Влияние почвенного и растительного покровов на климат

Почвенный покров оказывает большое влияние на климат. Солнечная радиация, как известно, поглощается главным об­разом не атмосферой, а поверхностью почвы, которая преобра­зует лучистую энергию Солнца в тепловую энергию и нагревается. Часть этого тепла передается затем воздуху и идет на его нагревание. Таким образом, поверхность Земли является непосредственным источником тепла для атмосферы, кроме очень высоких ее слоев. Поэтому физическое состояние слоев воздуха, прилегающих к поверхности почвы, в сильной степени зависит от теплового состояния их, определяемого мно­гими факторами. Из них очень важными являются теплоем­кость и теплопроводность почвы, зависящие в сильной степени от влажности почвы и количества содержащегося в ней воз­духа.

♦ Присутствие воды в почве увеличивает ее объемную тепло­емкость, и последняя сильно возрастает по мере увеличения влажности почвы. ♦ Наоборот, чем больше воздуха в почве, тем меньше ее объемная теплоемкость. Влажные почвы медленнее нагре­ваются и медленнее охлаждаются, чем сухие; кроме того, влажные почвы по сравнению с сухими имеют повышенную теплопроводность. Все эти явления сказываются на температуре приземного слоя воздуха.

На климат большое влияние оказывает и растительный покров:

- защищает почву днем от нагревания, а в ночное время от охлаждения;

- абсолютная влажность воздуха внутри растительного по­крова повышена, так как растения испаряют много воды и этим способствуют обогащению водяным паром приземного слоя воздуха.

Лес понижает температуру воздуха на занимаемой террито­рии, заметно увеличивает количество осадков, выпадающих на занимаемой им территории (увеличение турбулентности, понижение температуры и образование дополнительного слоя конденсации). Лес уменьшает поверхностный сток и выравнивает его в отдельные времена года, препятствует размыву почвы и грунта и выносу про­дуктов размыва в реки.

Влияние снежного покрова на климат

Снежный покров, являясь продуктом климата в умеренных и высоких широтах, оказывает большое влияние на климат местности.

Снежный покров обладает плохой теплопроводностью, особенно в рыхлом состоянии. Он является изолятором, задер­живающим теплообмен между почвой и воздухом.

Снежный покров уменьшает суточные колебания темпера­туры почвы.

Снежный покров оказывает большое влияние и на годовой ход температуры почвы. В многоснежные зимы температура почвы часто бывает выше нормы. Однако в некоторые много­снежные зимы она может быть и ниже нормы. Это бывает в случае, когда до установления снежного покрова или в пе­риод незначительной его высоты наблюдается холодная по­года.

Снежный покров весной при таянии дает много воды, значи­тельная часть которой проникает в почву. Благодаря этому в почве создаются запасы воды, необходимые для роста и раз­вития растений.

Циркуляционные факторы климата

Циркуляция атмосферы. Общей циркуляцией атмосферы называют систему крупномасштабных воздушных течений, по размерам соизмеримых с большими частями материков и океанов.

Главная причина возникновения воздушных течений – неравномерное распределение атмосферного давления, которое обусловлено неравномерным распределением по поверхности Земли тепла, получаемого от Солнца.

Изменения температуры воздуха и связанного с ней давления имеют зональный характер, при котором области высокого и низкого давления в каждом полушарии чередуются. На полюсах располагаются области высокого давления, на широте 65⁰ с. и ю.ш. – субполярные пояса низкого давления; на широте 35⁰ – субтропические пояса высокого давления; на экваторе – пояс низкого давления.

* Сила Кориолиса, циклоны и антициклоны существенно нарушают зональность общей циркуляции.

Океанические течения. Особое значение для формирования климата имеет взаимодействие между океаном и атмосферой, проявляющееся в обмене теплом, влагой, количеством движения. Океан представляет собой огромный аккумулятор солнечного тепла и влаги. Благодаря ему на Земле сглаживаются резкие колебания температуры.

Океаническая циркуляция, возникающая в основном под действием циркуляции атмосферы, играет важную роль в межширотном переносе тепла. Установлено, что около половины общего адвективного переноса тепла из низких широт в высокие и из высоких широт в низкие осуществляется океаническими течениями, а остальная половина – через атмосферную циркуляцию.

Океанические течения в первую очередь оказывают влияние на температуру воздуха, ее распределение и температурную стратификацию воздушных масс.

