 |
Распределение солнечной энергии и климатические пояса
|
|
|
|
Понятие о геосфере
Геосферой называется сфера (полый шар) в составе Земли, приблизительно симметричная относительно ее центра и состоящая преимущественно из вещества, находящегося в одном и том же физическом состоянии (агрегатный состав, плотность, пределы температуры и т.д.) [1]. Геосфера охватывает земную кору, нижнюю атмосферу с озонным слоем, гидросферу и биосферу, проникающие друг в друга и тесно взаимосвязанные обменом вещества и энергии [2].
Через границы в геосферу в определенных количествах поступают вещество и энергия из недр Земли (магма и тепло) и из космоса (солнечная энергия и метеориты). В геосфере лучистая энергия солнца трансформируется в тепловую и взаимодействует с внутренней энергией Земли. Высвобождающееся внутриземное тепло почти полностью расходуется на эндогенные процессы. Солнечная энергия является главным источником жизни и многих других природных процессов на Земле.
Верхняя граница геосферы четко фиксируется тропопаузой (на высоте 9-10 км в приполярных широтах, 12-13 км в умеренных, 16-17 км в тропических). Над тропопаузой распологается озоновый слой стратосферы с максимальной концентрацией озона, который поглощает практически полностью ультрафиолетовые лучи и защищает все живое в биосфере от их губительного воздействия.
Нижнюю границу геосферы С.В. Калесник предложил проводить по глубине современного гипергенеза - от нескольких десятков до 200-300 м, где под влиянием солнечной энергии, воды, воздуха и организмов происходит преобразование первичных минералов, возникших в нижних слоях земной коры, во вторичные, более устойчивые в условиях температуры и давления у земной поверхности.
|
|
|
Представление о развитии земной поверхности
Существует несколько гипотез происхождения Земли. По современным представлениям около 5 млрд. лет назад сгущения газово-пылевого облака, попавшего в гравитационное поле Солнца, послужили центрами образования планет "путем вычерпывания роя частиц" [2]. В процессе превращения в планету метеоритного вещества в планету выплавлялась рудная масса, формировались ядро и силикатная кора.
Происхождение материков и океанов объясняется теорией тектоники литосферных плит, механизма конвекционных "течений" подкоркового вещества. Схематически она представляется в следующем виде: вследствие продолжающейся гравитационной дифференциации магмы тяжелые фракции наращивают металлизированное ядро, а наиболее легкие поднимаются к поверхности. Лава легко прорывает тонкий осадочный слой в рифтовых зонах срединно-океанических хребтов и раздвигает плиты в стороны со скоростью 2-6 см/год. Часть аномально легкой магмы "течет" под океанической литосферой в сторону континентов и тоже содействует дрейфу плит, обновлению океанической коры.
Края океанических плит, наталкиваясь на более "плавучие", но более толстые континентальные плиты, заглубляются под них под углом около 45°. Сжатие сопровождается нередко складкообразованием по кроям континентальных плит. Опускание океанической коры и подстилающей нижней литосферы в менее вязкую астеносферу с ее более высокой температурой и давлением приводит к вулканизму и землетрясениям.
Рифтовая зона Срединно-Атлантического хребта является наиболее активной. Она расширяется примерно на 6 см/год, отодвигая американские плиты на запад, а Евразию на восток. Аравия, Индостан и Австралия "дрейфуют" на северо-восток за счет раздвигания коры в рифтовой зоне Индийского океана, вытянутой с юго-востока на северо-запад, к грабену Красного моря.
|
|
|
Распределение солнечной энергии и климатические пояса
Наша планета получает 5628 · 1021Дж/год энергии Солнца. Из общей величины солнечной радиации, поступающей на внешнюю поверхность атмосферы, около 22% отражается от слоя облаков и 8% - остальной атмосферой; 13% энергии поглощается озоновым слоем и 7% поглощается остальной атмосферой, которая при этом несколько нагревается. И только половина прямой и рассеянной радиации достигает земной поверхности; 7% от общего поступления солнечной радиации отражается обратно в мировое пространство, а оставшиеся 43% от общей величины поглощаются земной поверхностью, трансформируются в тепло и являются энергетической базой развития ландшафтов в геосфере. Из 43% лучистой энергии Солнца, трансформированной земной поверхностью в тепло, 15% в виде тепловых волн излучаются в тропосферу и прогревают её, в значительной мере определяя температуру воздуха. Остальные 28% составляют тепловой баланс земной поверхности. Это тепло главным образом расходуется на физическое испарение, отчасти на транспирацию и фотосинтез, а также на молекулярно-турбулентный теплообмен между земной поверхностью и атмосферой (5%). Радиационный и тепловой балансы существенно изменяются в зависимости от широты местности. Солнечная радиация над океаном меньше, а радиационный баланс больше, чем над сушей. Это связано с меньшей облачностью над сушей. Для суши характерны более высокие показания альбедо и эффективного излучения. Суша получает солнечного тепла больше, чем океан, и больше его отдаёт в мировое пространство. Радиационный баланс поверхности океана значительно больше, чем над сушей, поскольку океан почти в три раза больше расходует тепла на испарение, нежели суша.
Поясное распределение солнечного тепла на земной поверхности определяет неравномерный нагрев атмосферного воздуха. Тропосфера Земли, содержащая более 4/5 массы атмосферы, в тропиках прогревается от подстилающей поверхности сильно, в приполярных широтах очень слабо. Поэтому над полюсамирасполагаются холодные области с повышеннымдавлением,а у экватора - теплое кольцо с пониженным давлением. За исключением приполярных и экваториальных широт, на всём остальном пространстве преобладает западный перенос воздуха. Этому есть две причины:
|
|
|
1. В верхней половине тропосферы градиент давления направлен от тропиков, с одной стороны, к полюсам, а с другой - к экватору. В верхней части тропосферы повсюду, кроме экваториального и субэкваториальных поясов, господствует западный перенос воздуха, который частично увлекает за собой и нижележащие приземные слоя.
2. При своём движении в господствующем западном переносе на вращающейся Земле циклоны отклоняются к высоким широтам, а антициклоны - к низким, создавая динамическую ложбину на севере умеренных широт и усиливая пояс высокого давления под тридцатыми широтами. Вследствие этого у земной поверхности наблюдается чередование атмосферного давления: экваториальный пояс пониженного давления с восточным переносом воздуха; два тропических пояса повышенного давления с нисходящими токами воздуха под тридцатыми широтами и пассатами по приэкваториальной периферии барических гребней; два умеренных пояса пониженного давления с западным переносом воздуха под шестидесятыми градусами; две области повышенного давления над полюсами с преобладанием восточных ветров по их периферии. Этим термобарическим поясам соответствуют воздушные массы - экваториальный, тропический, умеренный и арктический.
В одних и тех же климатических поясах различаются морские и континентальные воздушные массы, что усиливает фронтальную деятельность. При проникновении одними фестонами одной воздушной массы в другую возникают области высокого и низкого давления. Там, где фронты воздушных масс пересекаются с направлением морских течений, образуются довольно устойчивые круглогодичные центры действия атмосфер в которых возникают циклона или антициклоны.
Помимо круглогодичных центров действия атмосферы активно действуют сезонные центры. Они возникают как результат термических контрастов суши и моря.
Стационарные и подвижные барические образования содействуют меридиональному обмену воздушных масс, переносу тепла и влаги из одних широт в другие [2].
|
|
|
