Климат Антарктиды
Климат любого места на земле, как и климат Антарктиды, формируется под влиянием трех основных факторов: солнечной радиации, атмосферной циркуляции и географических условий самого места.
Материк Антарктида
Известно, что там, где земля получает много солнечного тепла, как, например, на экваторе, всегда жарко; там, где воздушные течения приносят влажный морской воздух,-сыро; на вершине высокой горы холодно и лежит снег, а у ее подножия стоит вечное лето. Но на Земле есть такие места и даже целый материк, где летом на его поверхность падает почти столько же солнечного тепла, сколько и в субтропиках.
Однако здесь не только не зреет виноград, но не растет даже трава. Земля покрыта толстым слоем снега и льда, который не тает и летом. Таким и является материк Антарктида. В ясный летний день на побережье Антарктиды каждый квадратный сантиметр поверхности получает в одну минуту около 0,5 калорий солнечного тепла.
Сумма поступающего тепла за один летний месяц составляет почти 20 тысяч калорий (20 больших калорий). Это в полтора, даже в два раза больше, чем на тех же широтах северного полушария, и лишь немногим меньше того, что получают хлопковые поля под Ташкентом.
Если бы все это тепло затрачивалось здесь на таяние ледников, то за одно лето мощность его уменьшилась бы на десять метров, т. е. через 10-15 лет в районе Мирного (находящегося на побережье Антарктиды) лед полностью растаял бы.
В глубине материка, например на станции Пионерская, на поверхность снега летом поступает еще больше солнечного тепла, но снег не тает. Здесь царят вечный мороз и пурга. Почему же так происходит? Куда же девается все это огромное количество солнечной энергии? Ведь оно, согласно закону сохранения энергии, никуда не должно исчезнуть!..
Загадка климата Антарктиды
Это была главная загадка климата Антарктиды. Чтобы разгадать ее, члены первой советской антарктической экспедиции, которая базировалась на станциях Мирный и Пионерская, в течение всего года непрерывно наблюдали за приходом и расходом солнечного тепла, т. е. вели своеобразную «бухгалтерию» солнечной радиации.
Большую часть этой работы выполняли специальные самопишущие приборы-«электромеханические «бухгалтеры Солнца». Они непрерывно регистрировали, сколько тепла поступает от солнца, сколько его отражается и излучается снежно-ледяной поверхностью Антарктиды и, наконец, какой получается радиационный баланс.
Исследования климата Антарктиды
Результаты исследования климата Антарктиды превзошли все ожидания. Оказалось, что от снежно-ледяной поверхности Антарктиды, как от зеркала, зимой и летом отражается около 80-82% падающих на нее солнечных лучей. Это огромное количество солнечной энергии почти полностью уходит обратно в мировое пространство.
Ну, а куда деваются оставшиеся 18-20% упавших на землю солнечных лучей? Они поглощаются земной поверхностью и превращаются в тепло. Но и это, уже усвоенное тепло поверхность Антарктиды не может сберечь. Почти половина его (более 10% от суммарной радиации) теряется путем теплового излучения, и только оставшиеся 8-10, а на Пионерской даже 5% расходует Антарктида для своих нужд.
Но так бывает летом (с ноября по февраль). Зимой (с марта по октябрь) поверхность Антарктиды практически совсем не получает солнечного тепла. А излучение тепла с ее поверхности происходит непрерывно. Потери тепла каждый месяц за счет излучения зимой составляют 2-3 большие калории. Подсчеты показывают, что за счет излучения поверхность Антарктиды охлаждалась бы примерно на 5-6° в час.
Однако этого не происходит. Только один раз, исследуя климат Антарктиды, участники первой экспедиции, которая прибыла в Антарктиду в январе 1956 года, были свидетелями столь резкого падения температуры. Это было 20 августа-в середине самого сурового месяца зимы. Обычно начинающийся к вечеру сточный ветер (ветер, стекающий со снежных вершин материка), неожиданно затих.
Быстро разъяснилось, и температура в течение полутора часов упала на 10°, достигнув -40,4°. Это была самая низкая температура в Мирном. Затем подул ветер и вновь на самой южной земле потеплело.
Влияние циркуляции воздуха на климат Антарктиды
Значит, движение, циркуляция воздуха спасает поверхность Антарктиды от непрерывного охлаждения. Влияние циркуляции атмосферы на формирование климата Антарктиды необычайно велико. В Мирном, например, не было ни одного зимнего месяца, чтобы температура воздуха с приходом морской воздушной массы не повысилась бы до -3 -6°.
