Тропическая природа
Шрифт:
Влияние почвенной теплоты
Всякий знает, что уже на небольшой сравнительно глубине почва сохраняет одинаковую суточную температуру, а еще несколько глубже сглаживаются и годовые температурные колебания, так что в продолжение всего года стоит одинаковая температура, почти в точности равная средней температуре местности. Чем сильнее колебания температуры, тем значительнее эта глубина: она меньше всего близ экватора и больше всего в странах, лежащих близ Полярного круга, где разница между зимой и летом наиболее значительна.
Вблизи экватора, где годовые колебания температуры очень малы, как это мы видели на примере Батавии, постоянная средняя температура, приблизительно равная 26 °C, наблюдается уже на глубине 5–6 футов. Поэтому излишек теплоты, получаемый почвой в течение дня, распространяется вглубь чрезвычайно медленно; поверхность земли перегревается очень сильно и за ночь излучает обратно значительную часть своей теплоты. Таким-то образом поддерживается высокая температура воздуха, когда он не нагревается солнцем. С другой стороны, в умеренном поясе слой почвы с постоянной температурой залегает очень глубоко: в Женеве, например, по меньшей мере на 30–40 футов, а в Англии на 50–60 футов. Температура на этой глубине приблизительно на 20 °C ниже, чем на экваторе. Эта значительная толща холодной земли поглощает изрядную часть летней теплоты и сравнительно быстро передает ее вглубь, так что лишь довольно поздно, в июле и августе, верхние слои накопляют излишек солнечной теплоты, достаточный для того, чтобы ночью излучать ее обратно и таким образом в отсутствие солнца поддерживать более или менее высокую температуру воздуха. Такое излучение теплоты на экваторе идет непрерывно, и почвенная теплота является одной из важнейших причин однообразия экваториального климата.
Влияние
Водяной пар, в известном количестве всегда содержащийся в воздухе, находится в своеобразных тесных и весьма важных взаимоотношениях с солнечной и почвенной теплотой. Солнечные лучи беспрепятственно проходят сквозь него [5] до земли, но теплота, обратно излучаемая нагретой землей, очень сильно им поглощается, так что благодаря присутствию водяного пара температура воздуха возрастает; так как наиболее низкие слои последнего содержат как раз наибольшее количество пара, то на них можно смотреть как на своего рода одеяло земного шара, задерживающее теплоту, которую он по ночам излучает в пространство. На экваторе воздух большую часть года почти насыщен водяным паром, так что, несмотря на сильную жару, соль и сахар растекаются, а все железные предметы покрываются толстым слоем ржавчины. Приняв полное насыщение за 100, мы убедимся, что средний максимум относительной влажности достигает в Батавии в январе 96 %, а в сентябре – 92 %. В январе, самом сыром месяце, колебания влажности невелики; она колеблется между 77 и 96; в то же самое время колебания температуры тоже наименее значительны. В сентябре влажность подвержена наиболее значительным колебаниям – от 62 до 92, температура тоже: самые низкие температуры наблюдаются именно в этом и предыдущем месяце. Интересно отметить, что в некоторых местностях Англии относительная влажность почти такая же, как и в Батавии или даже выше. Так, в Клифтоне с 1853 по 1862 год зарегистрирована средняя влажность 92 % для января, в то время как в Батавии средний максимум влажности этого месяца за 4 года равнялся только 88; месячный минимум влажности был для Клифтона 79, для Батавии – 78,9. Эти цифры, однако, выражают огромную разницу в количестве водяного пара на кубический фут воздуха. В январе в Клифтоне при температуре 2–5 °C количество влаги не превышает 4–4,5 грана на кубический фут, в то время как в Батавии при 26–33 °C в том же количестве воздуха содержится целых 20 гранов влаги. [6] Очень важно при этом то, что способность воздуха насыщаться паром возрастает быстрее, чем температура. Уменьшение температуры на 5 °C при 10 °C конденсирует только 1,5 грана влаги на кубический фут, в то время как то же понижение при 32° конденсирует целых 6,5 грана. Таким образом становится понятным, почему ничтожное охлаждение тропической ночи обусловливает появление гораздо большего количества росы и ощутимой сырости воздуха, чем можно обнаружить при гораздо больших понижениях температуры в умеренном поясе. Это значительное количество содержащегося в воздухе водяного пара, препятствуя лучеиспусканию нагретой за день земли, поддерживает ночью живительное тепло. Что это именно так, очень наглядно доказывается тем, что имеет место в северной Индии, где дневной максимум температуры несравненно выше, чем когда-либо наблюдалось на экваторе, и все же, благодаря сильной