Дерзкие мысли о климате

В первом случае неравновесный теплообмен озера с внешней средой через ледяной покров реализуется в изотермическом увеличении энтальпии воды, во втором – уже в ее нагревании. Последний случай вряд ли нуждается ещё в каком-то объяснении, поскольку он давно используется человеком в так называемых «солнечных ловушках» или гелионагревателях, которые в последнее время получают все большее распространение непосредственно в практике прямой утилизации энергии лучей Солнца. Для нас важно, что мы нашли яркий пример нерукотворного использования солнечных лучей самой природой и, кажется, основательно разгадали ещё одну загадку.

Изложив всё выше описанное, мы готовы были переложить новые представления на непосредственное объяснение природы климата. Но тут же возникла мысль, а только ли замерзающим водоёмам присуща неравновесность теплообмена с окружающей средой, наконец, завершается ли набор факторов, определяющих климат тем, что мы изложили? Нет, не завершается. Наверное, долго еще придется искать и другие явления, определяющие климат.

Глава 6. Тяготение и теплообмен внешних сфер земли

Если не будем свободно высказывать новые мысли, то наука не будет идти вперед.

К.Э. Циолковский

Очевидно, что основные неудачи и неясности на пути решения проблем климата и долгосрочных прогнозов погоды обусловлены одной главной причиной – ограниченностью наших знаний о физических механизмах, управляющих климатом и погодой. Из сферы научных исследований, выполненных тысячами естествоиспытателей, постоянно ускользают ещё какие-то важнейшие факторы, спрятанные в тине истин о природе климата. А почему бы не посмотреть, не управляет ли как-то климатом вездесущее земное тяготение?

Знаю, как рискованно тормошить основы представлений о тяготении, поэтому буду пытаться заглянуть лишь в те их области, которые могут иметь прямое отношение к климату.

6.1. Климаты земли, луны и планет

Мы привыкли понятие «климат» ассоциировать с многолетним режимом погоды с её дождями, ветрами и так далее. Но на Луне погоды вроде бы и не существует, поскольку там нет ни облаков, ни дождей, ни ветров, ни атмосферного давления и ничего иного, кроме равнопериодической смены светимости Солнца и тьмы окружающего космоса. Но термин «климат» исходит как раз из представлений о характере светимости Солнца, почему он имеет отношение и к Луне.

Итак, климаты Земли, Луны и всех планет солнечной системы в основе определяются периодичностью освещения их поверхностей лучами Солнца. Соответственно теплообмен всех этих космических тел с внешней сферой осуществляется только радиацией. Все они получают лучистую теплоту практически только от Солнца и возвращают ее в окружающее их космическое пространство только лучами. Поскольку все эти тела вращаются, солнечная радиация поступает на каждый участок их поверхностей через строго равные интервалы времени и в строго ограниченной дозе, регламентируемой солнечной постоянной и наклоном лучей. Обратное же излучение тепла в космос происходит всюду непрерывно, потребностями космической среды не лимитируется, но со стороны самих тел ограничивается накапливаемыми за период освещения запасами тепла на их поверхностях и разными возможностями его задержки до излучения в космос.

Поскольку замеченных изменений средней температуры поверхностей этих тел не наблюдалось, то считается, что в их теплообмене с внешней средой (Солнцем, космосом) существует установившийся баланс прихода и расхода радиационной энергии, то есть всего теплообмена. Это же принимается очевидным и для каждой данной эпохи Земли, хотя не исключаются и нарушения такого баланса в периоды радикальных изменений её климата от оледенелого состояния к безледному.

Уровень теоретически рассчитываемой «нагретости» единицы поверхности Земли и планет определяется эффективной температурой, которая зависит от расстояния космического тела от Солнца, отражательной способности этого тела и корректируется коэффициентом пропорциональности, называемым постоянной Стефана – Больцмана. И здесь обнаружились неожиданности, которые сейчас считаются уже достаточно объясненными.

Так, Земля и ее спутник Луна находятся в среднем на равном расстоянии от Солнца, но в силу большего альбедо земная поверхность усваивает солнечного тепла в 5, 6 раз меньше, чем поверхность Луны. Несмотря на это средняя температура земной поверхности оказывается на 30 °C выше лунной!