Уже первые исследователи установили, что климат Южнополярной области более суров, чем Северной . На одних и тех же широтах наблюдаются совершенно различные физико-географические условия. Участник Первой русской антарктической экспедиции Беллинсгаузена-Лазарева географ и астроном, профессор Казанского университета И.М. Симонов после возвращения из экспедиции в своем исследовании "О разности температуры в Южном и Северном полушариях" отметил, что в Южном полушарии климат более суров. Остров Южная Георгия находится вблизи 55° ю.ш., и там нет деревьев, есть лишь мох и трава. Город Казань имеет широту тоже около 55°, но только северную. Здесь, "на нашем полушарии, в Казани…- писал И.М. Симонов, - в июле месяце все цветет, деревья приносят плоды, а поля обильную жатву…". Это поражает воображение, притом не только первых путешественников, но и людей возвращающихся из Антарктики в наши дни. Глядя на зелень лесов, покрывающих острова и берега Финского залива, сложно представить, что на той же широте 60° в южном полушарии на островах даже в разгар антарктического лета белеют снега и ледники, на склонах лишь в расщелинах и впадинах растут мхи и лишайники.
Французский исследователь Обер де ла Рю о природе острова Кергелен, расположенного на 49° ю.ш., писал: "По сравнению с бесплодием острова Кергелен северная тундра может показаться цветущей и радующей взгляд". Широта Кергелена соответствует широте Львова, Полтавы, Харькова в северном полушарии. Правда, зимой на Кергелене не бывает таких сильных морозов, как в умеренной зоне северного полушария. Обусловлена такая разница "океаничностью" южного полушария - широким кольцом океана и системой океанических течений. В северном полушарии, особенно в Атлантическом океане, теплые течения, идущие от тропических широт, обогревают атмосферу, а атмосфера в свою очередь несет тепло в умеренные широты континентов. В южном полушарии холодные воды, омывающие Антарктиду, распространяются на север в умеренные широты вместе с морскими льдами и айсбергами. В южный океан не приходят теплые течения. Наоборот - отсюда распространяются холодные течения вдоль западного берега Африки в Атлантическом океане и вдоль западного берега Южной Америки в Тихом океане.
Первых путешественников, оказавшихся на берегах Антарктиды, поражала огромная сила ветра устойчивого южного и юго-восточного направления, дующего с континента. Особенно сильны эти ветры зимой. С апреля по ноябрь они дуют почти непрерывно круглые сутки, с ноября по март - в ночные часы, когда солнце заходит за горизонт или находится низко над горизонтом.
Было обнаружено также, что эти ветры дуют лишь вблизи берега и быстро затухают вблизи моря. Когда были созданы первые внутриконтинентальные станции и начались внутриконтинентальные походы, то было установлено, что такие ветры дуют на склонах ледникового щита и скорости их зависят от крутизны склона. Эти ветры образуются в результате охлаждения воздуха у поверхности ледника. При охлаждении плотность воздуха повышается, и он стекает вниз по склону под действием силы тяжести. Поэтому эти ветры и называются стоковыми. Мощность слоя стока воздуха обычно 200-300 метров. Наблюдаются стоковые ветры обычно при ясной погоде или при небольшой облачности. Горизонтальная видимость при стоковых ветрах порою равна нулю, т. к. ветер несет большое количество снежной пыли. В зените сквозь снежную пелену видно голубое небо, и солнце просвечивает тусклым оранжевым пятном. На склоне, где дуют сильные стоковые ветры, на снежной поверхности образуются высокие заструги весьма причудливых форм с перепадами высоты между буграми и впадинами до одного метра. Снег в застругах весьма сильно уплотнен давлением ветра и отполирован движущимися жесткими кристалликами снега. При движении поезда по таким застругам кажется, что ты находишься на небольшом судне, плывущем по взволнованному морю.
Даже в самом центре материка, где наклоны поверхности невелики, все же существуют слабые стоковые ветры. Стоковые ветры особенно резко проявляются в холодный период года. Летом в дневные часы в результате прогрева нижнего слоя атмосферы солнцем стоковые ветры у побережья прекращаются. Здесь в дневные солнечные часы стоит штиль или наблюдаются ветры других направлений, а на склоне, на расстоянии 20-30 километров от берега, дует сильный устойчивый ветер. Ночью при охлаждении ветра стоковые ветры снова распространяются до берега.
