Тепловой баланс планеты
Тепловой баланс планеты
Главный энергетический рычаг, который управляет погодой на Земле, — это тепло! А откуда наша планета его получает? Ученые подсчитали: более 99,9 процента всей энергии, определяющей состояние погоды и характер климата, а также той, что приводит в движение воды океана, дает Солнце. Конечно, какое-то тепло просачивается и из земных недр. Но его доля очень невелика. Энергия, получаемая из космоса, приводит в действие бесчисленные части огромной «тепловой машины», каковой является Земля. А после использования возвращается в космос.
Казалось бы, можно сделать вывод: солнечные лучи, проходя через атмосферу, нагревают ее, а остаток своего тепла отдают океану и суше. Но это неправильно. Из всей энергии, которой обладает атмосфера, только 20 процентов получает она непосредственно от нагревания солнечными лучами. Большую же часть остальной энергии добавляет в атмосферу океан. Он, как огромный аккумулятор, запасает ее днем, жарким летом, а отдает ночью, смягчая холодные зимы не только в прибрежных районах, но и в глубинах континентов.
Как же регулирует океан тепловой баланс планеты? Из законов физики вы знаете, что для того, чтобы испарить 1 грамм морской воды, нужно затратить 600 калорий тепла. Водяной пар конденсируется, собирается в облака. Ветры гонят облака в высокоширотные районы, где они проливаются дождями. Те же физики подсчитали, что при конденсации пара и выпадении 1 грамма влаги в виде дождя высвобождается около 540 калорий тепла. Ну-ка, сравните… Получается, что львиная доля энергии, запасенная в тропиках, передается через атмосферу к полюсам с помощью одного только испарения. Ведь с поверхности Мирового океана за год испаряется в среднем слой воды толщиной более метра. Те, кто любят математику, могут сами подсчитать и общее количество калорий перенесенного тепла. А есть ведь еще и течения…
Чтобы ясно представить себе взаимодействие океана с атмосферой, ученые — океанологи и метеорологи — должны собрать множество данных. Но при этом нужно иметь в виду, что океан живет, движется и все его параметры непрерывно изменяются. А уж о подвижности атмосферы и говорить нечего.
В Советском Союзе под руководством академика Г. И. Марчука разработан метод математических моделей циркуляции атмосферы и океана. Что такое «математическая модель»? В принципе это система уравнений, которые описывают те или иные взаимосвязанные процессы в сложных системах. У океанологов такой системой является океан, у метеорологов — атмосфера Земли, воздушный океан. Решают эти уравнения с помощью электронных вычислительных машин.
Математические модели — на редкость удачное изобретение человеческого разума. С их помощью на бумаге можно создать аналоги самых разных условий. Задумали, предположим, люди перекрыть плотинами морские проливы. А по ним идут океанские течения. Чем обернется для всей Земли задуманное мероприятие? И на этот вопрос могут дать ответ математические модели. Для математиков существуют задачи местного значения, а есть и глобальные. Вот сравнительно недавно возникла, к примеру, такая проблема. Развивающаяся промышленность с каждым годом увеличивает количество углекислого газа, который выбрасывается в атмосферу. Казалось бы, ничего особенного: углекислый газ — вещество прозрачное, солнечные лучи не задерживает; кроме того, он служит для питания растений… Но оказывается, есть у углекислого газа коварное свойство: световые лучи он пропускает, а вот тепловые — задерживает. Получается, что солнечное излучение к поверхности Земли проходит беспрепятственно, а тепло от нагретой воды и суши обратно в космос не уходит. Как стекло парника прикрывает углекислый газ нашу планету. Значит, и температура у поверхности растет.
Вы можете подумать: «Ну и что же здесь плохого? Пусть будет тепла побольше, станут в Москве, в Ленинграде, а то, может, и в Мурманске пальмы расти…» На самом деле потепление обернется для нас неисчислимыми бедами. Начнут таять льды и вечные снега. Дополнительная вода хлынет в мировой океан, поднимет его уровень, затопит прибрежные города. Если растают полярные ледяные шапки, уровень Мирового океана поднимется примерно на 60 метров!
Но возможна ли такая глобальная катастрофа? Чтобы точно ответить на этот вопрос, нужно очень тщательно составлять математические модели. Учитывать в них не только нынешние достижения науки, но и запрограммировать прогнозы будущего. Пока мы можем только сказать, что тепловой баланс нашей планеты не очень-то устойчив. Следы прошедших эпох показывают, что климат Земли в прошлом испытывал весьма существенные колебания. За время существования человека таких колебаний было несколько. Ученые называют их циклами оледенения. На протяжении каждого такого цикла Земля переходила от состояния межледниковья к состоянию оледенения и обратно. К сожалению, ледниковые фазы каждый раз длились значительно дольше, чем межледниковья.
В периоды оледенений горные ледники, морские льды и ледяные щиты значительно вырастали в своих размерах. Из океана вымораживалась вода, и уровень его понижался. Например, в период последнего большого оледенения, максимум которого был всего восемнадцать тысяч лет назад, уровень Мирового океана понизился более чем на 100 метров, обнажив большую часть шельфа.
Но не только большие ледниковые периоды грозят Земле. Они все-таки бывают довольно редко. Но даже в периоды межледниковья бывают на нашей планете так называемые малые ледниковые периоды. Так, собрав множество судовых наблюдений и внимательно выбрав из старинных летописей и хроник все упоминания о погоде прошлых лет, ученые установили, что примерно с 1450 по 1850 год зимы на Земле были куда суровее, чем в наше время. Лето было короче и не таким жарким, а горные ледники спускались значительно ниже своих сегодняшних границ. Моряки отмечали, что и ледяная кромка в Атлантике проходила намного южнее.
Почему? В чем причина такого катаклизма? На этот вопрос наука пока ответить не может. Представляете, сколько в этой области предстоит еще работать!
Сколько открытий ждет будущих океанологов и метеорологов! Перспективы для них поистине замечательные.