♦ Холодные течения усиливают устойчивость атмосферы и тем самым ослабляют вертикальный обмен воздуха и водяных паров.

♦ Теплые течения, наоборот, способствуют развитию тер­мической конвекции в атмосфере и, следовательно, увлаж­нению воздуха до значительных высот. Особенно велика неустойчивость воздуха над теплыми течениями в зимнее время, что нередко приводит к зимним грозам.

Течения в широтном направлении являются нейтраль­ными, так как не участвуют в межширотном переносе тепла (к ним относятся северное пассатное, южное пассатное, экваториальное противотечение и др).

• Понятие о местном климате, микроклимате и фитоклимате

Климат отдельных типов местности называется местным климатом. Он заметно проявляется на фоне общих климатических условий данной физико-географической провинции.

В каждом типе местности имеются небольшие участки, на которых под влиянием природных условий могут возникать особые проявления местного климата. Так, в пойменном типе местности всегда имеются участки, занимаемые лугом, лесом и т.д. На таких участках создаются свои климатические особенности. Климат, создающийся на отдельных участках под влиянием соответствующих природных различий, называется микроклиматом данного участка.

Местный климат характеризует некоторые средние условия между макроклиматом и микроклиматом.

Выделяют еще фитоклимат, т.е. микроклимат среды обитания растений. Он формируется из микроклимата приземного слоя воздуха, в котором находится надземная часть растений, и микроклимата верхнего слоя почвы, в котором располагается корневая система их.

Типы микроклиматов.

1. Пойм рек: относительная влажность воздуха в среднем за сутки выше на 10%; высота снежного покрова выше; грунтовые воды залегают неглубоко.

2. Болот: вследствие малой теплопроводности торфа верхний слой днем значительно нагревается; разная растительность обусловливает разнообразие микроклиматических условий; промерзают позднее, чем суходолы.

3. Городов: большое влияние загрязнений; здания нагреваются быстрее, поскольку имеют большую поглощательную способность; прогревание воздуха за счет дополнительного тепла в результате хозяйственной деятельности человека; городской воздух суше, т.к. меньше водяного пара; более высокое содержание ядер конденсации.

4. Песков: термический режим зависит от цвета, влажности, структуры; обладают большой водопроницаемостью.

5. Полезащитных лесных полос: уменьшают скорость ветра; ослабляют перемешивание приземного слоя воздуха; сокращается испарение; повышают влажность; большее накопление воды; уменьшение стока.

6. Водохранилищ.

• Типы классификаций и их принципы

На поверхности земного шара наблюдается большое разно­образие климатов. Существуют различные классификации, при­водящие климаты земного шара в определенную систему и даю­щие границы распространения отдельных типов климата.

В основу своей классификации Кеппен положил средние температуры определенных месяцев (самого теплого и самого холодного), среднюю годовую температуру и осадки (средние месячные и годовые количества).

Кеппен выделил 5 основных типов климата: тропический влажный, сухой, умеренно теплый, умеренно холодный и сне­говой. Выделенные Кеппеном основные типы климата характери­зуются следующими свойствами.

1. Тропический влажный климат. Средняя температура самого холодного месяца не ниже 18 ⁰С. Осадков выпадает много.

2. Сухой климат. Средняя температура самого теплого ме­сяца выше 10 ⁰С.

3. Умеренно теплый климат. Средняя температура самого холодного месяца от -3 до 18 ⁰С.

4. Умеренно холодный климат. Средняя температура самого теплого месяца выше 10 ⁰С, а самого холодного ниже -3 ⁰С.

5. Снеговой климат. Средняя температура самого теплого месяца ниже 10 ⁰С.

Большое распространение имеет классификация климатов, предложенная Л.С. Бергом. Она построена на географическом принципе. В классификации Берга учтены ландшафтные зоны тундры, тайги, лиственных лесов и т.д.

По классификации Берга на низинах различают следующие климаты:

1. вечного мороза (климат данных мест очень суровый);

2. тундры (тундра безлесна; зона арктического воздуха; годовая сумма осадков 200...400 мм; большое распространение имеет многолетняя мерзлота);

3. тайги (характеризуется большой континентальностью; осадков в тайге выпадает до 300...600 мм в год; вегетационный период более длинный, чем в тундре);

4. лиственных лесов умеренной зоны (благоприятен для растений, чем климат тайги; лето здесь более теплое, зима ме­нее холодная; осадков выпадает до 500...600 мм в год);

5. муссонный климат умеренных широт (в летнее время в этих местах господствует летний муссон в виде южного и юго-восточного ветра, приносящего влажные массы воздуха с океана, поэтому в данных местах выпа­дает большое количество осадков; зимой муссон представляет северный и северо-западный поток континентального воздуха; годовая сумма осадков до­стигает 600...1000 мм и выше).