сухости воздуха, ночи страшно холодны; лучеиспускание бывает иногда настолько сильно, что вода в плоских сосудах покрывается льдом. Так как нагретая земная поверхность со всем тем, что находится на ней, в сыром воздухе охлаждается медленнее, чем в сухом, то отсюда следует также, что, если даже количество и интенсивность солнечных лучей в двух местностях земной поверхности в точности одинаковы, непосредственно измеримое и эффективное тепло может быть и далеко не одинаковым сообразно с тем, много или мало водяных паров содержится в атмосфере. В первом случае теплота поглощается быстрее, чем может излучиться обратно, в последнем – она быстрее теряется через лучеиспускание земли в пространство, чем может поглощаться. В обоих случаях должно установиться равновесие, но в первом устанавливающаяся в конце концов средняя температура будет значительно выше, чем в последнем. Таким образом, мы можем объяснить себе обжигающий эффект солнечных лучей в тропиках: он зависит от того, что кожа не может отдать тепло ни лучеиспусканием, ни испарением, ни поглощением с той же быстротой, как она его получает, в результате чего быстро достигается температура, разрушающая деликатную структуру эпидермиса. [7]
5
Это не совсем верно. Под экватором коэффициент прозрачности составляет 0,7; из общего количества 192 килокалорий на 1 кв. см горизонтальной поверхности в год, могущих проникнуть к земной поверхности при безоблачном небе, в действительности проникает лишь 82 ккал/кв. см в год. Радиационный баланс, т. е. разность между радиацией, поглощенной земной поверхностью, и эффективным земным излучением составляет в экваториальных областях 80 – 100 ккал/кв. см в год на материках и 120 ккал/кв. см в год над океаном.
6
То есть 8,4–9,4 грамма на кубометр воздуха в первом случае и 42 грамма – во втором. В современной метеорологии абсолютная влажность выражается упругостью водяных паров атмосферы, т. е. в миллиметрах ртутного столба. При температурах от 2 до 5 °C абсолютная влажность при 100 % относительной, т. е. при полном насыщении атмосферы, колеблется от 5,6 до 6,5 мм, при температурах от 26 до 33° – от 25 до 37,4 мм.
7
По современным представлениям непосредственно после интенсивного облучения солнцем наступает покраснение кожи, вызванное видимой и длинноволновой инфракрасной радиацией, которое довольно быстро и бесследно проходит. Коротковолновая ультрафиолетовая радиация вызывает фотоэритему – покраснение, отличающееся от тепловой фотоэритемы, которая возникает только после скрытого периода (его продолжительность тем больше, чем слабее облучение). Это покраснение объясняется расширением кожных капилляров. В результате облучения в коже откладывается пигмент – меланин и утолщается самый верхний, роговой слой кожи. Организм постепенно адаптируется к эритемной радиации, и затем покраснения не происходит даже при значительных дозах облучения.
Влияние ветров на температуру экваториальных стран
Тропик Рака отстоит от тропика Козерога более чем на 3000 миль; поверхность тропического пояса составляет более трети земной поверхности. Поэтому совершенно невозможно, чтобы какое-нибудь воздушное течение могло достигнуть экватора, не нагревшись предварительно от соприкосновения с земной поверхностью, с морем или от смешения со слоем поверхностного нагретого воздуха тропических и субтропических стран. Такое нагревание значительно усугубляется еще тем, что все ветры, стремящиеся к экватору с юга или севера, изменяют свое направление вследствие увеличения скорости вращения земли на экваторе и достигают его уже почти как восточные; они дуют, следовательно, в косвенном направлении вдоль по обширной нагретой поверхности земного шара. Причины, порождающие западные муссоны, влияют на них совершенно таким же образом, так что на экваторе абсолютно неизвестны чисто северные и чисто южные воздушные течения, за исключением местных бризов, дующих с суши или моря. Произведенные в Батавии наблюдения показали, что в продолжение 10 месяцев в году направление ветров уклоняется от восточного и западного всего лишь на 5–3° и что ветры этого направления суть в то же время и сильнейшие. В продолжение же остальных двух месяцев, марта и октября, господствующее направление ветров – северное, но эти ветры очень слабы и принадлежат, вероятно, в большинстве случаев к числу местных морских бризов, которые в Батавии ввиду ее географического положения должны дуть с севера, проносясь над двумя тысячами миль нагретых суши и моря. Да и вообще говоря, каждый ветер, дующий на экватор или вблизи него, должен предварительно пройти в косвенном направлении обширное пространство тропической земли и поэтому в силу необходимости должен быть теплым.
