Более 50 % (а в очень густых дождевых лесах – до 75 %) осадков, выпадающих над дождевыми лесами (в тропических и умеренных широтах), возвращаются в атмосферу благодаря транспирации и испарению. Интересно, что большая часть воды, поступающая в атмосферу в виде водяного пара, возвращается в леса дождем: так природа обеспечивает сохранение водного ресурса дождевых лесов. Все эти цифры много говорят о том, насколько важна экосистема дождевых лесов для поддержания жизни на Земле. На них приходится 15–20 % общемирового испарения воды и 65 % всех дождей на суше. Обезлесение значительно снижает уровень водяного пара в атмосфере: меньше становятся облачность и количество осадков. Процесс эвапотранспирации (суммарного испарения воды) охлаждает атмосферу, поскольку потребляет энергию на испарение воды из листьев, благодаря чему температура в лесу остается относительно постоянной. Сокращение лесного покрова не только ухудшает качество почвы и снижает биоразнообразие, но также увеличивает изменчивость температуры воздуха: выше вероятность сильной жары в дневное время. Последствия истощения лесного покрова оказываются далеко идущими и выходят за пределы локальных экосистем.
Любое изменение течения воздушных потоков тем или иным образом воздействует на их динамику. Меняться могут направление ветра, скорость, влажность, температура. На многих континентах имеются значительные горные массивы: Гималаи, Скалистые горы, Альпы, Анды. Эти величественные хребты оказывают значительное влияние как на погоду в своих регионах, так и на характер более масштабной атмосферной циркуляции. Анды – одна из самых длинных горных цепей в мире, протянувшаяся на 7000 километров вдоль оси север – юг в Южной Америке. Анды служат барьером между восточной частью Тихого океана на западе и остальным континентом на востоке. Благодаря этому барьеру к востоку от гор установилась очень влажная погода, а к западу образовалась засушливая пустыня Атакама. Кроме того, подобно другим высоким горным хребтам, на вершинах Анд лежат снег и лед, что вносит свой вклад в эффект альбедо, охлаждающий атмосферу (солнечный свет в основном отражается, а не поглощается). Сильнейшие тропические дожди идут на восточной стороне Анд и питают разнообразные формы жизни амазонской сельвы, что является одним из ключевых факторов в регулировании уровня углекислого газа и водяного пара в атмосфере по всему миру.
Гималаи играют важную роль в формировании климата почти по всей Азии. В этой горной системе находятся десять восьмитысячников из четырнадцати, существующих на Земле. К югу лежит Индийский субконтинент, где летом преобладают муссонные дожди. Такое положение Гималаев не только позволяет этому региону получать жизненно важную воду в больших количествах, но и препятствует проникновению на юг холодных ветров из Сибири, что служит одной из причин теплого тропического климата в Индии. Кроме того, существование Гималаев, как и других крупных горных систем, вызывает пертурбации и даже отклонения ветров по всей тропосфере. Сильный ветер, обтекающий горную вершину, спускается вниз, что может провоцировать изменения погоды. С севера на юг на западе Северной Америки вытянулись Скалистые горы, из-за них ветры на этом континенте значительно отклоняются к северу и югу (а не дуют с запада, как это предполагалось бы исходя из вращения Земли). Для региона это значит, что холодный ветер может доходить до южных штатов США, а в Канаде, напротив, может устанавливаться сильная жара. Холодные сухие ветры, дующие через Скалистые горы – неотъемлемый компонент формирования смерчей в так называемой Аллее Торнадо. Эти радикальные изменения в характере ветров далее распространяются на восток, через Атлантический океан, в сторону Европы. Иногда погодные условия, наблюдаемые на Среднем Западе США, через несколько дней устанавливаются на западе Европы (впрочем, с распространением на восток они неизбежно корректируются при взаимодействии с океаном). Положение, форма и высота гор – важные факторы, влияющие на атмосферные явления во всем мире.
Как сильно отличается погода на вершинах гор?
Погода в горных районах может быть любой: холодной, ветреной, влажной, снежной, морозной, теплой, сухой или солнечной. Если собираетесь взойти на гору, помните, что погода может поменяться в любой момент – понимание таких изменений может спасти вам жизнь. При определенных условиях зимний день на одном из горных склонов может показаться вам летним.
