа климатообразующих факторов включает в себя так называемые геофизические факторы. Они связаны со свойствами Земли как планеты. Некоторые из них воздействуют на климатическую систему в целом (в каждой её точке), другие определяют условия (потоки свойств и субстанций) на нижней границе. К этим факторам относятся размеры и масса планеты, скорость вращения вокруг оси, собственное гравитационное и магнитное поле, внутренние источники тепла, свойства поверхности планеты, которые определяют её взаимодействие с атмосферой.
Существенным климатообразующим фактором этой группы является скорость вращения Земли вокруг оси, оказывающая решающее влияние на характер всей атмосферной циркуляции. Вследствие вращения Земли многие метеорологические элементы испытывают суточные колебания благодаря изменению притока солнечного тепла. Если бы скорость собственного вращения Земли была очень малой или сравнимой с периодом обращения Земли вокруг Солнца, то основные термические контрасты, которые создают циркуляцию атмосферы, возникали бы между нагретым дневным и охлаждённым ночным полушариями. Когда скорость вращения увеличивается, преобладающими становятся различия между полярными и экваториальными районами.
Большая часть тепловой энергии, которую получает атмосфера, поступает от подстилающей поверхности, тепловое состояние которой зависит от таких физических её свойств, как отражательная способность, или альбедо, излучательная способность, теплоёмкость и теплопроводность, а также подвижность.
Важную роль в формировании климата играют так называемые термодинамические активные примеси, т.е. переменные компоненты атмосферы. К ним относятся водяной пар, углекислый газ, аэрозоль и др. Главным источником водяного пара в атмосфере являются океаны. Содержание в атмосфере зависит от площади поверхности океанов и от температуры. При постоянстве этих факторов большое значение имеет распределение океанов и материков по широтным зонам. В то же время океан служит в основном стоком для аэрозолей, главным источником которых являются материки.
Углекислый газ поступает в атмосферу при извержении вулканов, разложении органического вещества в верхнем слое почвы (так называемое дыхание почвы) и при дыхании растений суши. В XX в. стал особенно заметен приток углекислого газа в атмосферу в результате антропогенной деятельности. Единственным потребителем углекислого газа на суше является растительность, которая ассимилирует его в основном путём фотосинтеза. Между океаном и атмосферой постоянно происходит интенсивный обмен углекислым газом. Его растворимость существенно зависит от температуры океана и значительно ухудшается с повышением последней. Поэтому холодный океан может быть стоком для углекислого газа, а тёплый, наоборот, его источником.
Различия в свойствах поверхности океанов и суши приводят к такому явлению, как циркумконтинентальность, т.е. изменение климатических характеристик в направлении, поперечном границам материков. Особенно ярко это проявляется над массивными и изолированными блоками суши. С удалением вглубь материка усиливается континентальность климата, т.е. увеличиваются годовые и суточные амплитуды температуры воздуха, уменьшаются относительная влажность и облачность летом и днём, а также количество осадков, и их выпадение становится нерегулярным и т.п.
В некоторых районах возникают так называемые муссонные эффекты, заключающиеся в резкой сезонной смене атмосферной циркуляции и связанной с ней погоды. Обычно это наблюдается при формировании над сушей термического антициклона зимой и циклона летом.
Во многих случаях муссонные эффекты усиливаются сезонными миграциями планетарных фронтальных зон. Большинство из них приурочено к пограничным зонам суши и океана.
Главными метеорологическими климатообразующими факторами являются масса и химический состав атмосферы.
Масса атмосферы равна 5,3-1021 г. Она определяет её механическую и тепловую инерцию, её возможности как теплоносителя, способного передавать тепло от нагретых областей к охлаждённым.
Атмосферный воздух представляет собой смесь газов, одни из которых имеют почти постоянную концентрацию, другие - переменную. Кроме того, в атмосфере содержатся различные жидкие и твёрдые аэрозоли, которые также оказывают существенное влияние и имеют важное значение в формировании климата.
Океан, являющийся неотъемлемой частью климатической системы, играет в ней исключительно важную роль. Первичным свойством океана является его масса. Однако для климата существенно и то, на какой части поверхности Земли эта масса размещается.
Среднее атмосферное давление на уровне моря принимается равным 1013,25 мбар (гПа). Температура атмосферы довольно низкая. Приведённая к уровню моря средняя климатическая температура воздуха у поверхности Земли в северном полушарии в среднем за год составляет 15,2°С, в южном -- 13,3 °С. Разность температур между экватором и Северным полюсом в январе равна 59,7 °С, в июле - 28,2 °С. Между экватором и Южным полюсом, соответственно, в январе 40,2 °С и в июле 74,2 °С.
Температурное поле Мирового океана таково, что средняя температура его поверхности равна 17,82 °С. Средняя температура всей толщи вод, без Арктического бассейна, равна 5,7 °С.
Средняя солёность всей толщи вод Мирового океана (без Арктического бассейна) равна 34,71 %0.
Таким образом, обладая разными свойствами и характеристиками в своих геосферах океаны, атмосфера и материки формируют климат Земли и Мирового океана.
