книги из ГПНТБ / Колобков Н.В. Атмосфера и ее жизнь

готовится горячая пища для сотрудников обсерватории. В Египте близ Каира установлена солнечная паровая машина мощностью в 100 л. с.

В Ташкенте физику К. Г. Трофимову в аккумуляторе солнечной энергии удалось получить температуру до 225° в ясный летний день и до 100° в облачный (за счет рас­ сеянной радиации). Там же работают на солнечной энер­ гии баня и несколько прачечных.

Коллектив гелиогруппы энергетического института Академии наук СССР работает над проблемой использо­ вания солнечной энергии в народном хозяйстве. На Таш­ кентском консервном заводе установлен гелиокотел, рас­ считанный на давление в 10 атмосфер. Солнечная энер­ гия концентрируется зеркальным параболоидом диамет­ ром в 10 м. В фокусе зеркала создается температура до 1500°. Гелиогруппа испытывала и другие установки, пред­ назначенные для промышленных и бытовых целей. Оправдали себя и солнечные кухни, солнечная сушилка для фруктов и овощей и многие другие объекты.

Наибольший интерес представляет высокотемператур­ ная гелиоустановка, в фокусе которой создается темпе­ ратура от 3500 до 4000°. Используя эту установку, науч­ ные работники легко плавили различные металлы, в том числе и вольфрам.

Солнечные приборы можно устанавливать повсюду, где в году бывает в среднем даже 100—120 солнечных дней. В этих условиях, они окупают себя за четыре-пять лет. Подсчитано, что приготовление горячей воды сол­ нечными нагревателями в южных районах СССР дает ежегодно экономию в 9 млн. ттоплива.

Ученые открыли поразительную способность полупро­ водников превращать тепло в холод, а холод в тепло. Полупроводниками называются вещества, которые плохо проводят ток, но не являются изоляторами. К числу та-

30

Ких веществ относятся германий, селен, кремний и неко­ торые другие. Полупроводники могут создавать разницу в температуре, достигающую 60°. Это значит, что, нагрев один конец цепи, составленной из полупроводников, до 40° тепла, можно получить на другом ее конце 20° холо­ да. Так работает, например, полупроводниковый холо­ дильник: часть цепи, помещенной внутри него, охлажда­ ется нагреванием противоположной части, выведенной наружу.

Мысль ученых идет еще дальше: а что если увеличить площадь опыта до размеров жилого дома, а цепь повер­ нуть, выведя ее охлаждающийся конец наружу? Тогда внешний холод нагреет находящуюся внутри дома часть полупроводника. В этом случае квартиры будет обогре­ вать мороз!

Однако при всех достижениях нельзя не отметить, что силовые гелиоустановки громоздки и коэффициент ис­ пользования в них солнечной энергии низок — он не пре­ вышает 8—10%. Объясняется это тем, что лучистая энер­ гия'должна сначала превратиться в тепловую, а потом уже в механическую. При каждом же превращении часть энергии теряется.

И вот перед учеными встал вопрос: нельзя ли лучи­ стую энергию Солнца сразу же превращать в электриче­ скую?

В физических лабораториях уже сейчас есть возмож­ ность получать электроэнергию от Солнца со значитель­ но более высоким коэффициентом полезного действия. Это полупроводниковые термоэлементы и фотоэлементы. И вот если под лучистую энергию Солнца поставить фото­ элементы, то с каждого гектара поверхности, покрытой ими, можно было бы получать 1000 кет энергии. Пусты­ ни, крыши домов превратятся в источники огромного ко­ личества энергии, если удастся разработать дешевые

31

способы ее получения. В солнечных республиках Средней Азии и Закавказья таким установкам принадлежит боль­ шое будущее.

Круговорот воды в атмосфере

Изучение круговорота воды в атмосфере приобретает исключительное значение в связи с гигантскими работами по преобразованию природы. Научные исследования кру­ говорота воды в атмосфере особенно важны для правиль­ ного решения задачи накопления воды в больших и ма­ лых водохранилищах. Не менее важно последующее ее распределение через оросительную систему и направле­ ние воды на лопасти гигантских турбин мощных гидро­ электростанций.

