Мы привыкли вычислять, что источником тепла на Земле являются солнечные лучи. Верно ли наряду с этим сказать о передаче тепла в атмосферу от поверхности Почвы? И по какой причине при подъеме вверх, другими словами при «приближении» к Солнцу, делается не теплее, а холоднее?
Попадающие на поверхность земного шара солнечные лучи в первую очередь проходят через воздух. Казалось бы, что наряду с этим посильнее всего обязана нагреваться сама воздух, а потому, чем выше мы встанем в горы либо на самолете, тем теплее должно было бы становиться. лётчик и Каждый альпинист сообщит, что это не верно. Лишь в некоторых случаях зимний период над сушей, значительно чаще в Сибири, на высоте не редкость вправду теплее, чем внизу. В любой другой ситуации и местах с подъемом температура в большинстве случаев понижается.
Происходит это оттого, что несомая солнечными лучами тепловая энергия сосредоточена в большинстве случаев в коротковолновой части спектра. Земная же воздух практически совсем прозрачна для идущих от Солнца коротковолновых лучей. Солидную часть из них она пропускает до земной поверхности. Значит, сам воздушное пространство весьма слабо нагревается прямыми солнечными лучами, но ими нагревается поверхность Почвы.
ТРОПОСФЕРА
Тропосфера — ближайший к поверхности Почвы слой воздуха.. Над различными частями земного шара его толщина неодинакова: над полюсом она мала — всего около 7-9 километров, над экватором доходит до 15-17 километров. В тропосфере сосредоточено 9/10 всей массы воздуха. Тут находится практически целый содержащийся в воздухе пар, образуются замечательные тучи и выпадают осадки, тут разыгрываются все другие явления погоды. Характерной изюминкой тропосферы есть понижение температуры воздуха с высотой.
То, что практически вся масса воздуха содержится в тропосфере, имеет большое значение, поскольку при маленькой толщине этого слоя на нем очень сильно сказываются действия от земной поверхности — передача от нее тепла, поступление примесей и влаги (пыль, морская соль, споры растений и пр.).
Нагретая земная поверхность испускает невидимые глазом тепловые (длинноволновые) лучи. По отношению к ним земная воздух ведет себя в противном случае. Для них она практически совсем не прозрачна. Практически все излучаемое Почвой тепло улавливается воздухом и идет на ее нагревание. Следовательно, не смотря на то, что воздушное пространство вправду нагревается Солнцем, происходит это не прямо, а через посредство земной поверхности. Исходя из этого при удалении и подъёме от Почвы — от нагревающей воздушное пространство «печки» — делается холоднее. Но, это явление отмечается по большей части в тропосфере. Как мы заметим дальше, стратосфера нагревается пара в противном случае.
Температура межпланетного пространства, в котором Почва вращается около Солнца, близка к —273 градусам по шкале Цельсия. Это самая низкая из вероятных температур, так называемый полный нуль. Температура окружающей среды вблизи поверхности Почвы в среднем для всего земного шара близка к +16 градусам, другими словами на 289 градусов выше. Этим мы обязаны земной атмосфере. Стекло парниковых рам кроме этого легко пропускает видимые прямые солнечные лучи, но задерживает тепловые лучи от нагретой земли парников. В следствии под стеклом в парнике и оранжерее делается существенно теплее, чем в окружающем воздухе. Вследствие этого сходства утепляющее Почву свойство воздуха именуют «оранжерейным эффектом».
Изучения продемонстрировали, что задерживает и поглощает тепловое излучение не сам воздушное пространство, а находящиеся в нем пар и углекислота. Отыщем в памяти, что в ясную ночь в большинстве случаев не редкость холоднее, чем в пасмурную, а в осеннюю пору и весной довольно часто так, что наступают заморозки. Облака, задерживая поверхностное излучение Почвы, предохраняют ее от сильного охлаждения. В общем пара и углекислоты в воздухе столько, что они смогут поглотить около 80 процентов всего тепла, излучаемого поверхностью Почвы.