6. степей (характеризуется засушливым климатом; осадков в большей части степной зоны выпадает не более 450 мм в год; испарение весьма значительно; преобладающей воздушной массой в степной зоне является континентальный воздух умеренных широт, трансформирую­щийся в летнее время в континентальный тропический воздух);

7. средиземноморский (характерной чертой является особое распределение осадков в течение года: осадки в условиях этого климата выпадают главным образом зимой, лето же здесь сухое; го­довое количество осадков в сильной степени зависит от рель­ефа и колеблется от 300 до 1000 мм и более);

8. субтропических лесов (характеризуется теплой зимой и жарким, сырым летом; годовая сумма осадков превышает 1000 мм);

9. внетропических пустынь (характеризуется большой сухостью и весьма значи­тельным испарением; осадков выпадает менее 250...300 мм за год);

10. субтропических пустынь (преобладающей воздушной массой в зоне пустынь является континентальный тропический воздух; осадков здесь выпадает меньше 250 мм за год);

11. саванн (тропическая лесостепь; характеризуется сезонной сменой воздушных масс: летнее время в саваннах преобладает влажный воздух, при­ходящий с экватора, в зимнее время – сухой континентальный тропический воздух, приносимый пассатами; годовая сумма осадков достигает 1000 мм);

12. влажного тропического леса (характеризуется высокой постоянной температурой и обильными осадками, выпадающими в течение большей части года).

Классификация Берга под­черкивает, что между климатом, рельефом, почвенным покровом и растительностью наблюдается самая тесная связь и взаимо­действие.

• Основные гипотезы изменения и колебания климата

Окружающая нас природа – географическая среда – не ос­тается постоянной. Она находится в процессе непрерывного из­менения и развития. Изменениям подвергается и климат, яв­ляющийся одним из элементов этой среды, причем изменения его совершаются не обособленно, а в тесной связи и взаимодей­ствии с другими элементами географической среды. Из них наи­более важными являются распределение суши и моря, рельеф, почвенный и растительный покровы, животный мир и др.

Существует ряд гипотез, объясняющих коренные изменения климата. По этим гипотезам, климаты могут изменяться под влиянием космических, астрономических и геологических фак­торов.

1. Гипотезы, основанные на действии космических факто­ров, объясняют изменения климата колебаниями солнечной постоянной. Изменения этой величины могут быть вызваны или непосредственным изменением интенсивности солнечного излу­чения и его спектрального состава в связи с эволюцией Солнца, или тем, что при движении в мировом пространстве солнеч­ная система пересекает участки этого пространства различной прозрачности. При прохождении менее прозрачных участков мирового пространства солнечная постоянная уменьшается и, наоборот, при прохождении более прозрачных – увеличивается.

2. Гипотезы, в основе которых лежат астрономические фак­торы, полагают, что колебания климата могут происходить под влиянием изменений некоторых астрономических величин, а именно: наклона плоскости эклиптики, изменения эксцентри­ситета земной орбиты и др.

Наклон эклиптики, т. е. наклон пло­скости земной орбиты к плоскости земного экватора, не остается постоянным. В настоящее время он равен приблизительно 23,5⁰, а вообще изменяется от 22 до 24,5⁰ в течение примерно 40 000 лет. Увеличение наклона вызывает повышение темпера­туры в высоких широтах и понижение ее в тропических, умень­шение – противоположные изменения.

Что же касается влияния изменения эксцентриситета земной орбиты на климат, то нужно указать следующее. Земля, как известно, вращается вокруг Солнца не по кругу, а по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Представление о форме земной орбиты дает величина ее эксцентриситета. Чем больше она, тем эллипс значительнее отличается от круга. Эксцентриситет земной орбиты очень мал. В настоящее время он равен 0,017, но может сокращаться почти до нуля, и тогда орбита Земли превращается почти в круг. В другие эпохи экс­центриситет может увеличиться до 0,068, и тогда земная орбита приобретет наибольшую растянутость. Период колебания эксцентриситета земной орбиты определяется в 92 000 лет. Чем больше эксцентриситет, тем Солнце будет ближе к Земле зимой в северном полушарии. В этом случае зимы должны быть ко­роче и теплее, лето же, напротив, более длинным и прохладным. В южном полушарии должна наблюдаться обратная картина, т. е. более длинные зимы и более жаркое и короткое лето.