Напротив того, в умеренном поясе ветры постоянно прохладны и часто очень холодны даже в середине лета, вероятно потому, что отчасти они, как восточные, дуют из более холодных областей, отчасти, как западные, – из более высоких слоев воздуха. [8] Происходящий, таким образом, постоянный приток холодного воздуха, наряду с обусловленной его сухостью интенсивностью земного лучеиспускания, поглощает солнечную теплоту так энергично, что равновесие устанавливается лишь при сравнительно низкой температуре. Наоборот, на экваторе теплота, вследствие отсутствия какой бы то ни было охлаждающей среды, которая могла бы устранять ее излишек, накопляется очень быстро и скоро поэтому достигает степени, оказывающей тот палящий эффект, который так нас поражает, если мы будем учитывать только высоту
8
По современным метеорологическим представлениям, холодные ветры чаще всего дуют из холодных антициклонов, образующихся зимой над обширными материками или вообще над полярными льдами. Дующие в Европе северо-восточные ветры происходят чаще всего из сибирского антициклона, северные и северо-западные – из полярного, или из так называемой полярной шапки. Эта «полярная шапка» весной и в начале лета часто образует обращенные на юг отроги, или языки, которые в виде так называемых волн холода могут прокатываться до самого северного тропика, вызывая резкое падение температуры.
9
Приводимые автором факты, особенно первый, тоже объясняются волнами холода, посылаемыми южной «полярной шапкой». «Холодные горные ветры» могут быть только местными бризами, действующими вдоль долин на очень короткие расстояния.
Следующая иллюстрация, может быть, уяснит резкий контраст климатов экваториальных и умеренных стран, наблюдаемый даже тогда, когда оба они получают почти одинаковое количество солнечной теплоты. Вообразим себе два резервуара воды, из которых каждый ежедневно получает из проведенной в него трубы приток воды в 1 000 галлонов (около 5 000 литров); но это бывает только днем, ночью же труба закрыта. Оба водоема протекают, но в то время как один теряет в день 900 галлонов (4 500 литров), другой за это же время просачивает 1 100 галлонов (5 500 литров), при условии, однако, что оба они наполнены ровно до половины и давление воды в них одинаково. Если мы теперь станем наполнять оба водоема через вышеупомянутые трубы, то один из них будет получать воды больше, чем терять, и уровень воды будет в нем со дня на день повышаться до тех пор, пока увеличившееся ее давление не усилит просачивания настолько, что установится равновесие. В другом водоеме уровень воды будет, напротив, понижаться до тех пор, пока уменьшившееся давление не ослабит просачивания настолько, что оно сравняется с притоком. Затем количество воды в обоих водоемах сделается стационарным, но в одном уровень ее будет в общем выше, в другом – ниже. Только днем вода в обоих водоемах будет повышаться, ночью – понижаться. Точно так же дело обстоит и с огромным тепловым резервуаром Земли. Фактическая температура, господствующая в какой-нибудь точке земной поверхности, зависит не от одного только количества получаемой теплоты, но гораздо больше от баланса между постоянно меняющимся приходом и расходом. Поэтому становится понятным, почему Шотландия, получая на 57° северной широты в середине лета столько же солнечной теплоты, сколько и Ангола или Тимор под 10° южной широты, днем даже в течение гораздо большего числа часов имеет все же значительно более низкую температуру, среднюю в 15 °C и максимальную от 21 до 24°, вместо средней в 26,5° и максимальной от 32 до 35°, и почему в Шотландии под непосредственным действием солнечных лучей в полдень наша кожа не испытывает никаких неприятных ощущений, а на Тиморе между 9 часами утра и 3 ч. пополудни мы тоже, верно, вызвали бы на коже водянку, как если бы окатили ее кипятком. [10]
10
См. примечание 7.