Нагреваемый методом рассеивания и поглощения солнечных лучей воздушное пространство кроме этого излучает тепло по всем направлениям: к соседним участкам воздушной оболочки, в мировое пространство и к поверхности Почвы. Это «встречное» (по отношению к излучению от поверхности Почвы) излучение воздуха пара ослабляет охлаждение земной поверхности, которое происходит непрерывно и днем, и ночью, и летом, и зимний период. Но летом и днем Солнце стоит выше над горизонтом, и приток лучистого тепла от него к земной поверхности многократно превосходит его утрату. Исходя из этого поверхность Почвы нагревается. Ночью же, в то время, когда притока лучистой энергии от Солнца совсем нет, а его утрата методом излучения непрерывно длится, земная поверхность заметно выхолаживается.
Степень поглощения земной поверхностью приходящего от Солнца тепла, а следовательно и степень ее нагревания, зависят кроме этого от характера самой поверхности (неровная либо ровная), окраски (чернозем, песок, зеленая трава, снежный покров), ее особенностей (рыхлая либо плотная, сухая либо мокрая). От этого же зависит и степень излучения тепла земной поверхностью в атмосферу. В случае, если мы примем все количество тепла, приходящего от Солнца, за 100 процентов и подсчитаем, сколько конкретно идет на нагревание поверхности Почвы, то заметим, что ею поглощается лишь 58 процентов, остальные 42 процента отражаются земной поверхностью, облаками и атмосферой и практически бесследно теряются для Почвы.
Падающее на поверхность Почвы с солнечными лучами тепло не остается лишь на поверхности и не абсолютно расходуется на нагревание воздуха. Оно попадает кроме этого в глубь земли либо в глубь воды морей и океанов. По мере поднятия Солнца по окончании восхода над горизонтом все посильнее нагревается верхний слой земли. Он выясняется довольно много теплее лежащих под ним слоев. Тепло только понемногу передается в глубину. Исходя из этого нагревание нижних слоев запаздывает если сравнивать с верхними. Лишь через 18 часов тепло попадает вглубь на пара десятков сантиметров. По окончании захода Солнца охлаждение земли идет тем же порядком — сверху вниз. Но за маленькую летнюю ночь много пробравшегося за сутки в глубину земли тепла не успевает излучиться в атмосферу. Ото дня ко дню его запасы возрастают и земля очень сильно прогревается. Зимний период расход тепла превышает приход, и земля промерзает. самые высокие температуры, на глубине 1 метр, наступают на 20 дней позднее, чем на поверхности земли, а на глубине 7,5 метра — на 148 дней позднее. Наряду с этим, само собой разумеется, происходит не только запаздывание, но и ослабление приходящего тепла. С глубиной температура делается более постоянной, отличие между самой высокой и самой низкой температурой значительно уменьшается. Наблюдения в различных местах земного шара продемонстрировали, что ниже 20 метров температура в земной коре уже не изменяется и обусловливается лишь внутренним теплом земного шара.
Вода морей и океанов нагревается в противном случае, чем жёсткая земля. Нагреваемые Солнцем верхние слои моря становятся легче и не опускаются в глубину. Так как вода весьма не хорошо пропускает длинноволновое излучение (мы знаем, что в воздухе оно поглощается конкретно паром), то и теплопередача вниз, от верхних к более глубоким слоям, и, следовательно, их нагревание, происходят весьма медлительно. И все же вода прогревается существенно стремительнее, чем земля, и на громадную глубину. Чтобы выяснить это, отыщем в памяти, что вода весьма подвижна. Кроме того легкий ветер образует на ее поверхности волны, перемешивающие достаточно толстые слои. Наряду с этим тепло попадает вниз, и это. происходит в тысячи раз стремительнее яркой теплопередачи методом соприкосновения нагретых слоев с более холодными.
Мы убедились, что не смотря на то, что Солнце и отправляет на любой участок земной поверхности однообразное количество тепла, в воздух в различных районах попадает различное его количество. Море и суша, кроме того разные их участки, по-различному принимают солнечное тепло, по-различному нагреваются, по-различному же нагревают отдельные части воздуха. Это имеет важное значение для всех явлений, происходящих в воздухе.