Теплые течения - трубы водяного отопления земного шара.
А. И. Воейков
Мировой океан, или гидросфера Земли, объединяет почти все океанические и морские воды, имеющие единую поверхность. Он занимает почти три четверти поверхности земного шара - 361 млн. км 2 , в то время как суша - только 149 млн. (рис. 14).
Средняя глубина относительно невелика - 3,8 км. Столь тонкую гидросферу можно уподобить пленке толщиной в 1 мм на глобусе диаметром 3 м. Но она играет огромную роль в органической жизни и климатах Земли.
Океан - колыбель жизни. В далеком прошлом в теплых и тихих морских лагунах возникли и развивались первые живые клетки, а потом и простейшие организмы. Если бы жидкая пленка испарилась, то на обсохшей Земле не нашлось бы ни одного уголка для современного высокоразвитого органического мира. Да и тепловой режим стал бы иным - в январе на Северном полюсе вместо современной средней температуры -30° стало бы -80°.
Океаническая поверхность из всех естественных поверхностей Земли является лучшим поглотителем солнечной радиации. Но та же поверхность в другом агрегатном состоянии (лед и снег) является наиболее совершенным отражателем. Хотя температурная гамма поверхности океана и приземного слоя атмосферы невелика, но вода в этом тесном диапазоне довольно часто и быстро меняет свое состояние. Такая изменчивость резко сказывается на климате.
Океан - огромный дистиллятор. Он ежегодно испаряет 448 000 км 3 воды, а континенты - только 71 000. Чем теплее океан, тем больше он испаряет влаги. Влажный воздух, укрывая планету, понижает утечку тепла в космическое пространство, лучше орошает земли и облегчает земледельцу выращивание обильных урожаев. Океан - мощный терморегулятор планеты. Благодаря большой массе воды и ее высокой теплоемкости (в 3200 раз большей, чем у воздуха) он летом аккумулирует солнечное тепло и расходует его зимой на обогрев атмосферы, выравнивая межсезонную изменчивость климата. В ряде случаев океан выравнивает и межгодовые колебания. Материки не способны аккумулировать тепло, поэтому континентальность климата, как правило, возрастает с удалением от границ с океаном.
Воды океана находятся в беспрерывном движении. Они больше, чем суша, поглощают солнечное тепло и являются генеральным поставщиком энергии в глобальные ветровые системы. Ураганы и штормовые ветры энергично перемешивают и перемещают водные массы. Так, течение Западных ветров в Южном полушарии ежегодно переносит вокруг Земли около 6 млн. км 3 воды, что равно двум объемам Средиземного моря. Особенно активен поверхностный 100-200-метровый слой. Но и подповерхностные и даже придонные слои океана находятся в вечном движении. Морские течения приносят большие массы тепла и холода. Частица воды может совершить в Мировом океане любые кругосветные путешествия, меняя свое состояние, нагреваясь под экватором и обращаясь в лед в полярных водах обоих полушарий.
Морские течения вместе с воздушными выравнивают температуру между полярными и тропическими широтами и полностью выполняют роль, отмеченную в эпиграфе словами А. И. Воейкова.
В табл. 4 приведены температуры по широтным поясам, вычисленные и наблюдаемые. Разность является результатом теплообмена, определяемого циркуляционными процессами в атмосферной и гидросферной оболочках Земли. Легко видеть, как сильно сказывается межширотный теплообмен на температурное поле Земли. Если бы его не было, то в экваториальном поясе температура поднялась бы на 13°, а в широтах от 60° северной широты до полюса температура в среднем снизилась бы на 22°. На широтах Москвы и Ленинграда господствовал бы климат современной Центральной Арктики, т. е. совершенно непригодный для растительного мира.
Количественное представление о межширотном переносе тепла морскими и воздушными циркуляционными процессами дает табл. 5.
Как видно из таблицы, приход солнечной коротковолновой радиации быстро уменьшается от экватора к полюсу, что находит объяснение в шарообразности Земли. Потери через длинноволновую радиацию, наоборот, остаются почти неизменными во всех широтных поясах, так как шарообразная поверхность Земли здесь не имеет значения. Отсюда возникает относительный избыток тепла в широтах ниже 40° и недостаток выше этой границы, что порождает контрасты температур, приведенных в табл. 4. В реальных условиях, как мы видели, избыток и недостаток тепла уравновешиваются за счет межширотного теплообмена, осуществляемого через механизмы водо- и воздухообмена.
Практический интерес представляет вопрос - кому же принадлежит определяющая роль в транспортировке тепла от планетарного котла к планетарному холодильнику, т. е. от экваториальных и тропических широт к полярным? Морской или воздушной адвекции?
В разное время вклад каждой из этих адвекций различен. В современных условиях и в более холодных в прошлом, когда Арктический бассейн в значительной своей части круглый год покрыт дрейфующими льдами, морская адвекция относительно невелика, но по мере того, как в Арктический бассейн нагоняются атлантические воды, ее роль возрастает. Современное соотношение морской и воздушной адвекций отдельными исследователями определяется по-разному: от 1:2 в пользу воздухообмена до 1:1,5 в пользу морской адвекции. Мы же в своих расчетах воздушную адвекцию в счет принимать не будем, так как ее относительная и абсолютная значимость в акриогенных условиях естественно падает. Тот относительно небольшой вклад тепла, который вносит воздушная адвекция, мы будем резервировать в «запас прочности».
