Ветер невозможно увидеть, однако его присутствие мы ощущаем совершенно ясно. Мы можем косвенно наблюдать его движение по колышущимся листьям, развевающимся волосам и стремительно вращающейся вертушке.
Могущество бесформенного ветра порой меняло ход человеческой истории. В XVI веке Англия, находившаяся в невыгодном положении, одержала беспрецедентную победу над Испанией, обладавшей так называемой Непобедимой армадой. Сильные ветры и морские течения, вовремя поднявшиеся, сыграли решающую роль, обеспечив англичанам преимущество в разгроме испанского флота. Хотя ветер остаётся невидимым, его влияние на нашу жизнь настолько велико, что он способен определять взлёты и падения целых государств. Так что же такое ветер?
Движение воздуха — ветер
Проще говоря, ветер — это движение воздуха, возникающее вследствие различий температуры и атмосферного давления. Нагретый воздух становится менее плотным и более лёгким, поэтому он поднимается вверх — подобно воздушному шару, наполненному гелием, который легче окружающего воздуха. Образовавшееся при этом пространство заполняется холодным воздухом из окружающих областей. Такое перемещение воздуха и называется ветром.
Подобно тому как вода течёт с высоты в низину, воздух перемещается из области высокого давления в область низкого давления. Область высокого давления — это зона, где атмосферное давление выше, чем в окружающем пространстве, а область низкого давления — там, где оно ниже. В области высокого давления воздух расходится от центра к периферии, тогда как в области низкого давления он, наоборот, устремляется от периферии к центру.
Атмосфера находится в непрерывном движении и в данный момент. Это легко заметить по ветру, касающемуся кожи, по облакам, плывущим по небу, и по погоде, которая может неоднократно меняться в течение дня. Однако если рассматривать атмосферу в масштабах всей Земли, становится ясно, что её движение подчиняется определённым закономерностям. Такой глобальный поток воздуха называется общей циркуляцией атмосферы.
Общая циркуляция атмосферы берёт своё начало в солнечной энергии. Из-за шарообразной формы Земли количество солнечной энергии, достигающей её поверхности, различается в зависимости от широты. Чем ближе к экватору, тем больше солнечного излучения получает земная поверхность. В результате в экваториальных районах нагретый воздух поднимается вверх, образуя область пониженного давления, куда устремляется более холодный воздух из окружающих зон. Поднимаясь, воздушные массы охлаждаются, становятся более плотными и со временем опускаются вниз. Опустившийся воздух затем распространяется в разные стороны и вновь направляется в области с дефицитом воздуха. Так осуществляется циркуляция воздуха.
Если бы Земля не вращалась вокруг своей оси, ветер перемещался бы лишь от полярных областей с высоким атмосферным давлением в сторону экватора, где давление ниже. Однако на вращающейся Земле направление движения воздуха отклоняется. В Северном полушарии ветер, направленный к северу, отклоняется вправо по ходу своего движения. Под влиянием вращения Земли, а также распределения суши и океанов на её поверхности, между экватором и полюсами формируются три основные циркуляционные ячейки. В результате этого у поверхности Земли возникают характерные ветровые пояса: пассаты, западные ветры умеренных широт и полярные восточные ветры.
Пассаты дуют в низких широтах — между экватором и 30° широты. В Северном полушарии они направлены с северо-востока на юго-запад. Название «пассаты» возникло в эпоху Великих географических открытий, когда парусные суда, в том числе испанские галеоны, использовали эти устойчивые ветры для торговых путешествий. Благодаря пассатам морской путь из Европы в Америку был значителяьно облегчён. Западные ветры умеренных широт дуют с запада на восток. В странах, расположенных в зоне их влияния, преобладающее направление ветра обычно именно такое — с запада на восток.
Общая циркуляция атмосферы — механизм сохранения жизни через перераспределение энергии
Если бы Земля лишь поглощала энергию, средняя температура планеты непрерывно возрастала бы. Однако в действительности этого не происходит, поскольку Земля не только принимает, но и излучает энергию обратно в космическое пространство. Количество излучаемой Землёй лучистой энергии остаётся почти постоянным независимо от широты. В результате в низких широтах поглощаемой энергии оказывается больше, чем излучаемой, и там формируется избыток энергии. Напротив, в высоких широтах излучение превышает поглощение, что приводит к энергетическому дефициту.
