Ким Померанец - Несчастья невских берегов. Из истории петербургских наводнений

Или – зимняя изменчивость погоды:

Циклоны и антициклоны, ответственные за повседневную погоду – лишь один из видов атмосферных движений, пространственно-временное разнообразие которых необычайно широко: от долей секунды и мизерных расстояний до десятков тысячелетий в масштабах всей Земли. Изначальная причина такого разнообразия – в неповторимости и уникальности нашей планеты.

Структура Земли в современную эпоху поддается прямым измерениям и наблюдениям только на поверхности, в космосе, в атмосфере, в океанах и на небольших, всего до немногих километров, глубинах в земной коре. Средний радиус Земли составляет 6370 км – не так уж много, меньше, чем от Петербурга до Хабаровска – и практически на всем этом расстоянии еще не удалось провести прямых измерений внутренней структуры планеты. Об этом судят только по косвенным данным с помощью сейсмического и электромагнитного зондирования путем расчета скоростей упругих волн от очагов землетрясений или от сильных подземных (ядерных) взрывов.

Полученные геофизические данные указывают, что современная Земля состоит из следующих, начиная с самых глубоких, разнородных слоев.

1) Ядро с внутренним твердым слоем на глубинах 5100– 70 км, внешним жидким слоем на глубинах 2900—5000 км и переходным слоем между ними на глубинах от 5000 до 5100 км;

2) Мантия со слоями: нижним (1000—2900 км), средним (400– 1000 км) и верхним (30-400 км).

3) Земная кора – литосфера, верхний слой твердой Земли от поверхности до глубин 30—33 км. Состоит из трех типов пород: изверженных (застывших потоков расплавленной магмы), осадочных (состоящих из пород, разрушенных действием воды и ветра, а также из растворенных веществ и остатков организмов) и метаморфических (состоящих из пород первых двух типов, подвергшихся действию высокой температуры и сильного давления в глубоких слоях литосферы).

Такие представления позволили геофизикам рассматривать Землю, всю ее мантию от ядра до земной коры, как вращающийся толстостенный шар с внутренней жидкой полостью, в которой плавает небольшое шарообразное твердое ядро, могущее вращаться иначе, чем мантия.

4) Гидросфера – Мировой океан, покрывающий планету на 71% ее поверхности. Наличием гидросферы Земля отличается от других планет Солнечной системы. Вода в 800 раз плотнее воздуха. Вода обладает исключительной теплоемкостью: изменение температуры единичного объема воды на 1° изменяет на ту же величину 3,3 тысячи объемов воздуха. Наибольшая плотность воды достигается при +4°, благодаря чему лед остается на ее поверхности. Отличительной особенностью вод Мирового океана является его соленость: на 1 литр воды приходится (грубо) 35 граммов солей, 90% из которых приходится на хлористые соединения. Вода обладает наибольшим поверхностным натяжением среди жидкостей, кроме ртути. На единицу поверхности океана приходится примерно на 20% больше тепла, чем на ту же поверхность суши. Таковы лишь главные особенности гидросферы Земли, оказывающие влияние на атмосферу, на формирование погоды и климата.

5) Атмосфера – внешняя газовая оболочка, ограниченная снизу твердой или жидкой подстилающей поверхностью, то есть сушей или океаном.

Мы занимаемся погодой Петербурга и совсем небольшого, в масштабах Земли, региона, так что крупномасштабные геофизические проблемы нам просто не объять, да и находятся они вне нашей темы. Но рассмотреть подробнее атмосферу Земли нам необходимо. Она – объект удивительный, уникальный (автор надеется, что читатель не взыщет строго за частое употребление этого слова, кстати, используемого ныне по поводу и без повода в самых разных случаях). Атмосфера содержит 5300 триллионов тонн воздуха – вес, который трудно себе представить. Но это всего лишь одна миллионная часть массы всей Земли. Между массами планеты и ее атмосферы существует замечательная (уникальная!) взаимосвязь. Будь Земля легче, ей было бы труднее удерживать свою воздушную оболочку. Луна, например, почти в сто раз легче Земли и вокруг Луны атмосферы нет… Будь Земля тяжелее, ее атмосфера была бы более плотной и тонкой, и погода на нашем шарике была бы совсем иной…

Атмосфера простирается в высоту на сотни и даже на 2000 км. Но как не удивиться тому, что половина массы атмосферы сосредоточена в нижнем 5-километровом слое, три четверти – находится ниже 10 км, 90% – ниже 15 км. Нижний слой атмосферы высотой 10—15 км называют тропосферой. Именно в этом слое формируется и проявляется погода. Температура воздуха в тропосфере падает с высотой от 12—15° у земной поверхности (в среднем) на 6-7° на каждый километр. Тропосфера неоднородна и слоиста по высоте.

У самой земной или водной поверхности располагается приземный слой тропосферы. (Любую поверхность, над которой находится воздух, метеорологи называют «подстилающей».) Высота приземного слоя оценивается от нескольких метров до немногих сотен метров. В этом слое вершится жизнь, здесь обитает самая обширная часть органического мира и живой природы, включая жизнь людей. Явления в этом слое оказывают влияние не только на погоду, но и на существование всего живого. Характер этих явлений и процессов настолько сложен и важен, настолько своеобразен и отличен от процессов в других слоях атмосферы, что учение о приземном слое выделено в отдельную часть метеорологии – микрометеорологию. Ее предметом является изучение переноса тепла, скорости движения, влаги, различных примесей от земной поверхности в более высокие слои атмосферы и обратно к земле.

Над приземным слоем до высот 1-2 км располагается пограничный слой тропосферы (используется разная терминология: планетарный пограничный слой, нижний слой, слой трения, слой возмущения, слой механического перемешивания). Здесь еще достаточно велико влияние подстилающей поверхности, которое выражается в различиях – градиентах – метеорологических элементов с высотой, хотя они и не столь значительны, как в приземном слое. Здесь развиваются нижние обложные и дождевые облака.

Над пограничным слоем находится средний слой тропосферы до высот 6-8 км, теперь именуемый чаще свободной атмосферой. Здесь местные особенности подстилающей поверхности проявляются уже несущественно. Здесь развиваются главные процессы текущей погоды – горизонтальное и вертикальное движение воздуха, формируется основная облачность. Здесь можно пренебречь некоторыми факторами, рассмотреть движение крупных объемов воздуха – воздушных масс – в «чистом» виде, без деталей, затемняющих основной процесс. Здесь с достаточным основанием принимаются определенные допущения, на которых основаны принципы повседневных краткосрочных (на 1-3 суток) прогнозов погоды. Такие прогнозы для свободной атмосферы составить проще, чем для пограничного и приземного слоев, поэтому их составление предшествует прогнозам для нижних слоев.