А. И. Воейков, называя морские течения регуляторами температуры, считал, что «воздушные течения далеко не в такой степени содействуют уравнению температур между экватором и полюсом, как морские течения, и по своему прямому влиянию в этом отношении не могут сравняться споследними. Но косвенное влияние их очень велико».
П. П. Лазарев в 1927 г. построил модель океанических и атмосферных циркуляции. Эта модель показала, что океанические течения, проходя через Северный полюс и принося в полярную область большое количество тепла, отепляют ее. Отдавая должное советскому экспериментатору, англичанин Брукс отмечал: «Когда модель отображала современное распределение суши и моря, возникавшие в бассейне течения до мелочей оказывались сходными с ныне существующими течениями … В моделях, воспроизводивших условия теплых периодов, океанические течения проходили через полюс, между тем как в моделях холодных периодов ни одно течение не пересекало полюса».
Брукс отвергал: самодовлеющую роль атмосферной циркуляции и считал, что возможные ее изменения не способны сами по себе, без привлечения других факторов, вызвать крупные климатические изменения. «Роль атмосферной циркуляции, - писал он, - следует рассматривать как регулирующую, иногда, возможно, усиливающую, но не порождающую крупнейшие климатические колебания». Если морские течения, по меткому определению А. И. Воейкова, служат терморегуляторами климата, то этого нельзя сказать о макроциркуляциях атмосферы. Из всех климатообразующих факторов, как отмечал Б. Л. Дзердзеевский, они при своей динамичности являются наименее постоянным фактором.
Анализ донных отложений в Арктическом бассейне также подтвердил, что именно морские течения по сравнению с воздушными играют определяющую роль в формировании климата. В тех случаях, когда теплые атлантические воды слабо проникали в Арктический бассейн, температура в полярных широтах падала. Низкая температура приводила не только к восстановлению ледяного покрова бассейна, но и к возрождению ледниковых щитов на континентах.
Придавая огромное значение направлениям морских течений в формировании климата, А. И. Воейков писал: «Не вправе ли мы сказать, взвесив главные условия, влияющие на климат: без всякого изменения массы нынешних течений, без изменений средней температуры воздуха на земном шаре опять возможна температура в Гренландии, подобная бывшей там в миоценовый период, и опять возможны ледники в Бразилии. Для этого требуются лишь известные изменения, направляющие течения иным образом, чем теперь». Много лет спустя академик Е. К. Федоров указал на необходимость тщательного изучения возможных изменений климата в связи с отклонением некоторых морских течений, считая, что оно должно стать одним из важнейших направлений в наших исследованиях.
Поэтому будет полезным напомнить краткие характеристики современных океанических течений (рис. 15).
Наиболее мощным теплым течением Мирового океана, оказывающим решающее воздействие на климат Северного полушария, является система течений Северной Атлантики под общим названием Гольфстрим. Система охватывает огромное пространство от Мексиканского залива до берегов Шпицбергена и Кольского полуострова. Собственно же Гольфстримом называется участок от места слияния Флоридского течения с Антильским (30° северной широты) до острова Ньюфаундленд. На широте 38° мощность достигает 82 млн. км 3 /сек, или 2585 тыс.км 3 /год.
В районе Новой Шотландии и южного края Ньюфаундлендской банки Гольфстрим соприкасается с холодными распресненными водами течения Кабота, а затем с водами холодного течения Лабрадор. Мощность Лабрадора составляет примерно 4 млн. м 3 /сек. Оно вместе с холодными водами выносит в район Большой Банки морские льды и айсберги.
Льды морского происхождения обычно держатся над самой банкой и, попадая в воды Гольфстрима, быстро тают. Айсберги же имеют более продолжительную жизнь. Попав в воды Гольфстрима, они дрейфуют на северо-восток и даже снова на север, а нередко совершают длительное плавание по всей Северной Атлантике. В исключительных случаях они заносятся на юг, почти до 30° северной широты, а на восток почти до Гибралтара.
Значительная часть айсбергов распространяется по окраинам Большой Банки, особенно по северным, где, садясь на мель, они остаются до тех пор, пока не растают настолько, что их уменьшенная осадка позволяет им продолжать свой дрейф дальше.
Помимо морских льдов и айсбергов в районе Ньюфаундленда, как и у берегов Лабрадора, встречается и донный лед, по мере образования всплывающий на поверхность и участвующий в общем дрейфе льда. Поскольку температурная разность контакта Гольфстрима и Лабрадора очень велика, воды Гольфстрима сильно охлаждаются.
Пройдя Большую Ньюфаундлендскую банку, Гольфстрим под названием Северо-Атлантического течения движется на восток со средней скоростью 20-25 км/сутки и по мере продвижения к берегам Европы принимает северо-восточное направление. За банками Ньюфаундленда оно отделяет ветви-рукава, теряющиеся в водоворотах. Около 25° западной долготы от южного его края отходит большая ветвь Канарского течения к Пиренейскому полуострову.
