Дерзкие мысли о климате

С увеличением испарения океанов надо думать последует увеличение теплоохранной роли парникового эффекта, что вызовет общее повышение и межширотное выравнивание температуры воздуха и поверхности океана и суши. Как видно, мы не исключаем возможность потепления климата Земли без изменений прихода тепла к ней от Солнца, а лишь за счет трансформации ее естественных возможностей теплообмена, вызываемой изменением угла наклона земной оси к плоскости эклиптики. Теперь уже не сложно представить, что в случае увеличения угла наклона оси, более современного, можно ожидать и соответствующего похолодания климата.

Здесь можно фантазировать и далее, но не станем поддаваться этому соблазну, ибо все здесь представляется пока очень призрачным и неясным. Важно, однако отметить, что подобные оценки, с основательным подходом к ним, в будущем обязательно потребуются и они не обойдутся без привлечения представления о закономерности неравновесного теплообмена замерзающих водоемов с окружающей средой.

5.5. Великий нуль

Часто говорят, что нуль – это ничто. Когда от нуля начинают что-то считать, он становится главной вехой отсчета. Когда же обнаруживается, что нулем градусов общепринятой температурной шкалы определяется быть или не быть на Земле оледенению, он по праву становится великим. Но только ли в этих случаях он так важен?

Гидросфера, плотно спеленавшая Землю океанами, атмосферным паром, ледяными покровами и ледниками является главным потребителем и главным «растратчиком» тепла, которым обменивается наша планета с окружающим космическим пространством. Она же является главным распределителем этого тепла на земной поверхности и главным регулятором его общего прихода и расхода. При обезвоженной атмосфере климат Земли, едва ли чем отличался бы от лунного.

Но эту свою теплорегулирущую, а точнее теплодемпфирующую роль гидросфера выполняет в наилучшем виде потому, что в сложившихся условиях теплообмена и атмосферного давления вода может быть и льдом, и паром, и сама собой – водой. Иначе говоря, на Земле вода находится в условиях тройной точки, отсчет которой опять же начинается от 0 °C (точнее от 0,0075 °C, рис. 9).

Рис. 9. Диаграмма состояния воды вокруг тройной точки

Благодаря этому вода на Земле может замерзать и плавиться, испаряться и конденсироваться. Все эти четыре фазовых превращения обладают тремя очень ценными качествами: во-первых, они изотермичны, то есть протекают без изменения температуры; во-вторых, очень теплоёмки и, в-третьих, все они сопровождаются благотворными для жизни растений и животных поддержанием теплообмена гидросферы с окружающим Землю пространством, то есть его автотерморегулированием. Переходя на привычные в наше время технические понятия, их можно охарактеризовать как весьма надежные термостаты, которые не позволяют гидросфере не только перегреваться, но и охлаждаться ниже определенных пределов. Сама жизнь на Земле прямо зависит от фазовых превращений воды. Обратим внимание, что и здесь не обходится без 0 °C.

А теперь посмотрим, как работают эти «термостаты».

Если температура не поднимается выше 0 °C, то вода, в виде льда, остается твердой, как камень, и в этом состоянии оказывается пассивным хранителем «холода». Но как только температура перевалила выше точки плавления, лёд, плавясь, начинает поглощать тепло, как показано на рис. 9, лучше многих известных веществ на Земле. Это изотермическое и очень ёмкое поглощение теплоты до определенной поры не сопровождается ни нагреванием талой воды, ни потерей ею тепла, то есть отличается удивительной рациональностью. Здесь лёд работает на эффективный захват теплоты внешней среды.

Наконец, там, где лёд полностью растаял, вода начинает нагреваться и испаряться. Еще более теплоёмкий процесс испарения надежно оберегает воду от перегрева, опасного для всего живого. Здесь уже включается «паровой термостат». Поднимающийся в атмосферу пар согревает атмосферу, а образуя облака, уже излучает ненужные для земной поверхности излишки тепла или сдерживает чрезмерную потерю тепла ею. Холодная верхняя атмосфера конденсирует пар, вследствие чего высвобождается теплота конденсации (опять же начинающаяся вблизи 0 °C). Этим сдерживается возможное более глубокое охлаждение самой земной поверхности.

Наконец, угасание конденсации и исчезновение облаков, далее уже в зависимости от положения солнечных лучей по отношению к земной поверхности, может снова либо увеличить её радиационный нагрев, либо усилить охлаждение. Когда же случится последнее и вода начнет замерзать, вступает в действие «ледяной термостат», то есть та самая закономерность, которой посвящены предыдущие главы этой книги. Здесь уже лёд, хорошо усваивающий теплоту, когда её не хватало, начинает во много раз экономнее отпускать её от водной массы.