Вода участвует почти в любом процессе, происходя­ щем на Земле. Она поддерживает жизнь растений. Вме­ сте с солнечной энергией она создает климатические поя­ са и зоны. Воду можно найти везде — и в атмосфере и в почве. Даже в организме самого человека около 70% веса составляет вода.

Циркуляция воды в природе возникает под влиянием теплового излучения Солнца. Испаряясь с поверхности морей и океанов, вода переносится воздушными течения­ ми в различные районы земного шара, где и выпа­ дает в виде осадков.

Когда осадки бывают над сушей, часть их возвраща­ ется в море через* реки и ручьи и в каком-то количестве подземным стоком, а другая часть воды снова испаряется и поступает в атмосферу. Таким образом осуществля­ ется круговорот воды.

Мы уже говорили, что на водное пространство земно­ го шара приходится 71% всей его поверхности. Следова­ тельно, источников испарения более чем достаточно.

32

В атмосферу водяной пар поступает главным образом вледствие испарения с поверхности океанов и морей, а также с озер, рек, влажной почвы. Количество испарив­ шейся и выпавшей обратно в виде осадков воды всегда находится в равновесии. Приход и расход воды в приро­ де называется водным балансом. Ученые пришли к вы­ воду, что баланс воды на земном шаре постоянен.

Потери водяного пара с границ атмосферы в мировое пространство и приход воды из недр земли практически могут не учитываться.

Снег, выпадающий в горах, частью стаивает летом, частью, на больших высотах, уплотняется и сползает в виде ледников и тает внизу. Правда, в области вечного холода (в Гренландии и Антарктиде) накопилось ко­ лоссальное количество уплотненного снега, превратив­ шегося со временем в фирновый, а затем и в глетчер­ ный лед.

На всем земном шаре около 11 % поверхности суши покрыто вечными льдами. В северном полушарии покры­ ты льдами многие арктические острова. Антарктический материк почти сплошь покрыт ледяной шапкой. С него сползают в море ледники, достигающие десятков кило­ метров в длину и в ширину. Они нередко обламываются, образуя плавающие в океане ледяные горы (айсберги) огромной величины. Однажды дизель-электроход «Обь» встретил в антарктических водах плавающий ледяной остров 28 км в длину и 20 км в ширину.

Так'ой айсберг не может не поражать человеческого воображения.

Если бы запасы льда, накопившиеся на земном шаре за многие и многие тысячелетия, растаяли, то уровень Мирового океана поднялся бы на 50—55 м и значитель­ ная часть суши оказалась бы затопленной водой. Но по­ скольку температура воздуха на земном шаре практи­

чески остается постоянной, в наши времена этого про­ изойти не может.

В водном круговороте участвуют сотни тысяч куби­ ческих километров воды. На испарение такого огромного количества воды затрачивается около одной пятой части всей солнечной энергии, достигающей земной поверх­ ности.

Испарившаяся в течение года вода снова выпадает в виде осадков, и если бы они распределились равномерно по поверхности земного шара, то получился бы слой тол­ щиной около метра. Однако в действительности этого не происходит, так как осадки распределяются неравно­ мерно и, кроме того, еще существует речной сток. Напри­ мер, в полосе прибрежной пустыни Южной Африки годо­ вое количество осадков составляет всего 200 мм. На по­ бережьях Чили и Перу многократно наблюдались случаи, когда в течение нескольких лет подряд не выпа­ дало ни одной капли дождя. Там маленькие дети не пред­ ставляют себе, что такое дождь.

С другой стороны, в самом дождливом месте земного шара, в городе Черрапунджа, расположенном в Индии на берегу Брахмапутры, за год выпадает 12 000—15 000 мм осадков. Были случаи, когда там выпадало в сутки более метра — двухгодичная норма осадков в Москве.

Как происходит влагооборот в атмосфере?

Основная масса влаги, переносимая ветрами, нахо­ дится в толще атмосферы до 5 км высоты. Так как мы знаем законы переноса воздушных масс, то было подсчи­ тано, сколько влаги в виде пара проходит над нашей тер­ риторией.