При подходе к Британским островам от Северо-Атлантического течения отделяется с левой стороны большая ветвь - течение Ирмингер, направляющееся на север в сторону Исландии; основная же масса, пересекая порог Уайвилла-Томсона, проходит в проливе между Шетландскими и Фарерскими островами и входит в Норвежское море.
Линия порогов Уайвилла-Томсона, а затем Гренландско-Исландский порог являются четкой границей между Атлантическим и Ледовитым океанами. На глубине 1000 м к югу от Фареро-Шетландского порога, имеющего глубину менее 500 м, температура воды почти на 8° выше, чем к северу. Соленость на той же глубине с южной стороны порога больше на 0,3 промилле. Объяснение этой исключительной контрастности кроется в отклонении к западу глубинных слоев теплых вод на южной стороне, в то время как на северной стороне порога холодные воды отклоняются им на восток. В результате на севере от порога вся глубоководная часть Гренландского и Норвежского морей заполнена очень холодной и плотной водой. Эта система порогов также разграничивает области с преобладанием на поверхности атлантических и арктических вод.
Северо-Атлантическое течение, минуя пролив между Фарерскими и Шетландскими островами, под названием Норвежского теплого течения проходит вдоль западного побережья Скандинавского полуострова. В районе пересечения Северного полярного круга, с левой стороны от него отходит ветвь самостоятельного потока теплых вод, имеющая во все сезоны года устойчивое направление на север.
Западнее мыса Нордкап, от Норвежского течения с правой стороны отходит на восток в Баренцево море Нордкапское течение. Восточнее 35 меридиана оно хотя и разбивается на мелкие струи, но играет заметную роль в термине Баренцева моря. Так, малая по мощности Мурманская ветвь делает Мурманский порт открытым круглый год для свободного плавания судов любого типа.
Вследствие большей плотности атлантические воды на значительной части акватории Баренцева моря погружаются под легкие слои местной воды. Часть атлантических вод проникает в Карское море. Вместе с тем теплая атлантическая вода под слоем местной полярной воды заходит в Баренцево море также и с севера, со стороны Арктического бассейна по глубоким желобам западнее и восточнее Земли Франца-Иосифа, куда она попадает как ответвление от уже глубинного Шпицбергенского течения.
Левая ветвь Норвежского течения после отхода от него Нордкапской ветви идет на север под названием Шпицбергенского. Основной поток его при входе в пролив Шпицберген-Гренландия теряет часть своей кинетической и тепловой энергии за счет того, что пролив отражает часть водных масс и за счет бокового смешивания с водами встречного холодного Восточно-Гренландского течения. Отраженные водные массы движутся вначале в западном, а затем в южном направлении, вклиниваются в холодные струи Восточно-Гренландского течения и, смешиваясь с ними, образуют круговые течения в районе нулевого меридиана и 74-78° северной широты.
Шпицбергенское течение проходит вдоль Западных берегов Шпицбергена со скоростью около 6 км в сутки, со средней температурой воды 1,9° и соленостью 35 промилле. Севернее Шпицбергена вследствие разности плотностей оно опускается под арктические воды и продолжает свой путь в Центральной Арктике уже в виде глубинного теплого течения. Но это не единственное место, где шпицбергенские теплые воды погружаются под холодные арктические. На Гренландском восточном мелководье всюду на глубинах более 200 м господствуют их высокие положительные температуры. Эти теплые воды могут проникать глубоко в заливы и фиорды. Разумеется, такое глубокое проникновение под встречные, быстро продвигающиеся на юг распресненные воды, несущие с собой не только паковые льды с глубокой осадкой, но и айсберги, не может происходить без большой потери кинетической энергии и тепла. Работами станции «Северный полюс-1» установлена весьма активная роль атлантических вод в отеплении верхнего холодного слоя. Даже зимой, несмотря на низкие зимние температуры воздуха, атлантические воды, действуя на льды снизу, все время их ослабляют. Это относится и к местным льдам, и к льдам, выносимым из Центральной Арктики в Гренландское море.
Пробег вод Гольфстрима от Флоридского пролива до порога Томсона занимает 11 месяцев, а от порога Томсона до Шпицбергена около 13 месяцев.
Течение Ирмингера, отделившись при подходе к северным берегам Британских островов от Северного Атлантического течения, приобретает направление на север в сторону Исландии. Примерно на 63° северной широты течение раздваивается. Правая его часть уходит в Датский пролив и своими теплыми водами омывает не только западные берега Исландии, но и северные. В этом районе оно входит в соприкосновение с исландской ветвью Восточно-Гренландского течения и, смешиваясь с ее водами, охлаждается и движется на юго-восток. Левая, более мощная часть Ирмингерапосле разветвления поворачивает на юго-запад, а затем на юг, под косым сечением встречается с потоком вод и льдов Восточно-Гренландского течения. На стыке вод температура на расстоянии от 20 до 36 км понижается с 10 до 3°.