А как далеко распространяется стоковый ветер от берега в сторону моря?
В середине зимы 1956 года в районе Мирного метеорологи Первой САЭ организовали одновременные наблюдения на берегу и в 13 км от берега на морском припае. На станции, расположенной на морском припае, стоковые ветры практически не чувствовались. Летом, когда на рейды приходят морские суда и становятся в 10-15 км от берега, ночью и утром в месте стоянки стоит хорошая погода, а на станциях бушует порывистый стоковый ветер. Вертолеты и самолеты летать на могут до позднего утра, пока солнце не прогреет нижний слой воздуха на берегу и пурга не прекратится.
Над Южным океаном образуются глубокие атмосферные вихри - циклоны, которые в основном движутся вокруг Антарктиды, но многие из них имеют южную составляющую; они подходят к берегам Антарктиды и иногда приникают на континент. В этом случае циклонический ветер, складываясь со стоковым, достигает силы урагана. Повторяемость ураганов и штормов у берегов Восточной Антарктиды очень велика. В Мирном, например, за год бывает около 250 штормовых дней, когда скорость ветра превышает 15 м/с, а на Австралийской станции Моусон - более 300 дней. Скорости ветра при ураганах достигают в этих местах огромной величины - 45 м/с, а при отдельных порывах - 90 м/с.
Другой особенностью Антарктиды является резкая разница в температурах воздуха. На побережье летом температура бывает около нуля, а вот на ледниковом плато даже летом наблюдаются устойчивые морозы в 30-40°С. Зимой температуры воздуха у берега также сравнительно умеренные - минус 20-30°С, а в глубине континента стоят самые жестокие на Земле морозы - до 70-80°С. Абсолютный минимум на станции Восток был отмечен в августе 1960 года1: -88,3°С. Это самое холодное место на Земле. Шесть месяцев в году температура на станции Восток держится ниже минус 70°С.
Такие низкие температуры воздуха в глубине Антарктиды определяются высотой ледникового щита над уровнем моря, высокой отражательной способностью снежной поверхности, в результате чего солнечное тепло почти полностью уходит в мировое пространство, расположением Антарктиды почти полностью за Полярным кругом, вследствие чего материк получает солнечную энергию только в течение нескольких летних месяцев.
Из чего же складывается температурный режим атмосферы Антарктиды и чем он обусловлен?
Источником тепла на Земле является Солнце. Тепловая энергия, несущаяся солнечными лучами, сосредоточена в основном в коротковолновой части спектра. Атмосфера почти прозрачна для коротковолновых лучей, большую часть из них она пропускает до земной поверхности, и сам воздух прямыми солнечными лучами нагревается очень незначительно. Земная поверхность частично отражает солнечные лучи обратно в Мировое пространство и частично поглощает, превращая коротковолновые лучи в длинноволновые невидимые тепловые лучи. Это тепло, излучаемое от поверхности, и улавливается атмосферой, но не молекулами воздуха, а находящимися в воздухе водяным паром и углекислым газом. Следовательно, чем выше от поверхности Земли воздух, тем меньше он нагревается.
Вследствие большой прозрачности и сухости воздуха, большой высоты над уровнем моря на поверхность Антарктиды летом падает очень большое количество солнечной радиации.
Кроме того, при годичном обращении вокруг солнца Земля находится в перигелии, то есть на самом близком расстоянии от Солнца, 22 декабря, когда в Антарктиде середина лета. Вследствие этих двух причин в летние месяцы солнечная радиация здесь выше, чем в любом другом месте земного шара. Однако 80-90 % этой солнечной энергии отражается снежной поверхностью обратно и уходит в мировое пространство. Количество солнечного света, отражаемого той или иной поверхностью, выраженное в процентах, называется альбедо ( от латинского слова "альбус", что значит "белый" ). Темные поверхности поглощают большое количество прямой солнечной радиации, абсолютно черная поверхность, например покрытая сажей, поглощает падающую солнечную радиацию полностью и альбедо такой поверхности составляет 0 %. Чем белее поверхность, тем больше ее отражательная способность и, значит, тем больше альбедо. Альбедо снежной поверхности Антарктиды, как уже сказано, составляет 80-90 %.
