Распределение тепла на Земле

В нагревании Земли Солнцем два основных механизма: 1) солнечная энергия передается через мировое пространство в форме лучистой энергии; 2) лучистая энергия, поглощенная Землей, преобразуется в тепловую.

Количество солнечной радиации, получаемое Землей, зависит:

1) от расстояния между Землей и Солнцем. Ближе всего к Солнцу Земля в начале января, дальше всего в начале июля; разница между этими двумя расстояниями - 5 млн. км, вследствие чего, Земля в первом случае получает на 3,4% больше, а во втором на 3,5% меньше радиации, чем при среднем расстоянии от Земли до Солнца (в начале апреля и в начале октября);

2) от угла падения солнечных лучей на земную поверхность, зависящего в свою очередь от географической широты, высоты Солнца над горизонтом (меняющейся в течение суток и по временам года), характера рельефа земной поверхности;

3) от преобразования лучистой энергии в атмосфере (рассеяние, поглощение, отражение обратно в мировое пространство) и на поверхности Земли. Среднее альбедо Земли - 43%.

Картина годового теплового баланса по широтным зонам (в калориях на 1 кв. см в 1 мин.) представлена в таблице II.

Поглощенная радиация к полюсам убывает, а длинноволновое излучение практически не меняется. Возникающие между низкими и высокими широтами температурные контрасты смягчаются переносом тепла морскими и главным образом воздушными течениями от низких широт к высоким; количество переносимого тепла указано в последней колонке таблицы.

Для общегеографических выводов важны также и ритмические колебания радиации из-за смены времен года, так как от этого зависит и ритмика теплового режима в той или иной местности.

По особенностям облучения Земли под разными широтами можно наметить и «черновые» контуры тепловых поясов.

В поясе, заключенном между тропиками, лучи Солнца в полдень все время падают под большим углом. Солнце дважды в году бывает в зените, разница в продолжительности дня и ночи невелика, приток тепла в году большой и сравнительно равномерный. Это - жаркий пояс.

Между полюсами и полярными кругами день и ночь могут длиться по отдельности больше суток. В долгие ночи (зимой) - сильное выхолаживание, так как притока тепла нет вовсе, но и в долгие дни (летом) нагревание незначительно вследствие низкого стояния Солнца над горизонтом, отражения радиации снегом и льдом и траты тепла на таяние снега и льдов. Это - холодный пояс.

Умеренные пояса располагаются между тропиками и полярными кругами. Так как Солнце летом стоит высоко, а зимой низко, колебания температуры в году довольно велики.

Однако помимо географической широты (стало быть, солнечной радиации) на распределение тепла на Земле влияют еще характер распределения суши и моря, рельеф, высота местности над уровнем моря, морские и воздушные течения. Если принять во внимание и эти факторы, то границы тепловых поясов нельзя совместить с параллелями. Оттого в качестве границ берут изотермы: годовые - для выделения того пояса, в котором годовые амплитуды температуры воздуха малы, и изотермы самого теплого месяца - для выделения тех поясов, где колебания температуры в году более резкие. По этому принципу на Земле различают такие тепловые пояса:

) теплый, или жаркий, ограниченный в каждом полушарии годовой изотермой +20°, проходящей вблизи 30-й северной и 30-й южной параллели;

-3) два умеренных пояса, которые в каждом полушарии лежат между годовой изотермой +20° и изотермой + 10° самого теплого месяца (соответственно июля или января); в Долине смерти (Калифорния) отмечена наивысшая на земном шаре июльская Температура + 56,7°;

-5) два холодных пояса, в которых средняя температура самого теплого в данном полушарии месяца менее +10°; иногда из холодных поясов выделяют две области вечного мороза со средней температурой самого теплого месяца ниже 0°. В северном полушарии это внутренняя часть Гренландии и, возможно, пространство около полюса; в южном полушарии - все, что лежит к югу от 60-й параллели. Особенно холодна Антарктида; здесь в августе 1960 г. на станции Восток зарегистрирована самая низкая на Земле температура воздуха -88,3°.

Связь между распределением температуры на Земле и распределением приходящей солнечной радиации совершенно отчетливая. Однако прямая зависимость между убыванием средних величин приходящей радиации и понижением температуры при возрастании широты существует только зимой. Летом же в течение нескольких месяцев в районе Северного полюса по причине большей здесь продолжительности дня сумма радиации заметно выше, чем на экваторе (рис. 2). Если бы летом распределение температуры отвечало распределению радиации, то летняя температура воздуха в Арктике была бы близка к тропической. Этого нет только потому, что в полярных районах существует ледяной покров (альбедо снега в высоких широтах достигает 70-90% и много тепла затрачивается на таяние снега и льда). При его отсутствии в Центральной Арктике летняя температура была бы 10-20°, зимняя 5-10°, т.е. сформировался бы совсем другой климат, при котором арктические острова и побережья могли одеться богатой растительностью, если бы тому не препятствовали многосуточные и даже многомесячные полярные ночи (невозможность фотосинтеза). То же было бы и в Антарктиде, только с оттенками «континентальности»: лето было бы теплее, чем в Арктике (ближе к тропическим условиям), зима - холоднее. Стало быть, ледяной покров Арктики и Антарктики - это скорее причина, чем следствие низких температур в высоких широтах. [8, 203]

Эти данные и соображения, не нарушая фактической, наблюдаемой закономерности зонального распределения тепла на Земле, ставят проблему генезиса тепловых поясов в новом и несколько неожиданном разрезе. Получается, например, что оледенение и климат - это не следствие и причина, а два разных следствия одной общей причины: какое-то изменение природных условий вызывает оледенение, а уже под влиянием последнего происходят решающие изменения климата. И все же хотя бы локальное изменение климата должно предшествовать оледенению, ибо для существования льда нужны вполне определенные условия температуры и влажности. Местная масса льда может повлиять на местный климат, что даст ей возможность разрастись, затем изменить климат более обширного района, получая стимул к дальнейшему разрастанию, и т.д. Когда такой расползающийся «ледяной лишай» (термин Гернета) охватит огромное пространство, он и приведет к коренному изменению климата на этом пространстве.