В районе южной оконечности Гренландии течения Ирмингер и Восточно-Гренландское концентрически огибают мыс Фарвель и всю юго-западную часть острова и под названием Западно-Гренландского течения проходят через пролив Девиса в Баффинов залив.
Восточно-Гренландское холодное течение, служащее основным трактом для стока вод и выноса льда из Арктического бассейна, получает свое начало на материковой отмели Азии. При постепенном перемещении от материка на север течение в районе Полюса раздваивается: одна ветвь направляется в американский сектор Арктики, другая - в сторону Гренландского моря. У северо-восточного побережья Гренландии в Восточно-Гренландское течение вливаются воды холодного течения, идущего с запада вдоль северного побережья Гренландии. Ширина Восточно-Гренландского течения у 75-76° северной широты- 175- 220 км, скорость возрастает от двух миль в сутки под широтой 80° до 8 миль под 75°, до 9 миль под 70° и до 16- 18 миль под 65-66° северной широты; температура воды всюду ниже 0°. Пройдя Датский залив, оно соприкасается с теплым Ирмингероми вместе с ним огибает мыс Фарвель. В этом районе морские льды и айсберги, попадая в струи теплых вод, быстро тают. У мыса Фарвель ширина пояса плавучих льдов в отдельные месяцы достигает 250- 300 км, но благодаря теплым водам Ирмингера, севернее мыса Дезолейшн (62° северной широты), льды никогда не образуют здесь сомкнутого покрова, а ширина их пояса не превышает нескольких десятков километров.
Лабрадорское течение является продолжением холодного течения Баффиновой Земли, берущего начало у пролива Смита. Оно проходит вдоль берегов полуострова Лабрадор и далее на юг вдоль восточного берега Ньюфаундленда; мощность его примерно 130 000 км 3 /год. Оно несет морские льды и айсберги и, как уже отмечалось, сильно охлаждает воды Гольфстрима. Воды Лабрадора остаются холодными весь год, охлаждая и все омываемое им побережье. Тундровая растительность на Ньюфаундленде обязана своим существованием холодным водам Лабрадора. Примечательно, что почти на той же широте, но по другую сторону Атлантики, во Франции, произрастают лучшие сорта винограда.
Рассматривая трассы течений Северной Атлантики, мы убеждаемся, насколько прав был А. И. Воейков, когда говорил, что направление морских течений играет огромную роль в формировании климата. На одном и том же меридиане расположен далеко за полярным кругом незамерзающий порт Мурманск, а лежащие на 2500 км южнее азовские порты ежегодно замерзают на несколько месяцев. И, наконец, север Атлантического бассейна можно уподобить ванне, в которую через два крана вливается холодная вода (Лабрадор и Восточно-Гренландское течения) и через один - теплая вода Гольфстрима. Регулируя краны, мы можем менять термину Атлантики, а с ней и климат окружающих континентов. Признание большой роли морских течений в формировании климата определило с конца прошлого века пути региональных улучшений климатического режима, изменяя направления теплых и холодных течений. Наряду с этим развивались проекты крупных гидротехнических мероприятий по регулированию и переброске речного стока. Остановимся на главных гидротехнических проектах по мелиорации природных условий.
ПОВЕЛИТЕЛЬ ПОГОДЫ
Атмосфера и океан находятся в тесном непрерывном взаимодействии . Солнечные лучи, падая на поверхность океана, нагревают воду, и океан накапливает огромные запасы тепловой энергии, особенно в тропических водах, где лучи солнца падают почти вертикально. Поверхность океана передает свою теплоту воздуху и насыщает его водяными парами, которые поднимаются вверх в процессе испарения поверхностных слоев воды. Пары, содержащиеся в воздухе, обладают значительным запасом потенциальной энергии в виде скрытой теплоты, которая высвобождается при конденсации пара в облаках. Энергия океана рождает ветры , которые уносят с поверхности моря новые потоки тепла, порождающие новые ветры.
Погода и климат являются проявлением окружающей нас природы и в значительной степени находятся под влиянием океана.
Воздействие Мирового океана на погоду и климат зависит от физических особенностей огромной массы воды, находящейся в его бассейнах.
Важнейшим свойством океана является способность поглощать и излучать теплоту, а морская вода обладает большой теплоемкостью - способностью аккумулировать теплоту . Она поглощает огромное количество солнечной энергии, и десятиметровый слой океанских вод аккумулирует теплоты больше, чем вся атмосфера. Солнечные лучи с одинаковой интенсивностью нагревают поверхности моря и суши, но вода, обладая большой теплоемкостью, поглощает значительно больше теплоты при сравнительно стабильной температуре, в то же время температура суши сильно повышается. После захода солнца температура суши быстро падает, а море остывает медленно.
Земная кора, являясь твердым плотным веществом, аккумулирует теплоту только в верхних слоях, а море, находящееся в непрерывном движении, перемещает верхние теплые и нижние, более холодные слои и распространяет теплоту на большие площади за счет течений. Аккумулирующие способности океана усиливает испарение воды с поверхности , поглощающей огромное количество теплоты.