Снег, поглощая всего лишь 10-20 % солнечной энергии, нагревается сам и излучает это тепло в виде длинноволновых лучей в атмосферу, но так как в атмосфере над Антарктидой почти отсутствуют молекулы воды, то это тепло излучается в мировое пространство.
Зимой, когда солнца нет или оно находится низко над горизонтом, поверхность снега не нагревается, а, наоборот, охлаждается, излучая длинноволновые лучи в мировое пространство, так как тела, имеющие температуру выше абсолютного нуля (- 273°), являются источниками излучения.
Приход и расход тепла у земной поверхности образуют земной баланс. Этот тепловой баланс поверхности Антарктиды отрицательный. Антарктический ледниковый щит, покрытый снегом, постоянно теряет из-за длинноволнового излучения больше энергии, чем получает. Но если дело было бы только из-за этих составляющих теплового баланса, то поверхность Антарктиды из года в год охлаждалась бы, температура ее поверхности и атмосферы над ней становилась бы все ниже и ниже. Однако многолетние наблюдения на антарктических станциях показывают, что такого явления не наблюдается - температура воздуха над Антарктидой имеет сравнительно небольшие межгодовые колебания то в одну, то в другую сторону. Значит, потери тепла излучением компенсируются. Исследованиями установлено, что это тепло приносится с воздушными массами с океана. На это указывает то обстоятельство, что атмосфера на некоторой высоте над Антарктидой теплее, чем у поверхности, и, таким образом, от верхних слоев происходит перенос тепла к поверхности. В более влажном принесенном воздухе происходит конденсация влаги, она превращается в кристаллики снега, и при этом процессе так же происходит выделение тепла.
Таким образом, Антарктиду согревает теплый воздух, приносимый с океана. Чем ближе к океану, тем больше тепла приносится циклонами, образующимися над Южным океаном.
В центральной части Антарктиды, на ледяном плато, происходит процесс вымораживания влаги при опускании воздуха, и осадки здесь выпадают в виде ледяных игл и изморози при ясном небе. Поэтому воздух, стекающий с континента, очень сухой. На побережье и на склоны ледникового щита осадки приносятся океанскими циклонами и выпадают в виде снега. Толщина слоя снега, выпадающего за год в центральной части Антарктиды, составляет всего 10-12 сантиметров, на ледниковом же склоне и вблизи побережья - 150-200 сантиметров.
Над большей частью Антарктиды дождей не бывает, лишь редко, один раз в несколько лет, они наблюдаются на прибрежных станциях. Над Южным океаном воздух очень влажный, небо преимущественно закрыто облаками, и здесь осадки выпадают в основном в виде дождя и мокрого снега.
Таяние снега летом происходит лишь в узкой береговой зоне. При интенсивной солнечной радиации снег становится рыхлым, с берега в океан бегут ручьи, но уже в 10-12 километрах от берега таяние снега незаметно. Лишь на поверхности снега летом образуется тонкая радиационная корочка льда. Но на склонах обращенных к солнцу темных скал, имеющих сравнительно небольшое альбедо, снег интенсивно тает даже в районах, удаленных от берега. Здесь появляются настоящие горные потоки, которые стекают во впадины и образуют озера. Особенно бурное таяние снега и льда происходит вблизи оазисов.
Это лишь общее описание климата и погоды. Отдельные районы изучены более подробно, и теперь мы уже можем говорить о многолетнем режиме Антарктики в целом или отдельных ее районов.
Важной задачей в дальнейшем изучении Антарктики является теперь выяснение взаимодействия океана - атмосферы - континента в количественных величинах, так как перед учеными стоит проблема разработки прогнозов погоды и многолетних изменений климата.
А.Ф. Трешников "АНТАРКТИКА: исследования и открытия."
Гидрометеоиздат, Ленинград, 1980 год.
1 - 24 августа 1960 года на станции Восток была зарегистрирована температура воздуха -88,3° - самая низкая температура, когда-либо наблюдавшаяся на нашей планете.
|