Повышение температуры благодаря конденсации водяных паров атмосферы
Большое количество скрытой теплоты, освобождающейся при конденсации водяных паров атмосферы в виде дождя или росы, является одной из дальнейших причин, обусловливающих царствующую на экваторе жару, которая кажется нам столь однообразной в сравнении с изменчивой температурой внетропических поясов земли. Атмосфера тропиков при своей высокой температуре может вместить большое количество паров и очень часто бывает близка к полному насыщению; поэтому самое незначительное понижение термометра сопровождается конденсацией значительного абсолютного количества водяных паров; обильная роса и сильные ливни выпадают там даже при сравнительно высокой температуре воздуха, даже на уровне моря. Дождевые капли, падая сквозь насыщенную влагой атмосферу, быстро увеличиваются в объеме, причем так же, как и в случае росы, освобождается скрытая теплота водяного пара, которая и поддерживает высокую температуру воздуха. Притом этот источник теплоты почти постоянен, так как при хорошей погоде ночью всегда бывает обильная роса; графическое изображение среднего месячного количества осадков в Батавии и Гринвиче показывает (см. таб. ниже), что этот источник теплоты сохраняет свое значение в течение всего года, ибо за самый сухой месяц в Батавии количество осадков почти равно количеству их за самый обильный осадками месяц в Гринвиче. Могут возразить, что испарение должно снова поглощать ровно столько же теплоты, сколько ее освободилось при конденсации, и это совершенно верно. Но так как испарение и конденсация обыкновенно происходят в разное время и в разные месяцы, то выравнивающий эффект оказывается тем более значительным. Испарение бывает при самом сильном и палящем зное и умеряет его; конденсация в виде дождя и росы сильнее всего ночью, и теплота, которая при этом освобождается, отчасти возмещает солнечную. Кроме того, на конденсацию росы и дождя в значительной мере воздействует и растительность, особенно леса; немалое влияние оказывают также холмы и горы; конденсация сильнее на суше, чем на море. Напротив того, испарение, отчасти благодаря меньшему количеству пасмурных дней, отчасти благодаря постоянной подвижности воздуха, гораздо сильнее на море.
Так, в частности, бывает в той обширной области тропического и подтропического поясов, где постоянно дуют пассаты, ибо при незначительном количестве осадков испарение здесь чрезвычайно велико. Но из этого опять-таки следует, что на материках экваториального пояса конденсация гораздо сильнее испарения, и это должно обусловливать, вообще говоря, повышение температуры, а также благодаря усилению конденсации именно ночью должно не менее энергично умерять ее колебания.
Общая характеристика экваториального климата
Различные, перечисленные выше причины достаточно объясняют нам возникновение основных черт экваториального климата: почему в отсутствие солнца ночью поддерживается столь высокая температура и почему изменение положения солнца на его пути от северного тропика к южному оказывает такое незначительное влияние. В этой благодатной зоне жара никогда не бывает удручающей, как это часто наблюдается на границах тропического пояса. Высокая абсолютная влажность воздуха настолько же благоприятствует здоровью человека, как и способствует развитию растительности. [11] Понижение температуры, наблюдаемое при наступлении ночи, так правильно и в то же время незначительно, что оно никогда не бывает в тягость, а ночи никогда не бывают настолько томительно жаркими, чтобы мешать сну.
11
Там, где люди сообразуются в своем образе жизни с климатом, как, например, голландцы на Малайском архипелаге, там они наслаждаются столь же крепким здоровьем, как и в Европе, все равно, родились ли они в Европе или уже много поколений жили под отвесными лучами солнца [С этим оптимистическим утверждением автора согласиться нельзя. Европейцы несомненно плохо переносят тропики, если не пользуются такими благами современной цивилизации, как кондиционирование воздуха и прочее.].
В самое сырое время года все же редко выпадает даже несколько дней подряд, чтобы хоть на несколько часов не проглянуло солнце, и даже в самые сухие месяцы время от времени выпадают дожди, которые охлаждают и освежают раскаленную землю. Благодаря такому климатическому режиму никогда не бывает перерывов в росте растений и разница между временами года крайне незначительна, если она вообще есть. Все растения – вечнозеленые, в цветах и плодах никогда нет недостатка, хотя временами они бывают особенно изобильны: многие однолетние злаки и плодовые деревья приносят в год по два урожая.
Ваше Сиятельство 5
5. Ваше Сиятельство
Фантастика:
городское фэнтези
аниме
рейтинг книги
Черный дембель. Часть 2
2. Черный дембель
Фантастика:
попаданцы
альтернативная история
рейтинг книги
Энциклопедия лекарственных растений. Том 1.
Научно-образовательная:
медицина
рейтинг книги