Так, например, с 29 на 30 апреля исследуемого года, в течение суток температура повысилась от -25 до -8°. Такое потепление распространилось даже на Пионерскую, где за те же сутки температура от -50° повысилась до -30°. Теплые периоды зимой в Антарктиде продолжаются иногда неделю и более. Передача тепла от воздуха к подстилающей поверхности в этом случае происходит не только воздушными вихрями, но и путем теплового излучения атмосферы.
Поверхность Антарктиды, вместо того чтобы излучать тепло, начинает получать его из атмосферы, радиационный баланс становится положительным и температура начинает быстро повышаться. За счет циркуляции атмосферы к берегам Антарктиды приносится не только тепло, но и холод. Это бывает тогда, когда воздух движется не с моря, а из глубины Антарктиды, стекая по склону Антарктического плато.
Как вода после сильного дождя, выпавшего на склоне горы, стекает к подножию, стремительно ускоряя свое движение под влиянием силы тяжести, так и охлажденный, более плотный воздух спускается по длинному склону ледникового плато Антарктиды. Он движется с каждой минутой все быстрее и быстрее, достигая у самого берега часто силы урагана.
Однако в отличие от потока воды воздух, стекающий по склону, непрерывно нагревается (на каждые 100 м высоты на 1°), поэтому температура, с которой он приходит к побережью, хотя и низкая, но значительно выше той, которая была бы здесь, если бы не было ветра. Это подтверждают данные выносных станций.
Так, например, в ясный день 12 августа, когда в Мирном бушевал шторм, в 13 км от него на припае, (так называется лед над поверхностью воды, прочно сросшийся с материковым льдом), где не сказывалось влияние сточного ветра, был штиль и температура воздуха была на 11° ниже, чем в Мирном. Сточный ветер в Антарктиде-это «холодный» фен.
Воздух, двигаясь из центральных областей Антарктиды, так же как и при обыкновенном фене, нагревается и, удаляясь от точки насыщения, становится более сухим. Однако из-за сравнительно небольших высот и очень низких начальных температур он не может сильно нагреться, поэтому приходит на побережье не теплым, а холодным. К примеру, такой случай: воздух движется от станции Пионерская к Мирному.
Разность высот между этими станциями около 3 км. Если температура воздуха на Пионерской была -50°, то к Мирному он придет с температурой -20°, т. е. все еще очень холодным. Циркуляция атмосферы над Антарктидой совершенно своеобразна.
В прибрежных районах, да и далеко в глубине материка, весь год ветры дуют почти из одного сектора (от северо-северо-востока до юго-юго-востока), но в зависимости от того, дуют ли они ближе к восточному краю сектора или к южному, погода меняется очень резко. Восточные ветры связаны с движением циклона и несут тепло, а юго-восточные - со стоком холодного внутриматерикового воздуха и несут холод.
Влияние местности на климат Антарктиды
На климате Антарктиды сказывается и влияние местности. Здесь в одном районе одновременно могут наблюдаться жестокий шторм с пургой и штилевая погода, хотя больших различий в рельефе совсем нет. Вот как описывает поездку в Мирный участники экспедиции.
В начале августа нам пришлось выехать в инспекцию на одну из выносных станций, в 4 км от Мирного, и, так же как и Мирный, находившуюся недалеко от берега. Погода была ясная, дул слабый юго-восточный ветер (5 м/сек). Выехав за передающую радиостанцию, мы увидели впереди как бы пелену тумана, который сгущался и поднимался по мере приближения к морю. Через несколько минут вездеход въехал в полосу поземки. Тысячи мелких струек двигались у поверхности льда, сливаясь в отдельные ручьи. Чем дальше мы продвигались, тем ручьи становились плотнее, как бы прижимаясь один к другому, пока не слились в огромную молочно белую реку.
И вот мы уже переезжаем «реку» вброд. Все выше становится уровень метели, скоро она закрывает гусеницы вездехода, а затем и ветровое стекло. Ехать приходится вслепую. Для того чтобы не сбиться с пути, вылезаем на кабину. Станции не видно, виден только трепещущий на мачте Государственный флаг. Когда мы подъехали к станции и вышли из машины, идти было невозможно, ноги скользили по отполированному метелями льду, а ветер мгновенно сбивал с ног. Здесь бушевал шторм. Скорость ветра была в три раза сильнее, чем в Мирном. А на станции, расположенной на припае, в это время было совсем тихо. Свободные от вахты люди катались на лыжах. В расположенной по соседству колонии императорских пингвинов начали выводиться птенцы.