Но для проникновения тепловых действий от поверхности Почвы в толщину земной атмосферы необходимо определенное время. Времени было бы достаточно, если бы воздушное пространство продолжительно оставался неподвижным над одними и теми же участками Почвы. При перемещении воздушное пространство обязан перемешиваться, следовательно свойства, купленные им над разнородными участками, не смогут в нем сберигаться долгое время.
Воздушное пространство вправду без конца находится в движении. Но перемешивается он вовсе не так легко. Легче всего перемешивание происходит снизу вверх. Но это не редкость только тогда, в то время, когда воздушное пространство очень сильно нагревается снизу. Теплый воздушное пространство легче холодного, исходя из этого нагретые нижние его слои стремятся встать, «всплыть» вверх. Более холодные слои воздуха опускаются, нагреваются и сами устремляются вверх. Все такие перемещения вверх и вниз и перемешивают воздушное пространство.
Что-то похожее происходит в кастрюле с водой, поставленной на плиту. Вода нагревается снизу, от огня. Нагретые ее нижние слои поднимаются вверх и замещаются верхними холодными. Вся вода наряду с этим перемешивается, и понемногу все ее части выясняются нагретыми практически одинаково.
Но возможно указать другие примеры, в то время, когда перемешивание и в направлении снизу вверх происходит весьма слабо и медлительно. Поставим на лед большой кувшин с водой либо опустим в него кусок льда. В случае, если мы будем осмотрительны и попытаемся не взболтать воду, то через некое время кроме того на ощупь убедимся, что охладился лишь самый низ кувшина. В верхней его части вода практически совсем не остыла.
С подобным явлением мы видимся и в природе. В негромкую ясную летнюю ночь спустимся с вершины бугра в узкую равнину. Мы почувствуем, что внизу прохладнее, чем на бугре. В случае, если же мы захотим проверить собственные ощущения и измерим температуру воздуха на бугре и в равнине, то убедимся, что наверху вправду существенно теплее. Холодный воздушное пространство тяжелее теплого, исходя из этого более холодные приземные слои не поднимаются вверх и воздушное пространство практически не перемешивается.
В случае, если перемешивание в направлении снизу вверх не редкость так затруднено, то в боковых направлениях оно происходит еще не сильный. Фактически во многих случаях его совсем нет. Так и делается вероятным существование и возникновение в течение некоего времени обособленных, владеющих несхожими особенностями частей земной атмосферы.
Допустим, что в течение нескольких дней воздушное пространство был над очень сильно нагревающейся днем сушей. Наряду с этим он очень сильно прогревался снизу, соответственно и перемешивался. С сухой земли в атмосферу попало довольно много пыли, он замутился, далекие предметы стали не хорошо видимыми. В конце финишей эта часть земной атмосферы купит определенные особенности, зависящие от особенностей той части поверхности Почвы, над которой она временно замедлила собственный перемещение.
Воздушное пространство, бывший над морем, напротив, окажется менее прогретым, более чистым (без пыли) и мокрым.
Такие громадные части земной атмосферы, каковые отличаются друг от друга собственными особенностями, именуются воздушными весами.
Что же случится, в то время, когда такая воздушная масса начнет двигаться стремительнее? Вследствие этого разнородные действия тех новых участков земной поверхности, над которыми воздушная масса будет скоро течь, не успеют значительно изменить ее в громадной толще. Исходя из этого она будет медлительно изменять собственную температуру, влажность, видимость и принесет их в места, расположенные довольно далеко от района, откуда она начала собственный стремительное перемещение.
Это связано с крайне важными последствиями. Допустим, что летом над нами проходит воздушная масса, которая перед этим продолжительно была над сушей. Она очень сильно прогрета и запылена, исходя из этого несет с собой сухую и жаркую погоду, нехорошую видимость далеких предметов. В то время, когда эта воздушная масса уйдет и на ее место придет новая, с моря, то погода переменится на прохладную, покажутся кучевые либо кучево-дождевые тучи, видимость существенно улучшится.
В то время, когда одна воздушная масса сменяется второй, постоянно происходит перемена погоды.