Различия в количестве солнечной энергии, поступающей в разные районы Земли, на самом деле значительно больше, чем может показаться. Если бы тепло не перераспределялось по всей планете, пригодных для жизни областей практически не осталось бы. Регионы с избытком тепла становились бы всё более раскалёнными и в конечном итоге перегревались бы, тогда как области с недостатком тепла всё сильнее охлаждались бы и покрывались льдом.
Как же энергия циркулирует по Земле? В результате конвективных процессов в атмосфере движение воздуха у поверхности Земли — ветер — способствует равномерному распределению тепла по всей планете. Если бы при перемещении воздуха тепло не переносилось, в разных регионах возникали бы крайне серьёзные энергетические дисбалансы. Пассаты, западные ветры умеренных широт и полярные восточные ветры являются устойчивыми ветровыми потоками. Взаимодействуя с поверхностью океана и вызывая трение, они формируют поверхностные океанические течения, движущиеся в определённых направлениях. Таким образом, циркуляция атмосферы и океанических вод обеспечивает перенос избыточной тепловой энергии из низких широт в высокие, где наблюдается её дефицит, благодаря чему на Земле поддерживается энергетическое равновесие.
Даже в этот самый момент воздух и морская вода непрерывно движутся, равномерно передавая тепло по всей планете. Циркуляция земной атмосферы, в тесном взаимодействии с циркуляцией океана, играет ключевую роль в распределении энергии на Земле.
Земле необходимы тайфуны
Помимо общих процессов тепловой циркуляции в атмосфере Земли существует особый «вспомогательный механизм», способный за короткое время переносить огромные количества энергии. Речь идёт о тайфунах. Тайфун — это тропический циклон, который формируется в низких широтах, где тёплый воздух получает от поверхности океана колоссальное количество водяного пара, и затем сопровождаемый мощными ветрами и обильными осадками перемещается в более высокие широты. В зависимости от района возникновения такие атмосферные явления называются по-разному: в западной части Тихого океана их называют тайфунами, в Северной и Центральной Америке — ураганами Hurricane, а в Индийском океане — циклонами Cyclone.
В процессе насыщения водяным паром тайфуны аккумулируют огромное количество тепловой энергии. Перемещаясь в более высокие широты, они способны быстро и чрезвычайно эффективно переносить избыток тепла из низких широт. Таким образом, в атмосфере, окружающей Землю, непрерывно формируются разнообразные воздушные потоки, и вместе с движением воздуха постоянно осуществляется циркуляция тепла.
Почти каждый год тайфуны наносят значительный ущерб, сопровождаясь мощными штормами и проливными дождями. Однако, несмотря на разрушительные последствия, они являются незаменимым метеорологическим явлением, поскольку, поглощая тёплый воздух тропических регионов и перенося его в более высокие широты, способствуют поддержанию оптимальной температуры и теплового баланса Земли. Кроме того, тайфуны выполняют важную функцию естественного источника водных ресурсов, помогая смягчать проблему нехватки пресной воды. Они также играют существенную роль в оздоровлении морской среды: перемешивая и обновляя морские воды, тайфуны способствуют ослаблению и устранению явлений красных приливов.
Что было бы, если бы тепловая энергия, получаемая Землёй от Солнца, не циркулировала внутри планеты? Тогда поверхность Земли испытывала бы колоссальные перепады температур в зависимости от смены дня и ночи, а также от широты. К счастью, Земля рассеивает и перераспределяет тепловую энергию благодаря конвекции атмосферы и Мирового океана. Такая общая циркуляция атмосферы со временем приводит энергетическую систему планеты к состоянию равновесия, создавая условия, при которых жизнь на Земле может существовать — словно в тёплых, заботливых материнских объятиях.
- Источники
- 『Живой учебник по естественным наукам. Том 1.』 (Хон Чун Ый, и др.)
- 『Увлекательные рассказы о погоде и климатических изменениях.』 (Ким Бён Чхун, Пак Иль Хван.)