Влияние местности особенно сказывается на температурном режиме. Поражают, например, необычайно низкие температуры на станции Пионерская (69°44' ю. ш.), расположенной на высоте около 3 км. Средняя годовая температура воздуха на этой станции ниже 38°.
Интересно, что на находящейся примерно на той же широте, но в северном полушарии станции Кола (близ Мурманска, 68°53' с. ш.,), средняя годовая температура воздуха равна -5°. На станции Пионерская самая высокая температура была -13°, а на станции Кола +32°. Подобных примеров можно было бы привести очень много.
Климат Антарктиды зависит от разреженности воздуха
Суровость климата Антарктиды, особенно в глубинных районах, усугубляется также разреженностью воздуха, вызванной значительными высотами над уровнем моря.
На станции Пионерская, например, давление воздуха в полтора раза ниже, чем в Мирном. При таком давлении любое быстрое движение нарушает ритм дыхания, человек быстро устает даже от небольшой физической нагрузки.
Раздевание перед сном, сидя на нарах, а затем залезание в спальный мешок вызывало такое же сердцебиение, как после длительного и быстрого бега. Особенно трудно в таких условиях выполнять тяжелую физическую работу. В экспедиции был такой случай.
Сразу же после приезда на Пионерскую предстояло вырыть в плотном снегу помещение для добычи водорода, необходимого для выпуска шаров-пилотов и радиозондов. Вырыть помещение можно было бульдозером, но как сделать крышу? Под рукой, кроме нескольких хрупких реек да двух-трех буровых труб, ничего не было. Положив их в качестве перекрытия, стали накрывать помещение брезентом. Крыша оказалась непрочной, но держалась. Приступили к оборудованию газогенераторной. Закончили работу часа в 2 утра (стоял круглосуточный весенний день).
Немного отдохнув, решили приступить к добыче водорода. Каково же было огорчение, когда, придя к газогенераторной, увидели, что на крыше метель надула огромный заструг. Перекрытия прогнулись. Лезть в помещение было опасно. Скоро вся эта масса снега рухнула, завалив все оборудование. Выбрасывать снег пришлось вручную, так как бульдозер мог поломать приборы. Вот тут и сказалось низкое давление. Бросок каждой лопаты снега на высоту 2-2,5 м вызывал одышку. Сделав несколько бросков, люди валились с ног. А тут еще непрерывная метель, сводившая на нет результаты всех трудов. Чтобы сделать надежные перекрытия, пришлось разобрать настил единственных на станции тракторных саней.
Но сани находились далеко. Трактор не работал. Доски пришлось отдирать от саней и таскать на себе. Ходили медленно, неся по две доски. Вот, отбросив доски в сторону, упал на снег радист Ушаков. Он нес три доски, и у него перехватило дыхание. Сбросив доски, каждый из нас, даже Зотов, выжимавший на динамометре одной рукой более 90 кг, останавливался в изнеможении или отлеживался на снегу под колючей пургой. Зато какова была радость, когда через несколько дней впервые в истории науки в глубине Антарктиды поднялся радиозонд. Началось регулярное изучение высоких слоев атмосферы внутри ледяного царства, чтобы изучить более досконально климат Антарктиды.
Таковыми оказались основные закономерности формирования климата Антарктиды, таковы основные причины его суровости. Но влияние атмосферы на климат Антарктиды было не единственной загадкой, и не исчерпывались только вопросами климата. Перед глазами исследователей возникали такие явления, на которые не могли ответить даже маститые ученые мира. Многие из этих явлений ранее даже не приходилось наблюдать.
Например: «исчезновение стратосферы», снежные смерчи (тромбы); цветные гало и ложные солнца, зимняя радуга, выгнутая в обратную сторону; марево над снегом, снежная мгла (туман); ледяное облако у земли; цветная поземка, снежные фонтаны-гейзеры, летние облака в глубине Антарктиды, белящий эффект, летящие из рук искры, неоновая лампочка, зажигающаяся от прикосновения пальца, и многое другое.
Каждое из этих явлений наблюдается в определенное время года, поэтому, чтобы разгадать их, надо хотя бы мысленно представить эти условия.