Обитаемые облака

Вода в атмосфере

Содержание воды в атмосфере сравнительно невелико - около 0,001 % всей ее массы на нашей планете. Тем не менее это совершенно незаменимое звено природного круговорота воды.

Основным источником атмосферной влаги являются поверхностные водоемы и увлажненная почва; кроме того, влага поступает в атмосферу в результате испарения воды растениями, а также дыхательных процессов живых существ.

Вода в атмосфере находится во всех трех агрегатных состояниях - газообразном (водяной пар), жидком (капли дождя) и твердом (кристаллики снега и льда). Конденсация водяных паров приводит к образованию облаков; атмосферная влага, теряемая в результате осадков, пополняется за счет поступления новых порций испарившейся воды (рис. 12). Полное обновление состава воды в атмосфере происходит за 9-10 дней. Таким образом, атмосферная влага является самым активным звеном круговорота воды в природе.

Рис. 12. Принципиальная схема единства вод Земли (по Л. С. Абрамову): 1 - свободные воды океана, 2 - чехол осадочных пород, 3 - кристаллические породы земной коры, 4 - магматический очаг, 5 - породы мантии, 6 - верхняя и нижняя границы зоны интенсивного водообмена

Основное количество водяного пара сосредоточено в нижних слоях воздушной оболочки - в тропосфере, на высоте до нескольких тысяч метров, и почти вся масса облаков находится там. В стратосфере (на высоте около 25 км над Землей) облака появляются реже. Их называют перламутровыми. Еще выше, в слоях мезопаузы, на расстоянии 50-80 км от Земли, изредка наблюдаются серебристые облака. Известно, что они состоят из кристалликов льда и возникают при снижении температуры в мезопаузе до -80 °С. Их образование связывают с интересным явлением - пульсацией атмосферы под действием приливных гравитационных волн, вызываемых Луной.

При кажущейся легкости и воздушности облака содержат значительное количество воды. Водность облаков, то есть водосодержание воды в 1 м3, колеблется от 10 до 0,1 г и менее. Поскольку объемы облаков очень велики (десятки кубических километров), то даже одно облако может содержать в виде капель или кристалликов льда сотни тонн воды. Эти гигантские водные массы непрерывно переносятся воздушными потоками над поверхностью Земли, вызывая на ней перераспределение воды и тепла. Поскольку вода обладает исключительно высокой удельной теплоемкостью, испарение ее с поверхности водоемов, из почвы, транспирация растений поглощают до 70 % энергии, получаемой Землей от Солнца. Количество теплоты, затраченное на испарение (скрытая теплота парообразования), поступает вместе с водяным паром в атмосферу и выделяется там при его конденсации и формировании облаков. В результате заметно снижается температура водных поверхностей и прилегающего к ним слоя воздуха, поэтому вблизи водоемов в теплое время года намного прохладнее, чем в континентальных районах, которые получают такое же количество солнечной энергии.

Масса облаков и водяные пары, содержащиеся в атмосфере, существенно воздействуют и на радиационный режим планеты: с их помощью происходят поглощение и отражение избытка солнечной радиации, и тем самым в известной степени регулируется ее поступление на Землю. Одновременно облака экранируют встречные тепловые потоки, идущие с поверхности Земли, снижая тепло-потери в межпланетное пространство. Из всего этого слагается погодообразующая функция атмосферной влаги.

Вследствие высокой "оборачиваемости" атмосферной воды годовое количество осадков для всей планеты составляет около 0,5 млн. км³, то есть превышает содержание влаги в атмосфере в 40 раз. В среднем на поверхность Земли в течение года выпадает слой осадков толщиной 1 м, но реальные их количества весьма неодинаковы для разных областей земного шара. Так, известны три зоны максимума осадков (одна в экваториальной области, две в умеренных широтах обоих полушарий) и четыре зоны минимума осадков (в двух зонах пассатных широт, а также в Арктике и Антарктике). В то время как в некоторых районах Индии или на Гавайских островах годовой уровень осадков превышает 12 000 мм, в среднеазиатских пустынях или на северо-востоке Сибири он едва достигает 200 мм.

В течение года осадки выпадают крайне неравномерно. В экваториальных районах наибольшее количество их выпадает дважды в году - после осеннего и весеннего равноденствия, в тропиках и муссонных областях - летом (при почти полном бездождье зимой), в субтропиках - зимой. В умеренных континентальных зонах максимум осадков приходится на лето.

От годового количества осадков во многом зависят производственная деятельность человека в целом, состояние и состав растительности, а следовательно, характер сельского хозяйства. Поэтому так важно исследовать состояние и пути распространения атмосферной влаги, закономерности формирования облачных масс, изучение возможности воздействия на них.