Дерзкие мысли о климате

Объясняется же увеличенное усвоение тепла водоёмом с тающим льдом тем, что в этот период вода, покрытая им, не способна испаряться, а лучистая теплота не может превращаться в теплоту, то есть расходоваться на ещё более теплоёмкое фазовое превращение. Этот расход на открытых нагревающихся водоёмах составляет значительную, а иногда почти всю величину тепловой энергии, достигающей его поверхности.

Итак, оказывается, что при таянии ледяного покрова водоем изотермически усваивает тепловую энергию, идущую на увеличение его энтальпии, всегда более интенсивно, чем оставаясь открытым, что объясняется отсутствием испарения в период таяния.

Как видно, ледяной покров не только намного сокращает потерю тепла водоёмом зимой, но и весной усваивает его больше, чем открытая поверхность воды, имеющая, кстати, намного меньшее альбедо, чем тающий лёд. По нашим оценкам, в частности по наблюдениям за стаиванием льда на р. Лене, в этот период масса озера с притоком талой воды, вносящей теплоту плавления, усваивает радиационного тепла по крайней мере в 5 раз больше, чем ежесуточно усваивается ею в самое теплое время года на нагревание воды и дна. Впрочем, и после схода снега и таяния льда на водоёмах тепла усваивается, например, в Центральной Якутии, по крайней мере вдвое больше, чем при прогревании почвы. Это объясняется существенным различием форм усвоения тепла водой и почвой, в частности тем, что усвоение тепла почвой регламентируется ее теплопроводностью и ограниченностью или исключением конвективного теплообмена. Поэтому же, несмотря на большее альбедо, лёд намного лучше усваивает при таянии тепло, чем почва за весь летний сезон. Так, в якутском поселке Оймякон почва способна усвоить, вместе с затратами тепла на испарение 142 кДж/см2, а при таянии льда может быть усвоено более 480 кДж/см², то есть почти в 3,5 раза больше. Об этом свидетельствуют факты.

Из этих сравнений следует, что далеко не всегда количество усвоенного земной поверхностью радиационного тепла регламентируется лишь ее альбедо, но определяется и иной способностью разных сред усваивать поступающее тепло. В частности, при таянии снега и льда тепла усваивается всегда намного больше, чем при простом нагревании любых иных природных масс, включая и открытую воду. Как видно, обыденное представление о льде, как о «растратчике» тепла, оказывается далеко не всегда верным, ибо он является и наиболее активным «поглотителем» теплоты плавления.

Поступление талого стока в водоём, увеличивая его энтальпию, не приводит к повышению температуры воды. Это обстоятельство дает основание отдельным исследователям заключать, что развитие знаний о привносе тепла с талым стоком якобы лишено смысла, поскольку не определяет каких-либо явно фиксируемых и видимых последствий в водоёме. Но это неверно. Талый сток привносит с собой весьма значительное, во многих случаях, например, в невскрывающиеся водоёмы, основное количество тепла, увеличивающего их энтальпию, что, например, на непроточных озерах выражается в ускоренном замещении льда водой или увеличении уровня воды.

Действительно, если пренебречь обменом тепла при всех фазовых переходах и сопровождающимся изменением массы водоёма при этом, что нередко ранее допускалось, то представление о талом стоке становится лишним. Но именно пренебрежение этими элементами теплообмена определяло ошибочность или полную безуспешность многих теплобалансовых расчетов замерзающей гидросферы.

Участие талого стока в термике водоёмов суши начинается на их водосборных бассейнах и потому не может рассматриваться в отрыве от них. Таяние природных снежно-ледяных образований (снежного покрова, ледников, плавучих льдов) почти всегда заканчивается гравитационным стеканием талых вод в пониженные участки рельефа, то есть, в конечном счете, в водоёмы (хотя бы и временные), а значительно реже и меньшей долей – в нижние горизонты почвогрунтов.

Энтальпия талой воды ещё до ее поступления в водоем увеличивается на общее количество тепловой энергии Qв, которое слагается из последовательно усвоенных величин:

Qв=Qп+Qл+Qн,

где Qп – тепло, усвоенное при прогревании снега или льда до температуры плавления; Qл – теплота плавления, усвоенная при таянии снега и льда; Qн – тепло, усвоенное при нагревании талых вод за период их стекания (адвекции).

Далее уже из закона сохранения и превращения энергии прямо следует, что со стекающей талой водой уносится и вся усвоенная ею тепловая энергия, ибо очевидно, что она никуда не исчезает. Это явление характерно для всех заснеженных или оледенелых поверхностей, периодически испытывающих таяние, и потому должно учитываться всюду, где оно имеет место. Например, применительно ко всем заснеженным областям, сезонно достигающим на Земле площади более 110 млн. км², известное уравнение теплового баланса земной поверхности должно быть откорректировано введением уходящей с талым стоком адвективной величины: Qв:

R = LE + P + A + QB,