Тепловые пояса
На протяжении геологической истории Земли соотношение между океаном и сушей менялось, а это говорит о том, что тепловой баланс планеты не был постоянным. Менялась географическая зональность, менялись тепловые пояса. Становится очевидным, что современная географическая зональность когда-то планете была совсем несвойственна. Ученые считают, что ни ледников, ни холодных морей большую часть времени на Земле просто не существовало, и климат был значительно теплее, чем сейчас. Небольшими были контрасты температур между полюсами и экватором, в арктической области произрастали непроходимые леса, а рептилии и амфибии заселяли всю Землю. Сначала термическая зональность возникла в южном полушарии, а в северном полушарии её формирование происходило позднее.
Основной процесс формирования зональности проходил в четвертичном периоде кайнозойской эры, хотя первые её признаки появились $70$ млн. лет назад. С появлением человека тепловые пояса были уже такими, как теперь – один жаркий пояс, два умеренных, два холодных пояса. Границы между поясами претерпевали изменения, например, граница холодного пояса, когда-то проходила по современной Московской области и Подмосковье занимала зона тундры. Упоминание о тепловых поясах можно найти у греческого историка Плибия ($204$-$121$ г. до н.э.). По его представлениям на Земле существовало $6 $ тепловых поясов – два жарких, два умеренных, два холодных. Записки путешественников тоже содержат такие сведения. Эти данные говорят о том, что людям давно было известно о существовании тепловых поясов. Они объясняли их наличие тем, что Солнце на разных широтах по-разному нагревает поверхность Земли, и связывали это с разным углом наклона солнечных лучей. В северных широтах Солнце стоит низко над горизонтом и дает мало тепла на единицу площади, поэтому там холоднее. Так постепенно возникает понятие «климат». Закономерность эта была известна еще $2,5$ тыс. лет назад и оставалась неоспоримой до последнего времени. Под сомнение такое объяснение было поставлено сравнительно недавно.
Наблюдения показали, что Арктика и Антарктика на единицу площади получает солнечного тепла очень мало в летний период. Но за продолжительный полярный день суммарная радиация значительно больше, чем на экваторе, а это значит, что там должно быть также тепло. Тем не менее, летняя температура редко поднимается выше +$10$ градусов. Значит, тепловой режим нельзя объяснить одной разницей в поступлении солнечного тепла. Сегодня всем хорошо известно, что большую роль играет ещё характер подстилающей поверхности. Альбедо снега и льда очень велико и отражает до $90$ % солнечной радиации, а не покрытая снегом поверхность отражает только $20$ %. Альбедо арктической поверхности уменьшится, если снег и лед растает, а это приведет к изменению существующих тепловых зон северного полушария. С поднятием в арктическом бассейне температуры воды на место современной тундры придут леса. После распада Гондваны процесс в южном полушарии шел примерно так.
Тепловые пояса – это обширные территории, расположенные вдоль параллелей вокруг земного шара с определенными температурными условиями.
Надо сказать, что формирование тепловых поясов на планете зависит от того, как оно будет распределяться по поверхности Земли и на что будет затрачено, а не только от количества солнечного тепла, поступающего в пределы той или иной зоны.
Пояса увлажнения
В природных процессах свою роль играют не только определенные тепловые условия, но еще большую роль играют условия увлажнения. Увлажнение определяют два фактора: количество выпавших осадкой и интенсивность их испарения.
Увлажнение – это соотношение между количеством выпавших атмосферных осадков в данной местности и количеством испарившейся влаги при данной температуре.
Их распределение на планете в принципе тоже связано с географической зональностью. От экватора к полюсам их среднее количество сокращается, но эта закономерность нарушается географическими и климатическими условиями.
Причины заключаются в следующем:
- Свободная циркуляция воздуха нарушается расположением гор;
- Нисходящие и восходящие токи воздуха в разных местах планеты;
- Изменчивость в распределении облачности.
Горы могут располагаться как в широтном, так и в меридиональном направлении и большая часть осадков задерживается на наветренных склонах, а с подветренной стороны осадков выпадает очень мало или совсем не выпадает. В экваториальной области преобладают восходящие токи воздуха – прогретый легкий воздух поднимается вверх, достигает точки насыщения и приносит обилие осадков. В тропических широтах движение воздуха нисходящее, воздух удаляется от точки насыщения и иссушается, поэтому вдоль тропиков осадков впадает очень мало, что способствовало образованию здесь пустынь и сухих степей. Зональность осадков восстанавливается к северу и югу от тропиков и сохраняется до полюсов. Распределение облачности тоже имеет свое значение. Иногда бывает так, что на одной улице осадков выпадает разное количество.
Испарение определяет условия увлажнения на планете и целиком регламентируется величиной остаточной радиации. Величина испарения характеризуется количеством испарившейся влаги при данной температуре.
С севера до тропиков увлажнение поверхности Земли убывает. В зоне тайги оно близко к $1$, в степной полосе увлажнение будет равно $2$, а в пустынях больше $3$. На юге возможность испарения значительно больше, чем на севере.
Рассмотрим пример. Почва в степях прогревается до $70$ градусов. Воздух высушен и раскален. Если поле оросить, все изменится, будет более влажно и прохладно. Земля оживет и зазеленеет. Воздух здесь был раскален не потому что приток тепла от Солнца больше, чем на севере, а потому что очень мало влаги. С орошенного поля началось испарение, и часть тепла ушла именно на это. Таким образом, условия увлажнения поверхности Земли зависят не только от испарения, но и от количества выпавших осадков.
Пояса давления
Нормальным является атмосферное давление на уровне моря на широте $45$ градусов при температуре $0$ градусов. При таких условиях оно составляет $760$ мм ртутного столба, но может изменяться в широких пределах. Повышенным будет давление воздуха больше нормального, а пониженным – меньше нормально с отметкой $760$ мм. рт. ст.
С высотой атмосферное давление понижается, потому что воздух становится разреженным. Поверхность планеты, имеющая разные высоты будет иметь свое значение давления.
Например, $Пермь$ расположена на высоте $150$ м над уровнем моря и через каждые $10,5$ м давление будет снижаться на $1$ мм. Это значит, что на высоте Перми нормальное атмосферное давление будет не $760$ мм, а $745$ мм рт. ст.
В связи с тем, что в течение суток происходит изменение температуры и перемещение воздуха, давление будет дважды повышаться и дважды понижаться. В первом случае утром и вечером, во втором случае – после полудня и полуночи. На материках в течение года максимальное давление будет отмечаться зимой, а минимальное в летний период.
По поверхности Земли распределение давления носит зональный характер, потому что поверхность нагревается неравномерно, что ведет к изменению давления.
На планете выделяются $3$ пояса, где преобладает низкое давление и $4$ пояса с преобладанием высокого давления. Низкое атмосферное давление будет в экваториальных широтах и в умеренных широтах, но здесь оно будет меняться по сезонам года. Высокое атмосферное давление характерно для тропических и полярных широт.
У поверхности Земли на формирование поясов атмосферного давления влияние оказывают неравномерное распределение солнечного тепла и вращение Земли. В виду того, что полушария нагреваются солнцем по-разному, будет происходить некоторое смещение поясов давления: в летний период – смещение идет к северу, в зимний период – к югу.
