Облака бывают трех основных видов: слоистые, кучевые,
перистые.
Слоистые облака (от лат. stratus — настил, слой). Они образуются
при охлаждении малоподвижных воздушных масс,
что происходит либо ночью, когда с верхней границы облака
тепловое излучение уходит в космос, либо при движении теп-
1 Альбедо (от лат. albus — светлый) — коэффициент отражения,
с помощью которого измеряется отражательная способность какой-нибудь
поверхности. В данном случае это отношение количества солнечной
энергии, отраженной Землей обратно в космическое пространство, к поступающей
энергии.
224 Глава 7. БИОСФЕРА
лой влажной массы воздуха над холодной поверхностью Земли
или холодной воздушной массой.
Кучевые облака (от лат. kumulus — груда, скопление).
Они являются результатом конвекции (подъема) богатого влагой
воздуха. Адиабатическое1 охлаждение приводит к тому,
что на определенной высоте влажность воздуха достигает насыщенного
состояния и начинается конденсация влаги. Это и
есть нижняя граница кучевого облака, которая остается практически
неподвижной, хотя воздух постоянно проходит через
нее. Над верхней границей облака (состоящей обычно не из капель,
а из кристалликов льда) воздух, охлажденный и лишившийся
влаги, растекается в стороны и опускается вниз вокруг
кучевого облака. С самолета можно видеть, что большое кучевое
облако имеет правильно расположенные конвекционные
ячейки, ровными рядами или отдельными холмами возвышающимися
в шахматном порядке.
При мощной конвекции рождается туча — грозовое кучевое
облако. Его обычная высота 7—10, а у экватора 12—15 км.
В туче существуют восходящие и нисходящие потоки воздуха.
Вниз он увлекается падающими каплями дождя или льдинками.
Перистые облака (от лат. kurros — локон, завиток). Они
состоят из мелких кристаллов льда и образуются на больших
высотах в быстрых турбулентных струях ветра. Слоистые и
кучевые облака вместе составляют гамму смешанных видов
облаков.
Облака присущи и другим планетам с мощными атмосферами.
Ими полностью скрыты поверхности Венеры и Титана,
а поверхностью Юпитера и Сатурна считают верхние края облаков,
ибо другой поверхности (ни жидкой, ни твердой) там
нет. Химический состав облаков соответствует химическому
составу атмосфер других планет: так, считают, что некоторые
облака Венеры — это капельки кислоты.
Облака на Земле — существенная характеристика погоды.
Преимущественно мощная облачность располагается над теми
местами, где давление у поверхности низкое. Туда стремятся,
закручиваясь из-за вращения Земли, поверхностные ветры
(рис. 7.11). В центре такого циклона (от греч. zyklone — вращающийся,
кольцо змеи) воздух поднимается вверх и, охлаждаясь,
образует облака. В верхних слоях атмосферы циклона,
1 Адиабатический (от греч. adiabatos — непереходимый) процесс —
изменение состояния физического тела без притока или отдачи теплоты.
7.2. Геосферные оболочки Земли 225
над областью пониженного давления, наблюдается прямо противоположное
явление — давление атмосферного воздуха выше
среднего, характерного для данной высоты. В верхней тро-
а) б)
Рис. 7.11. Схема циклона (а) и антициклона (б): 1 — давление у поверхности;
2 — направления поверхностных ветров; 3 — вертикальный разрез;
4 — направления высотных ветров; 5 — давление в верхней тропосфере;
р — давление; г — высота над уровнем моря
8 ЭКОЛОГИЯ
226 Глава 7. БИОСФЕРА
посфере воздух из-за избыточного давления расходится от
центра циклона.
Антициклон — область повышенного атмосферного давления
у поверхности. В антициклоне сухой воздух опускается из
верхней тропосферы, поэтому над местами, где он образовался,
безоблачное, ясное небо.
Циклоны и антициклоны имеют диаметры около 200—
3000 км и в среднем существуют около недели. При этом есть
на Земле и постоянный циклон, и летом, и зимой стоящий около
Исландии. Он существует благодаря встрече теплых вод
Гольфстрима с холодным полярным воздухом.
Погода нашей страны зимой во многом определяется Сибирским
антициклоном, главную роль в формировании которого
играют Гималаи, не пропускающие на север влажный
воздух Индийского океана.
Число циклонов и антициклонов по всей Земле в каждый
момент времени примерно одинаково. Облачность закрывает
около половины поверхности планеты.