Накапливая и надежно сохраняя теплоту, океан управляет климатом планеты , выделяя в нем две основные зоны: континентальную и морскую . Морской климат характерен для всех районов суши, омываемых морями, континентальный - для глубинных массивов суши . Типичным примером морского климата можно считать климат Британских островов: ровная температура в течение всего года, лето прохладное, а зима мягкая, небо затянуто тучами и дожди идут круглый год. Континентальным климатом отличаются центральные области Сибири: холодная зима и жаркое лето, засухи сменяются грозовыми дождями. Центральные области Азии имеют резко континентальный климат: зимой свирепствуют сильные морозы, а летом безоблачное небо и палящее солнце превращают все вокруг в изнывающее от зноя и пыли пространство.
Влияние моря на температуру различных районов земного шара является основной причиной возникновения ветров . Знаменитые муссоны Индийского океана порождаются сезонными колебаниями температуры океана и лежащего на севере огромного массива суши. В течение знойного лета, характерного для этого района планеты, суша прогревается значительно сильнее, чем океан, который большую часть солнечной энергии аккумулирует. От сильно нагретой суши нагревается и воздух, плотность которого уменьшается, что создает зону пониженного давления. Более низкая температура над океаном уплотняет воздух, способствуя росту давления, и воздушные массы устремляются с моря на сушу - образуются юго-западные муссоны , которые дуют с апреля по октябрь. Зимой суша охлаждается быстрее, чем океан, и зоны высокого и низкого давления меняются местами, воздушные массы устремляются с суши на море образуются северо-восточные муссоны , которые дуют с октября по апрель. Расположение материков и океанов должно было обеспечить муссонам четкие направления, но вращение земли вносит свои коррективы в направление ветров.
Холодные и теплые океанские течения также влияют на климат планеты, особенно ее прибрежных районов . Климат прибрежных стран Северной Атлантики в значительной мере определяется тремя течениями - Гольфстримом, Лабрадорским и Восточно-Гренландским . Теплое течение Гольфстрим зарождается в Мексиканском заливе и, вырвавшись оттуда в океан через Флоридский пролив , устремляется двумя мощными ветвями к берегам Европы. Холодные Лабрадорское и Восточно-Гренландское течения направляются к югу, где, встречаясь с Гольфстримом, понижают его температуру до 5 - 8°С, чему в немалой степени способствуют и холодные северные ветры. Но все же Гольфстрим доносит значительную часть своей теплоты до берегов Европы, определяя характер климата этого района. Весь европейский берег севернее Гибралтарского пролива находится под воздействием Гольфстрима, который огибает Скандинавию и достигает острова Шпицберген , западное побережье которого круглый год свободно ото льда, тогда как Балтийское море у Таллина и Риги , расположенное южнее на 30°, покрывается зимой сплошным льдом.
В средних широтах, где воздушные массы движутся с запада на восток, климат находится под влиянием океана и западных ветров одновременно. Поэтому климат двух городов - японского Иокогамы и американского Сан-Франциско, лежащих на одной широте по разные стороны Тихого океана, сильно отличается друг от друга. В Иокогаме годовые колебания температуры достигают 28°С, и климат имеет все черты континентального, а в Сан-Франциско - 17°С и климат морской.
Океан регулирует выпадение осадков над материком . Когда в атмосфере ощущается недостаток влаги, увеличивается испарение с океанской поверхности, и насыщенные влагой воздушные массы надвигаются на сушу, принося с собой дожди и грозовые ливни - над материками зависают мощные циклоны.
Огромные океанские просторы, соприкасаясь с атмосферой, обеспечивают непрерывный газообмен - верхние слои океана, насыщаясь кислородом, выделяющемся при фотосинтезе планктона , обогащают кислородом нижние слои атмосферы. Поэтому океан называют «легкими» планеты , поэтому человека манит к себе морское побережье, где всегда легко дышится.
Океан оказывает не только глобальное влияние на климат Земли, но и управляет погодой в небольшом районе . Вследствие разностей теплоемкостей моря и суши рождаются приятные прохладные ветры морских побережий - бризы . Днем дует морской бриз , потом на некоторое время все затихает, и начинает дуть береговой бриз . Оба эти ветра лучше наблюдать в тихую солнечную погоду, так как их скорость не превышает 5 м/сек и когда поднимается какой-либо другой ветер, они легко затухают. Бриз - тот же муссон , только местного масштаба с суточным циклом в изменении направления.
Влияние воды на климат
Конечно, именно атмосфера является самой мощной силой, формирующей климат нашей планеты. Но сильно на нее влияет и вода, поэтому неподалеку от водоемов и воздух, и климат другой, и это замечает каждый человек. Как же влияет вода на воздух и почему?
Теплоемкость воздуха невелика, точно так же как и его теплопроводность, и именно поэтому климат может резко меняться. А вот вода – дело другое, она сохраняет тепло намного дольше и дольше же его получает. Именно океаны прекрасно сохраняют тепло нашей планеты, не позволяя резких перепадов температур. Именно поэтому водоемы и участки земли рядом обладают различными температурами. Влияние воды велико, и поэтому воздушные массы над водной поверхностью будут иметь во многом другие показатели, чем те, что находятся пусть и неподалеку, но над сушей.
