Дерзкие мысли о климате

Нечто подобное, но как бы в вывернутом виде вероятно происходит и в насыщенной влагой атмосфере. При охлаждении (ночью или зимой) пар верхних слоев атмосферы конденсируется, высвобождая тепло, которое излучается в космическое пространство, одновременно блокируя излучение тепла от земной поверхности. При нагревании Солнцем сконденсировавшийся в облаках аэрозоль снова усваивает, уже в самой атмосфере, поступающую энергию на повторное испарение капелек аэрозоля, а определенная доля излучения достигает и земной поверхности. Увеличившееся количество пара никуда не денется, пока снова не сконденсируется, отдав усвоенное тепло и превратившись либо снова в облака, либо в осадки.

В таком обратимом через фазовые превращения в самой атмосфере теплообмене при современных земных условиях участвует примерно 2/3 объёма атмосферной влаги, что уже обусловливает нагревание земной поверхности по сравнению, например, с лунной. Как лёд не даёт при таком теплообмене глубоко промерзать водоему, так и испаряющаяся влага, и конденсирующийся пар в атмосфере не позволяют ей охлаждаться ниже определенного предела. Причем уровень нагревания атмосферы определяется именно количеством влаги и пара в ней. Таким образом, если оно увеличится еще на 1/3, что вполне возможно, то основной теплообмен Земли с Солнцем и космическим пространством почти замкнется на фазовых превращениях пара в атмосфере. На Земле не станет видно Солнца, но не будет ни зноя, ни стужи; средняя температура воздуха у земной поверхности поднимется еще на 10…15 °C, как это, вероятно, уже бывало, судя по остаткам древней флоры и фауны, и достигнет 24…29 °C. В данном случае повышение температуры мы приняли по уже определенному выше примерному «обогревающему» эффекту современного облачного покрова. Но верна ли такая оценка, если заведомо известно, что вместе с увеличением облачности до сплошной общее альбедо Земли увеличится ещё примерно на 25 % и радиации станет усваиваться на столько же меньше. В то же время возможность потребления тепла космическим пространством останется такой же неограниченной. Можно ли объяснить повышение температуры земной поверхности при накрытии её сплошной облачностью? Попробуем это сделать.

Теплообмен при фазовых превращениях влаги в атмосфере сам по себе не способен вызвать нагрева земной поверхности и даже стабилизировать его на одном уровне, ибо «теплая» в сравнении с космическим окружением Земля, получив меньше тепла от Солнца, казалось бы, обречена на постепенное остывание. Но вспомним, что стабилизация теплового состояния моря, покрытого многолетним льдом равновесной толщины, обеспечивается не просто льдом, а разной интенсивностью теплообмена через него: он отдает зимой тепло намного менее интенсивно, чем усваивает его летом. Но то же самое происходит и в атмосфере. Как бы не была плотной облачность, она не способна полностью исключить проникновения рассеянной радиации. Большая доля этого проникающего до поверхности океаносферы (или суши) излучения расходуется на парообразование. Высвобождается же оно в атмосфере намного позднее и медленнее, чем усваивается. Задерживается и остальная доля усвоенной земной поверхностью тепловой энергии.

Тепло, поступившее буквально со скоростью света, задерживается в атмосфере и на земной поверхности, видимо, не менее полусуток, становясь их достоянием. Поскольку это происходит каждый день, то такая задержка создает в атмосфере фон повышенной температуры, то есть тепловой барьер, приводящий к снижению отдачи тепла земной поверхностью. Здесь опять нам пригодится сравнение с ледяным покровом: он намерзает зимой так медленно, что не успевая достигнуть сколько-нибудь значительной толщины, снова начинает (и намного интенсивнее) таять летом, полностью локализуя намерзание, так и на земной поверхности при теплообмене через атмосферу. Ее остывание происходит медленнее, чем нагревание (точнее насыщение паром) и потому ещё не закончившись, снова сменяется нагреванием.

И там и тут такая неравнозначность в усвоении и потере тепла обусловливается различием интенсивностей разных форм теплообмена. На льду малоинтенсивной кондуктивной теплопроводности (при отводе тепла) противопоставляется намного более интенсивный конвективный теплообмен (при усвоении тепла). В атмосфере и на земной поверхности менее интенсивный конвективный теплообмен при отводе тепла через испарение – конденсацию постоянно сменяется самым интенсивным из возможных – лучистым теплообменом при поступлении тепла. Для пояснения сути возникающих таким путем процессов можно обратиться к примеру аналогичного накопления воды в резервуарах, за счет разности в интенсивности подачи и слива равных объёмов воды, то есть за счет разности расходов при его заполнении и сливе. Если скорость притока воды будет превышать скорость ее оттока, то вода будет накапливаться в резервуаре до тех пор, пока та и другая скорости не уровняются.