Это количество оказалось огромным. Так, например, по данным X. П. Погосяна и К. И. Кашина над Европей­ ской частью СССР за год проносится 8500 куб. км влаги. Этим количеством воды можно было бы наполнить четы­

34

ре больших озера, таких, например, как Ладожское. Немногим более трети, или 3120 куб. км, выпадает на землю в виде осадков. Из этого количества 930 куб. км уходит через реки в океаны и моря и 2190 куб. км вновь поступает в воздух при испарении. Согласно расчетам 90% влаги, проносящейся над Европейской частью СССР, уходит за ее пределы, главным образом в Сибирь.

Еще недавно считали, что испарившаяся влага с океа­ нов и поступившая на материк совершает на нем не­ сколько оборотов: выпадает в виде осадков, потом испа­ ряется, вновь выпадает и т. д. В действительности же, как показали новые исследования, выпадает только третья часть влаги, проносящаяся над Европейской частью

СССР. Кроме того, установлено, что влага, поступившая

лезащитные лесные полосы? Лесные полосы тормозят горизонтальные движения воздуха (ветер), вызывая подъем воздушных масс, а это ведет к ускорению кон­ денсации водяного пара и тем самым к небольшому уве­ личению интенсивности осадков. Однако количество осадков возрастает на очень ограниченной площади.

„ Какое влияние на микроклимат оказывают искусст­ венные водохранилища?

В зимнее время замерзший водоем ничем не отлича­ ется от поверхности суши, в особенности если установил­ ся снежный покров. Летом открытое зеркало водоема ска­ жется на состоянии метеорологических элементов, преж­ де всего в береговой полосе, а также и на смежных рай­ онах.

Летом вода холоднее воздуха. В силу этого конвекция над водохранилищем ослабевает и развитие кучевых об­

лаков над ним происходит менее интенсивно, чем над сушей. Осенью, когда вода теплее воздуха, на берегах во­ доема увеличивается число дней с туманами. Летом па водохранилищах устанавливаются местные ветры — бри­ зы. Дневной прохладный бриз не способствует повыше­ нию температуры, и поэтому она на береговой полосе ниже, чем в соседних районах. Маленькие пруды и водо­ емы, конечно, никакого влияния даже на микроклимат оказать не могут.

Температура воздуха

Солнечные лучи нагревают сушу, поверхность морей и океаноз, которые в метеорологии имеют общее назва­ ние подстилающей поверхности, и это тепло постепенно передается от слоя к слою как в глубь Земли, так и в ат­ мосферу.

В экваториальной зоне день продолжается около 12 часов. Но вследствие того что солнце почти каждый. день бывает в зените, экваториальная зона получает теп­ ла больше, чем какая-либо другая часть земли. На широ­ те 50° Европейской территории СССР с марта по ноябрь радиационный баланс положителен, т. е. поступление лучистой энергии Солнца превосходит излучение, а в те­ чение трех зимних месяцев, наоборот, баланс отрицате­ лен, т. е. потеря лучистой энергии превосходит ее поступ­ ление. Южнее 39° с. ш. и севернее 39° ю. ш. баланс лу­ чистой энергии Орлица положителен в течение всего года.

Непрерывный обмен воздуха между низкими и высо­ кими широтами уменьшает температурный контраст между экватором и полюсами: воздух из низких широт может проникать в полярные области, а полярный воз­ дух глубоко вторгается в низкие широты. Совокупность

36

воздушных течений крупного масштаба называется об­ щей циркуляцией атмосферы. Она является одним из клиыатообразующих факторов.

Оба полушария Земли получают от Солнца прибли­ зительно одинаковое количество тепла, но температурный режим их различный. Объясняется это тем, что в южном полушарии преобладает океаническая поверхность, а в северном — суша. Благодаря этому зима в северном по­ лушарии холоднее, чем в южном, а лето, наоборот, в се­ верном полушарии намного теплее, чем в южном. Ма­ терики обладают способностью быстро нагреваться и быстро охлаждаться. Океаны же накапливают летом огромные количества тепла, а зимой расходуют его бо­ лее продолжительное время.

