Погода интересует всех - [8]

На дне воздушного океана

Атмосферу сравнивают с мощной машиной, к которой непрерывно подводится тепло и которая производит механическую работу. Тепловая машина атмосферы питается солнечной энергией, которая пронизывает мировое пространство и достигает нашей планеты. В результате работы этой машины в воздушном океане возникают изменения, которые мы и называем погодой. Когда сверкает молния или ураганы производят свои страшные опустошения, становится особенно очевидным, какой огромный обмен энергией происходит в атмосферной машине. Однако мы все же не всегда отдаем себе отчет в том, что «нагревателем» тепловой машины является земная поверхность. Именно здесь, на дне воздушного океана, энергия солнечных лучей превращается в тепло. Когда под воздействием лучистой энергии Солнца и излучения атмосферы земная поверхность нагревается, говорят о типе инсоляции. Ночью же, а в зимнее время и днем, Земля отдает тепло в мировое пространство в виде длинноволнового излучения. В этом случае говорят о наличии типа излучения[10]. Рассмотрим несколько подробнее явления, происходящие при типе инсоляции.

Инсоляционный тип теплового баланса.

Солнечные лучи приходят на земную поверхность, т. е. на оголенную почву, растительный покров, водную поверхность озер, морей и океанов, на тысячи городских крыш и т. д. Здесь они поглощаются и превращаются в тепло. Одна часть этого тепла проникает в глубь почвы, другая — расходуется на испарение воды с земной поверхности, а третья — на нагревание воздуха. Таким образом, при типе инсоляции земная поверхность действует подобно гигантской горячей плите, нагревающей слой атмосферы над ней. Естественно, что это нагревание оказывается наиболее сильным в непосредственной близости к земной поверхности, так же как и комнатный воздух сильнее нагревается вблизи печи. Следовательно, приземный слой атмосферы принимает наибольшее участие в изменениях температуры вблизи поверхности. Этот слой оказывается связующим звеном между земной поверхностью и всей толщей воздушного океана. Нагревание атмосферы при типе инсоляции происходит вследствие того, что наиболее нагретые порции воздуха отдельными струями покидают приземный слой и поднимаются в более высокие слои атмосферы. Во время подъема эти струи воздуха отдают свое тепло окружающему воздуху. С увеличением высоты их теплоотдача уменьшается.

Ночью же, т. е. при типе излучения, наоборот, от земной поверхности вверх распространяется охлаждение.

Таким образом, при ясной солнечной погоде температура воздуха в течение суток вблизи земной поверхности может изменяться более чем на 20°, тогда как на высоте 300 м, например на Эйфелевой башне, изменение не превышает 2–4°. Приземный слой атмосферы привлекает внимание не только потому, что в нем протекают интересные физические процессы, но также и потому, что различные биологические явления происходят почти исключительно в этом слое. Люди, животные и растения существуют именно в этом нижнем слое атмосферы. Поэтому его иногда называют также биосферой, или сферой жизни.

В солнечные дни, и особенно в безоблачные, нагревание приземного слоя атмосферы бывает значительным. В такие дни мы можем наблюдать чрезвычайно интересные оптические явления. Они возникают, когда друг над другом располагаются два (или более) слоя воздуха с различной температурой и между ними имеет место большой скачок плотности воздуха. Каждому известно явление миража над нагретыми шоссейными дорогами. Предметы, изображения которых возникают на расстоянии 200–500 м, кажутся искаженными до неузнаваемости, так как в неодинаково нагретых слоях атмосферы световые лучи различно преломляются. На дорогах в холмистой местности, где наблюдается наиболее сильный ветер, температурные контрасты между поверхностью дороги и воздухом выражены особенно резко. Дорога или шоссе при этом кажется гладкой как зеркало. В долинах между холмами перегретые слои воздуха толще, чем над холмами. Поэтому в долинах поверхность шоссе или дороги уже не такая гладкая, а деревья и автомобили кажутся погруженными в озеро. Часто наблюдаются курьезные миражи: автомашина без колес или человек в сидячем положении, как бы парящий в воздухе, тогда как лошадь или повозка невидимы.

Нижний мираж (мираж пустыни),XB — холодный воздух, ТВ — теплый воздух, ТП — теплая поверхность.

Подобные явления возможны, когда в атмосфере холодный слой воздуха располагается над нагретым. Мираж, возникающий в этом случае, называют миражом пустыни, или нижним миражом. Особенно часто такой мираж встречается в тропических и субтропических странах, где его называют фата-моргана, или барэль-шайтан (дьявольское озеро). В дневные часы над раскаленными песками горы кажутся перевернутыми вершиной вниз. Травы, растущие на земной поверхности, кажутся пальмами. Облик людей искажается, они превращаются в какие-то диковинные существа. Войска Наполеона встретились с такими миражами в Египте. Во время похода солдаты внезапно увидели, что их со всех сторон окружает вода. Куда бы они ни двигались среди раскаленных песков, ничего, кроме бесконечной водной поверхности, не было видно. Говорят, что солдаты ожидали конца света и были крайне изумлены, когда к вечеру эта мерцающая голубая гладь на их глазах начала расплываться и наконец совсем исчезла.