Вода намного более прозрачна, чем почва, и при этом более плотна, чем атмосфера. Поэтому она поглощает больше энергии, но почти вся она распределяется по различным слоям, поэтому на самом деле такую же высокую температуру поверхности у воды, как иногда наблюдается у суши, найти невозможно. Также распространение тепла на различных глубинах является следствием конвекционных процессов в одной толще. Почти всю эту энергию океаны и водоемы сохраняют до самых холодов. Да и после них температуры воды подо льдом намного выше, чем воздуха на поверхности. Поэтому нагревание продолжается.
Именно теплоемкость воды как химического соединения стала причиной столь сильного влияния на климат планеты ее больших масс. Замечено, что при нагревании в жаркое время года над водной поверхностью температура будет меньше, потому что она поглощает, а не отдает энергию. А вот в то время, когда окружающая температура низкая, воздух будет нагреваться уже от океана или озера. Такое взаимодействие привело к появлению морского типа климата, в котором резкие колебания редки из-за смягчающего действия накопленного в океане тепла. Зимы там теплее, а летние месяцы холоднее. Также часты там и дожди, а воздух намного более влажен, чем над континентами.
Океан, благодаря своей площади, получает от Солнца большую часть тепла, которое вообще попадает на Землю. Но при этом нагревается только верхний слой воды, толщина которого всего несколько метров. Нижние слои воды получают тепло благодаря постоянному перемешиванию, но, конечно, температура при погружении на большие глубины постепенно понижается. На самых больших глубинах воды почти по всему земному шару имеют одинаковую температуру, что обусловлено тем, что они все имеют одинаковое происхождение – из полярных областей. На глубинах более 3000 м. температура обычно колеблется в диапазоне от 0 до +2С.
Температура вод на поверхности неодинакова, она уже зависит от Солнца, а значит от широты. Чем, соответственно, дальше воды от экватора, тем ниже температура. Наибольшие температуры вод наблюдаются в экваториальных широтах - +28-29С. К полюсам температура постепенно понижается, однако к южному плюсу понижение температуры идет быстрей из-за холодного материка Антарктиды.
На температуру вод мирового океана влияет и то, какими зонами суши окружен тот или иной участок. Персидский залив, окруженный пустынями, имеет большую температуру, чем близлежащие участки вод. Тот же эффект наблюдается и в других районах с примыкающими зонами жаркого климата.
Конечно, на температуру вод влияют и течения. Вода в океанах постоянно перемешивается, теплые течения переносят воды от экватора, холодные – от полюсов. Поэтому не всегда климат и суши, и температура вод соответствуют широтам. Примером тому может остров Англия и его прибрежные воды.
Из океанов самый теплый – Тихий, второй по теплу – Индийский. Средняя температура вод океана (поверхностных слоев) – 17,5С.
Океан поглощает множество тепла, что очень важно для климата планеты. Вода сначала накапливает тепло, а потом постепенно его отдает. Это смягчает климат Земли, и поднимает его температуру.
Климат формируется в значительной степени под влиянием мирового океана. Половина тепла, переносящегося из низких широт в высокие и обратно, циркулирует благодаря водным течениям. Холодные течения делают атмосферу более устойчивой, ослабляют вертикальный перенос воздуха между слоями, уменьшают облачность и влажность воздуха. Холодными являются в основном течения, которые направлены с юга или севера к тропикам.
Теплые океанические течения, напротив, увеличивают конвекцию в атмосфере и способствуют увлажнению воздуха даже на больших высотах. Эти течения, как правило, направлены из низких широт в высокие.
Рельеф земной поверхности также влияет на климат. Выраженные формы рельефа – горы – образуют особую горную климатическую зону. С одной стороны, с увеличением высоты повышается приток солнечной радиации. Однако возрастает и эффективное излучение с поверхности, и расход тепла не возмещается притоком радиации. Поэтому с высотой воздух становится более холодным. Кроме того, горы сильно влияют на воздушную циркуляцию – задерживают и изменяют направление ветров, замедляют движение фронтов.
Влияние солнца на климатЕсли представить, что Земля не имела бы атмосферы, а поверхность планеты была бы однородна, то климат характеризовался бы только количеством получаемого от Солнца тепла. Тогда климат любой местности определялся бы лишь высотой светила, зависящей от широты и времени года. Суммой солнечной радиации называется количество солнечной энергии, поглощаемой поверхностью за определенный отрезок времени (сутки, полугодие или год). Если бы подстилающая поверхность по всей Земле была бы однородной, то южное полушарие из-за особенностей движения Земли по орбите имело бы большую годовую амплитуду приземной температуры воздуха, чем северное. Но из-за преобладания водной поверхности в южном полушарии температуры летом и зимой отличаются меньше, чем в северном. При этом разница между суммами радиации летом и зимой в любом полушарии растет с увеличением широты.
