Батыр Каррыев - Катастрофы в природе: климат и погода. Факты, причины, гипотезы и последствия

На протяжении последних ста миллионов лет содержание углекислого газа в атмосфере неуклонно падало. На этом тренде в отдельные периоды его количество в воздухе было близким к современному, но в другие увеличивалось в 10—15 раз. Эпохи с высоким содержанием атмосферной углекислоты были более тёплыми. Причиной изменения и колебаний содержания углекислого газа в атмосфере становилась вулканическая и тектоническая деятельность, возникновение и развитие биосферы.

Влияние на атмосферный теплообмен водной поверхности и суши неодинаково поскольку отражающая способность первой намного ниже, чем у второй. В периоды нагревания суши воздух над ней теплее, чем над водными пространствами из-за того, что большую часть своего тепла вода передаёт нижележащим глубинным слоям, а меньшая уходит на нагревание воздуха и испарение воды. Затем, накопив в тёплое время года тепло океаны, моря и крупные водоёмы при похолодании отдают его воздуху.

До 35—50% полученного сушей лучистого тепла тратится на нагрев прилегающего к ней слоя атмосферы. В этом процессе важную роль играет её топография, отражательная способность-альбедо, высота над уровнем моря, тип растительного покрова и сезонное состояние.

Внутри воздушных масс происходит вертикальное перемещение – конвекция, обусловленная нагреванием воздуха на контакте с более нагретой солнечной радиацией поверхностью океана или суши. Перемешивание воздуха приводит к быстрой передаче тепла из одних слоёв атмосферы в другие.

Земная поверхность обладает различной отражающей способностью солнечных лучей – величиной альбедо. Из-за этого различные её участки по-разному поглощают тепло. Из-за неравномерного нагревания возникают перепады давления в атмосфере приводящие в движение воздушные и водные массы. Большую роль в переносе тепла играют морские течения, так как вода поглощает и накапливает его значительно больше, чем воздух. Из-за этого более сильные отклонения от средних температур наблюдаются на морских побережьях.

В наиболее прогреваемых солнечной радиацией местах нагретый воздух имеет меньшую плотность и поднимается вверх, образуя области пониженного атмосферного давления. Чем ближе к экватору и дальше от полюсов расположена местность, тем лучше она прогревается. Поэтому в экваториальной части земного шара расположена область постоянно низкого атмосферного давления, а зоны высокого давления приурочены к полярным областям планеты.

Горизонтальные движения воздуха возникают в направлении от области высокого давления к низкому. Это привело к тому, что в нижних слоях атмосферы происходит преобладающее движение воздуха от полюсов к экватору. Из-за вращения Земли на него действует сила Кориолиса отклоняя воздушные массы к западу. В свою очередь в верхних слоях тропосферы образуется обратное движение воздушных масс от экватора к полюсам, которые сила Кориолиса отклоняет к востоку.

Ближе к тридцати градусам северной и южной широты движение становится направленным с запада на восток параллельно экватору. С этих широт воздух опускается вниз к земной поверхности формируя область высокого давления из которой по направлению к экватору и на запад дуют постоянные ветры – пассаты. Из-за силы Кориолиса при приближении к экватору они дуют почти параллельно ему.

Общая циркуляция земной атмосферы – это планетарная система воздушных течений, возникшая из-за неоднородного прогревания поверхности на разных широтах, над материками и Мировым океаном. Ими определён глобальный перенос тепла и влаги в тропосфере пассатами, муссонами и воздушными течениями, связанными с циклонами и антициклонами.

Воздушные течения верхних слоёв тропосферы от экватора к тропикам называются антипассатами. Они вместе с пассатами образуют непрерывный круговорот воздуха между экватором и тропиками. Между пассатами Северного и Южного полушарий сформировалась внутритропическая зона конвергенции. В течение года она смещается от экватора в более нагретое летнее полушарие. Из-за этого в некоторых местах, особенно в бассейне Индийского океана, где основное направление переноса воздуха зимой с запада на восток, летом изменяется на противоположное.

Из-за перепадов давления и вращения планеты вокруг своей оси её воздух вовлечён в непрерывный процесс атмосферной циркуляции. В основном между четырьмя основными широтными поясами атмосферного давления, образование которых является причиной как приземного, так и высотного распределения ветров на планете.

Циклоническая деятельность связывает зону тропической циркуляции с циркуляцией в умеренных широтах и между ними происходит обмен тёплым и холодным воздухом. Тем самым происходит перенос тепла из низких широт в высокие, а холода из высоких широт в низкие, что формирует термический режим Земли. Циркуляция атмосферы непрерывно изменяется, как из-за сезонных изменений в распределении тепла на земной поверхности и в атмосфере, так и из-за образования и перемещения в атмосфере циклонов и антициклонов.

Гидросфера – это водные ресурсы Земли, которые подразделяют на Мировой океан, континентальные поверхностные и подземные воды. Поскольку первичная земная кора возникла из остывающего мантийного расплава и состояла из базальтового слоя температура земной поверхности составляла более ста градусов по Цельсию и изначально вода находилась в парообразном состоянии. В процессе остывания Земли конденсация паров в атмосфере привела к появлению у неё первичной водной оболочки – океана Мировия.

Несмотря на то, что составляющие воду водород и кислород являются самыми распространёнными веществами в космосе вопрос появления её на Земле остаётся предметом научных дискуссий. Выдвинуты две основные гипотезы. По первой вода внеземного происхождения и занесена на планету кометами или содержащими воду астероидами. За миллиарды лет они могли занести на неё примерно половину всей составляющей Мировой океан воды – около 700 млрд. мегатонн. По второй, основная часть воды земного происхождения и изначально она имелась в составе протопланетного диска, из которого сформировалась Земля.

Первоокеан возник в результате разогрева водосодержащих минералов и горных пород в конце периода формирования Земли как планеты (подробнее Б. Каррыев «Катастрофы в природе: Стихия воды», 2017). Его вода заполнила впадины и низины на земной поверхности. Из 4,5 млрд. лет существования 3емли Мировой океан существует примерно 3,8—4,2 млрд., а современным океанам и морям не больше двухсот миллионов лет.