Т е м п е р а т у р а в о з д у х а в я н в а р е . Распреде­ ление средних температур на земном шаре дается на кар­ тах изотерм. Однако изотермы идут не по широтам, как следовало бы ожидать в соответствии с количеством по­ лучаемого от Солнца тепла, а со значительными отклоне­ ниями.

севера Норвежского моря на 70° с. ш. Обогнув берега Скандинавского полуострова, через Среднюю Европу она удаляется к югу — бассейну Дуная и, следуя к вос­ току, оказывается на территории КНР южнее 34° с. ш. Таким образом, получается, что в январе средняя темпе­ ратура воздуха одинакова на севере Атлантики на широ­

37

Ход изотерм показывает, что на их положение боль­ шое влияние оказывают физические свойства подстила­ ющей поверхности Земли, т. е. теплые воды океанов и охлажденные материки.

На материках обоих полушарий есть области холода и тепла. Наиболее интенсивный очаг холода, ограничен­ ный изотермой —48°, находится в Якутской АССР, менее крупный и оконтуренный изотермой —42° лежит в Грен­ ландии. В южном полушарии области с высокой темпе­ ратурой находятся в Южной Америке, Африке и Авст­ ралии.

Разности между средней месячной и среднеширотной температурами характеризуют влияние подстилающей поверхности на температуру воздуха. Наибольшие поло­ жительные отклонения наблюдаются на океанах, а отри­ цательные— над восточными районами материков. На севере Норвежского моря январская температура на 26° выше среднеширотной. На севере Тихого океана наи­ большие положительные отклонения не превышают

12—13°.

Особенно резко выступает влияние теплого СевероАтлантического течения. Так, в Ленинграде температура января выше среднеширотной температуры на 8°,' в Мурманске на 20°, на Шпицбергене на 16—20°.

Отрицательные отклонения температуры от средне­ широтной достигают в Свердловске 4°, в Новосибирске 8°, в Чите 16°, а в Верхоянске даже 24°.

В Северной Америке значительные отклонения отри­ цательной температуры наблюдаются в Канаде. Влияние Тихого океана ограничивается прибрежной полосой, так как высокие Скалистые горы преграждают путь теплым массам воздуха с океана.

Области отрицательного отклонения температуры на­ блюдаются в зоне холодных течений, как например Ка­

38

нарского и Калифорнийского в северном полушарии, Перуанского и Бенгуэльского — в южном.

Т е м п е р а т у р а в о з д у х а в июл е . В июле в се­ верном полушарии материки прогреты больше, чем океа­ ны. Поэтому здесь выделяются замкнутые области теп­ ла в Северной Америке, Африке и Южной Азии. Если в экваториальной зоне разности между средними темпе­ ратурами холодных и теплых месяцев не превышают 2—3°, то над Якутией они достигают 65—70°. Еще боль­ шие различия в абсолютных значениях температуры на континентах (например, в Якутии в июле +37°, а в янва­ ре —70°). В Москве самые сильные морозы достигали —42,2°, в окрестностях — до —50°, а в июле +36,8°. В 1938 г. в Москве средняя месячная температура в июле оказалась равной 23,3°, что обычно бывает в Средней Азии. Зато в холодное лето 1935 г. июль в Москве ока­ зался со средней температурой, равной только 14,6°, что соответствует температуре Архангельска. Но вообще летом в связи с повсеместным и сильным прогревом под­ стилающей поверхности аномалии температуры не дости­ гают столь больших значений, как зимой.

Исследования в Арктике и Антарктике

А р к т и к а . Над Арктическим бассейном формируются массы холодного воздуха, которые время от времени вторгаются в умеренные, а иногда и южные широты. От­ сюда понятен тот интерес, который проявляют метеоро­ логи к состоянию атмосферы в Арктике. Ныне для иссле­ дования Арктического бассейна организована широкая сеть метеорологических станций, на которых круглый год несут вахту зимовщики.

О существовании стран, в которых солнце то месяца­ ми непрерывно освещает суровую ледяную пустыню, то

39