Благодаря неравномерному распределению солнечного тепла, а, следовательно, и давления, на Земле сформировалась целая система постоянных крупных воздушных потоков, соизмеримых по масштабам с большими разделами океанов и континентов. Эту систему называют общей циркуляцией атмосферы. Она обеспечивает воздухо- и влагообмен между материками и океанами, высокими и низкими широтами. Система воздушных течений образована под влиянием многих физических причин: силы Кориолиса (под действием вращения Земли), градиентной силы, силы трения (о подстилающую поверхность). Система усложняется разницей в свойствах суши и воды, особенно в приземном воздушном слое. Нарушают четкую зональность общей циркуляции циклоны и антициклоны, на периферии которых образуются холодные и теплые воздушные течения, благодаря которым воздух циркулирует в меридианальном направлении. Циклоны также развивают движение воздуха по вертикали – благодаря конвекции в атмосферных фронтах.
Влияние рельефа и почвы на климаттакже как и почвы могут влиять на Клима, сам климат влияет на почвы. Климат является одним из самых важных факторов как географии почв, так и их образования. А сам климат уже регулируется по большей части космическими причинами. Проявление наиболее общих законов географического расположения почв связано именно с климатом.
Непосредственное влияние, которое оказывает климат на почвы и их географию, проявляется в разнице гидротермических особенностей формирования видов почв. Именно водный и тепловой режимы оказывают основное влияние на интенсивность и характер процессов, которые происходят в почве. Они регулируют процессы выветривания, интенсивности химических реакций, концентрацию почвенного раствора, растворимости газов, и многие другие. Гидротермальные условия влияют на бактерии и их активность, а значит и скорость разложения останков органики, и многое другое, именно поэтому в различных климатических зонах существенно различаются и скорость выветривания, и почвообразование, и многое другое. Климат определяет и зональность, и вертикальную поясность, что является главной закономерностью распространения почв.
Значительное влияние на климат оказывают крупные формы рельефа - горы. Горы задерживают массы воздуха, приходящие из холодных мест, например с севера. В этом случае горные хребты могут являться границей, разделяющей области с различными климатическими условиями.
Так, климатические условия районов, лежащих к северу от Кавказских гор, будут иными, чем южных.
Горные хребты, расположенные перпендикулярно к преобладающим влажным ветрам, создают благоприятные условия для конденсации водяного пара. Ввиду этого на склонах, обращенных в сторону влажных ветров, осадков выпадает больше, чем на противоположных.
Вся защищенная горами Кавказа полоса побережья Черного моря имеет влажную и теплую зиму. В Сочи средняя зимняя температура порядка 7°, в Батуми - порядка 8°. Количество осадков к югу все возрастает, и Батуми, как известно, принадлежит к самым дождливым местностям России. Колхидская низменность - долина Риони, окруженная с трех сторон горными хребтами и открытая с запада морским влажным ветрам, - отличается очень высокой влажностью и высокими температурами. Здесь успешно возделывается чай, бамбук, мандарины, лимоны, рис и другие субтропические растения.
По другую сторону Кавказского хребта, в районе Минеральных Вод, морозы зимой доходят до -30°, в Пятигорске средняя температура января -5°. Даже сравнительно невысокие Уральские горы оказывают влияние на распределение осадков: количество осадков на западном склоне значительно выше, чем на восточном; средняя сумма осадков в Уфе 599 мм, в Челябинске - 366 мм. Расположены они примерно на одной широте.
Большое влияние на распределение осадков оказывают Гималаи. Юго-западный очень теплый и влажный муссон оставляет на южных склонах Гималайских гор такое количество влаги, которое не наблюдается почти нигде на земном шаре. Станция Черрапунджи вошла во все учебники как место с максимальным количеством осадков: в среднем за год здесь выпадает 11 640 мм, из них 10 150 с мая по сентябрь.
С ноября по февраль осадков выпадает всего 130 мм - типичное выражение муссонного климата. На побережье Бенгальского залива, через.которое муссон проникает в северовосточную Индию, количество осадков всего около 200 мм; оно даже приблизительно не достигает такой величины, как в Черрапунджи, где ливни обусловлены поднятием влажных масс воздуха по склонам хребта. В 1861 г. в Черрапунджи выпало 22 900 мм осадков, из них 9300 мм в одном июле; 14 июня 1876 г. выпало 1036 мм за одни сутки! Если бы эта вода не стекала и не испарялась, она дала бы слой более 1 м глубины. Это суточное количество дождя примерно вдвое больше, чем нормальные годовые суммы осадков для Москвы.
По мере возрастания высоты понижение температуры происходит вследствие удаления от основного источника нагревания - земной поверхности - и увеличения потери тепла излучением! ближе к земной поверхности остаются более плотные, влажные и запыленные слои, задерживающие лучеиспускание.
Кордильеры, Гималаи, Каракорум чаще всего превышают 4000 м и находятся в области постоянного мороза. На склоне Эльбруса, на «Приюте девяти» например, средняя температура летом около 0°, на высочайшем пике Коммунизма около -11°, на вершине Джомолунгма в Гималаях около -28°. Зимой там, конечно, еще гораздо холоднее и, главное, господствуют сильные ветры и бури.