7.2.2.8. Роль атмосферы в удержании теплоты
В связи с наклоном оси вращения Земли на 66,5° к плоскости
эклиптики количество солнечной радиации, приходящей
на верхнюю границу атмосферы, является функцией географической
широты местности и времени года (рис. 7.12).
При прохождении через земную атмосферу интенсивность
солнечного излучения заметно уменьшается. Ослабление зависит
от свойств облачного покрова, содержания пыли в атмосфере,
а также от суточных и сезонных изменений различных
физических величин.
В среднем за год 25—30% приходящего солнечного излучения
отражается облаками обратно в космическое пространство.
Еще 25% излучения поглощается, а затем переизлучается
облаками, пылью, газами, т. е. в виде нисходящей, диффуз-
но рассеянной радиации. Примерно столько же поступает на
поверхность Земли в виде прямой солнечной радиации.
Соотношение между прямым и рассеянным светом закономерно
меняется в зависимости от географической широты.
В полярных районах преобладает рассеянная радиация, составляющая
до 70% суммарного лучистого потока, а в экваториальных
областях она не превышает 30%. Это связано с лучшим
прохождением лучей прямой радиации через атмосферу
вертикально вниз, а не под малым углом к горизонту.
7.2. Геосферные оболочки Земли 227
Март Июнь Сентябрь Декабрь
Весеннее Летнее Осеннее Зимнее
равноденствие солнцестояние равноденствие солнцестояние
Рис. 7.12. Сезонные изменения интенсивности облучения поверхности
Земли солнечной радиацией на разных широтах Северного полушария
(по Дж. Андерсону): 1 — экватор; 2 — умеренная зона (40° с. ш.);
3 — полярная зона (80° с. ш.)
Часть излучения, достигающего поверхности, возвращается
в атмосферу. Ее количество зависит от альбедо (отражающей
способности) поверхности: снег отражает около 80—95% ,
травянистая поверхность — 20%, а темные почвы — только
8—10% потока приходящего излучения. Среднее альбедо Земли
— 35—45%.
Большая часть поглощаемой водоемами и почвой солнечной
энергии затрачивается на испарение воды. При конденсации
паров выделяющаяся теплота идет на дополнительный
нагрев атмосферы, основной нагрев которой происходит непосредственно
при поглощении 20—25% излучения, поступающего
от Солнца.
Атмосфера достаточно прозрачна для коротковолнового
излучения Солнца и плохо пропускает длинноволновое (инфракрасное)
излучение, переизлученное (не путать с отраженным!)
нагретой земной поверхностью, что вызывает относительно
усиленный нагрев приземных слоев воздуха, называемый
парниковым эффектом. Атмосфера играет роль
своеобразного «одеяла», удерживающего тепло аналогично
стеклянной крыше парника. Пропускание атмосферой инфракрасного
излучения зависит от содержания в ней «парнико-
228 Глава 7. БИОСФЕРА
вых» газов, к которым в первую очередь относятся пары воды1
(Н20), диоксид углерода (С02), метан (СН4), хлорфторуглеро-
ды (фреоны2), гемиоксид азота (N20), а также тропосферный
озон (03).
7.2.3. Гидросфера
Гидросфера (от греч. hydor — вода, spahaire — шар) —
жидкая оболочка планеты. Человек, являясь сухопутным
обитателем, воспринимает Землю прежде всего как сушу, однако
при рассмотрении из космоса наша планета представляется
планетой воды (рис. 7.13), ибо более 3/4 ее занимают
водные поверхности океанов, морей, континентальных водоемов
и ледников, причем 3/4 — это нижний предел величины,
так как площадь, покрываемая гидросферой, существенно
меняется и достигает в декабре — феврале 443 млн км2
(табл. 7.4) или около 87% поверхности Земли, равной
510 млн км2 . «Как же не соответствует нашей планете имя
Земля! Насколько правильнее было бы говорить — Океан» {Артур
Кларк).
Зимой люди на значительной территории суши ходят «по
колено» в твердой воде и, как все живое, не могут не учитывать
наличие этой сезонной разновидности гидросферы в своей
жизнедеятельности.
Рис. 7.13. Соотношение площади суши и водной поверхности на Земле:
а — океаническое полушарие; б — материково-океаническое полушарие
Пары воды, благодаря своему обилию, — наиболее значимый природный
парниковый газ. Однако при конденсации в облака роль паров
воды становится диаметрально противоположной, ибо облака, отражая
солнечное излучение, препятствуют нагреву поверхности Земли.
2 Фреон (от фр. — freon), русский синоним — хладон.