Дерзкие мысли о климате

Так, в настоящее время, когда летом южное полушарие Земли оказывается ближе к Солнцу (в перигелии), а северное полушарие дальше (в афелии) и соответственно южное полушарие летом получает солнечной радиации больше, чем северное, должна наблюдаться асинхронность морского оледенения. И она имеет место, выражаясь в том, что в южных полярных морях многолетнего льда не образуется (исключая льды, утолщенные торошением или отколовшиеся от ледников), а в Северном Ледовитом океане они устойчиво сохраняются, хотя и подвержены некоторому стаиванию, из-за чего перестают наращиваться по достижении равновесной толщины, то есть состояния, когда стаивающий и намерзающий слои становятся равными. Однако при том же положении наклона земной оси и при тех же сезонных положениях полярных областей в перигелии и афелии, но при общем многовековом удалении Земли от Солнца (100 тысячный цикл эксцентриситета), вследствие которого радиация ослабнет, вызвав переход летней температуры через 0 °C и на южном полушарии, оледенения на обоих полушариях должны происходить одновременно.

Оледенения на суше, поднявшиеся выше снеговой линии, например Антарктиды и Гренландии, намного меньше зависят от изменений солнечной радиации, поскольку постоянно находятся в среде со среднегодовой отрицательной температурой воздуха. Изменения их массы находятся в большой зависимости от общеглобальных синхронных для обоих полушарий изменений режима испарения Мирового океана и конденсации атмосферной влаги. Однако краевые участки этих наземных оледенений, спускающиеся ниже снеговой линии, могут испытывать асинхронные отступления и наступления оледенений, за которыми следуют и изменения массы самих ледников вплоть до их полной деградации. Вероятно, поэтому Гренландия, имеющая площадь в 6 раз меньшую, чем Антарктида, чаще полностью освобождалась ото льда, чем южный полярный материк. Как видим, новый взгляд на особенности теплообмена ледяных масс с внешней средой дает пищу для оценок событий уже случившихся и еще ожидаемых ледниковых эпох (Файко, 1989).

5.2. Талый сток – переносчик энергии

Выше было показано, что представление о стоке талых вод со льда, как частном случае изотермической конвекции, позволило завершить обоснование физической состоятельности выявленной закономерности больших различий в интенсивностях высвобождения и усвоения теплоты фазовых превращений при намерзании и таянии плавучего льда, а далее и объяснить ряд новых явлений, которые из него следуют.

Но талый сток осуществляется не только с плавучего льда, но и с ледников, и с ещё больших площадей суши, ежегодно покрывающихся снегом. И здесь должны быть какие-то теплофизические следствия этого, так широко распространенного явления. Нельзя сказать, что в теплообмене с участием талого стока вообще ничего неизвестно. Мне известна работа (О. П. Чижова и др. 1968, с. 105), в которой указывается, что «талые воды полностью стекают по уклону ледниковой поверхности и уносят с собой теплоту таяния», но более широких заключений по этому поводу не встречалось.

Рассмотрим детальнее это явление, но начнем снова с плавучего льда. Многие годы наблюдая стаивание снега вблизи Якутска, которое обычно завершается к концу апреля, и стаивание льда на озерах, реке и с искусственно намороженных ледяных массивов, интенсивно происходящее с начала до конца мая, мы определили среднюю величину стаивания льда и снега, приведенного к плотности льда, равной 3,5 см в день. Оно может изменяться вдвое и больше в обе стороны в зависимости от температуры воздуха, облачности, экспозиции ледяных поверхностей и так далее, но в среднем составляет показанную величину. Эта величина эквивалентна усвоению льдом более 1 кДж/см² за сутки или 32,6 кДж/см² за май месяц. Последняя близко сходится с полученной вблизи Якутска средней величиной радиационного баланса R, то есть прихода тепла от поглощенной солнечной радиации после вычета эффективного излучения.

Следовательно, здесь имеет место примерное равенство R ≈ Q+, где Q+ – количество тепла, усваиваемое при плавлении льда.

Заметим, что масса открытого водоёма нигде и никогда не способна так интенсивно усваивать радиационное тепло. Если бы это могло быть, то озеро глубиной в 78 см даже в Якутии к концу мая уже бы закипело! Но может быть мы ошибаемся, может быть в величину R вошла еще теплота окружающего воздуха? Это не сложно проверить, изолировав наблюдаемый участок тающего льда прозрачной пленкой, что мы и делали неоднократно. Но оказывается, что при этом таяние льда намного ускоряется и составляет уже более 5 см за день. Следовательно, адвекция не дополняла количество теплоты, а пленка исключала сопровождающие теплопотери и приход тепла стал определяться практически полной величиной поглощенной радиации, равной 49 кДж/см² в месяц, что соответствовало и прямым ее определениям.