Все эти астрономические факторы, имеющие различные пе­риоды изменений, действуют на климат одновременно. Вслед­ствие этого влияние одного из этих факторов может усили­ваться или ослабляться влиянием других, накладывающихся на первый.

3. Не отрицая влияния астрономических факторов, А. И. Воей­ков, однако, считал, что основным фактором, вызывавшим из­менения климата в отдельные геологические эпохи и периоды, были изменения в характере подстилающей поверхности – изменения в распределении суши и моря, изменения высоты суши над уровнем моря, береговой линии, рельефа, раститель­ного покрова и т. д.

Из гипотез, объясняющих колебания климата под воздейст­вием геологических причин, большой интерес вызывает гипо­теза, полагающая, что причиной этих колебаний в различные геологические периоды были перемещения полюсов земной оси и движения континентов. В связи с этим происходили измене­ния в расположении географических широт, приводившие к тому, что некоторые климатические зоны стали находиться ближе к полюсам, другие же, наоборот, стали располагаться дальше от них. В первом случае происходило изменение кли­матических условий в сторону похолодания, во втором – в сто­рону потепления. Такая гипотеза позволяет объяснить многие явления, которые остаются до сего времени непонятными, в ча­стности происхождение остатков тропических растений, нахо­димых теперь на Крайнем Севере.

4. Существует также гипотеза, объясняющая колебания климата изменением содержания углекислоты в воздухе. Этот газ хорошо пропускает энергию, излучаемую Солнцем, и задержи­вает длинноволновое излучение Земли. Увеличение количества углекислоты в воздухе может вызвать повышение температуры воздуха, уменьшение же ее количества, наоборот, – понижение.

5. Имеются и другие гипотезы, согласно которым возможными факторами изменения климата могли быть вулканические извержения, которые, с одной стороны, понижают прозрачность атмосферы (за счет выделения серной кислоты и т.д.), с другой – уменьшают эффективное излучение (за счет повы­шения концентрации СО₂ и др.).

• Изменения климата

Под изменениями климата принято понимать однона­правленные изменения, например, в сторону потепления или похолодания за весьма длительный период геологиче­ских эпох.

В зависимости от отдаленности рассматриваемого про­межутка времени от нашего климатологи различают изме­нения климата геологического прошлого, исторические и современные (изменения климата за период инструментальных наблюдений).

По современным данным, возраст Земли составляет 4,6 млрд. лет. Так как эволюция климата происходила в свя­зи с геологической эволюцией Земли, то при изучении климатов прошлого шкалой времени служит геологическая шкала. Согласно этой шкале времени вся история Земли, развития жизни на ней и изменений климата укладывается в два отрезка времени: докембрий и фанерозой. Граница между ними принята по геологическому принципу: в отло­жениях фанерозоя встречаются явные следы жизни, что соответствует значению самого слова «фанерозой» – «эра явной жизни». В докембрии следы жизни обнаруживаются плохо. На фанерозой приходится около 15% всего времени существования Земли.

В результате многократной переплавки первичной зем­ной коры в период ее формирования (от 4,6 до 3,8 млрд. лет назад) горные породы не сохранились. Эту эру называют догеологической.

Докембрий, на который приходится почти 65% време­ни, истекшего после образования Земли, подразделяется на эру архея (3,8-2,6 млрд. лет назад) и эру протерозоя (2,6-0,57 млрд. лет назад). В начале архейской эры сформировались древние поро­ды, затем, около 3 млрд. лет назад, появились фотосинтезирующие бактерии, одноклеточные микроскопические водо­росли.

Фанерозой подразделяется на три эры разной продолжи­тельности: палеозой – эру древней жизни (570-230 млн. лет назад), мезозой – эру средней жизни (230-70 млн. лет назад), кайнозой – эру новой жизни (70 млн. лет назад – до наших дней). Мы живем в кайнозое.

В кайнозойской эре выделено всего два периода: третичный (70-1 млн. лет) и четвертичный (1 млн. лет назад).