Горы служат естественным барьером для ветра. Они отклоняют воздух вверх, после чего его характеристики меняются: ускоряется охлаждение и увеличивается конденсация. Образуются облака, начинается дождь. Такой тип формирования дождя называется орографическим. Но это только половина дела: к тому времени, как воздух достигает другого склона горы, он уже совершенно изменяется. Та погода, которую испытаете на себе вы, зависит от того, где именно на горе вы находитесь. С точки зрения потенциальных погодных различий горы можно разделить на две части: наветренная сторона, открытая ветру преобладающего направления, и подветренная сторона, которая защищена от него в значительно большей степени. Погода с наветренной стороны чаще всего (хотя и не всегда) заметно отличается от погоды с подветренной стороны.
Преобладающее направление ветра оказывает значительное влияние на эту сторону горы – по сути, она постоянно находится на линии огня. Именно наветренная сторона вызывает подъем воздуха. Восходящий воздух значительно быстрее охлаждается, создавая плотные тяжелые облака, полные капелек влаги. Когда такое облако поднимается вверх по склону, на наветренной стороне часто начинается мелкий дождик. Иногда он переходит в полноценный дождь (который и называется орографическим). Именно благодаря постоянным дождям эта сторона горы всегда богата растительностью, хотя часто опустошается ветром, а солнечный свет порой не доходит до поверхности по нескольку дней.
Меняется не только влажность: чем выше в гору – тем холоднее, со временем температура падает ниже нуля, и дождь превращается в снег. Этот уровень высоты называют уровнем замерзания, или снеговой линией. Когда начинается буря, дождь становится снегом, а затем свирепые ветры обращают его в метель. Нулевая видимость и морозный воздух – смертельное сочетание для любого альпиниста. Когда же ветер начинает спускаться с другой стороны горы, вся влажность из воздуха уже исчезает. Нисхождение этого воздуха увеличивает степень сжатия. А когда газ сжимается, он разогревается, так что, спускаясь с подветренной стороны гор, воздух становится более теплым. Невероятно! Такой ветер называется фёном, а парадокс в целом – эффектом фёна.
Впрочем, более сухой и теплый ветер, спускающийся с гор, носит и другие имена в зависимости от региона. В Скалистых горах, например, его именуют чинуком. Тот же механизм лежит в основе эффекта дождевой тени – района, где не устанавливается влажная погода. Это можно наблюдать в самых засушливых местах Земли: например, в Андах преобладающий ветер восточный, что оставляет Атакаму в дождевой тени с подветренной стороны. Проиллюстрируем огромное влияние, которое это явление может оказывать на температуры. Итак, представьте себе гору высотой 3000 метров. Воздушная масса начинает свое движение с наветренной стороны горы при температуре, допустим, 18 °C, а закончит у самой земли на подветренной стороне уже при температуре 26 °C.
Ветры, дующие у земной поверхности, более медленные из-за трения. Над морем трение меньше, но все равно есть. Выше воздух высвобождается, ветер становится сильнее и свободнее. Это так называемый градиентный ветер. Когда он наталкивается на горы, происходит отдача, высвобождается много энергии, в результате ветер усиливается. Особенности топографии приводят к тому, что ветер быстро распространяется во всех направлениях: так образуется турбулентность. Особенно сильна она, если воздух нестабилен и стремится вверх. На вершине горы скорость ветра обычно в два-три раза выше, чем у поверхности.
Дело не только в нестабильном воздухе, который стремится вверх, что приводит к образованию ветров, дующих в различных направлениях. Когда стабильный ветер движется горизонтально и натыкается на гору, он отклоняется. На подветренной стороне горы образуются вихревые облака. Ветры могут значительно усиливаться, моментально создавая резкие зоны турбулентности, которые причиняют неприятности воздушным судам на малой высоте. Свидетельством турбулентности с подветренной стороны может служить образование там вихревых облаков. Это результат конденсации воздуха вследствие порывов ветра.
Обычно считается, что температура воздуха падает на 1 °C за каждые 100–150 м высоты. Это связано с рядом факторов:
• Солнечный свет оказывает гораздо больше влияния на плоскую поверхность, чем на поверхность под углом, он сильнее разогревает землю, а следовательно и воздух.
• С набором высоты атмосферное давление становится ниже, что позволяет воздуху распространяться на большие расстояния и, следовательно, охлаждаться (обратное тоже верно: когда воздух сжимается, он нагревается).
• Ветер на высоте сильнее, и воздух интенсивнее перемешивается, что тоже приводит к охлаждению.
При этом, хотя в горах и холоднее, на вершине гор у вас гораздо больше шансов обгореть. Почему? На высоте ультрафиолетовое излучение сильнее. В солнечный день для того, чтобы обгореть, на высоте требуется намного меньше времени, чем на поверхности: чем выше, тем атмосфера тоньше, и тем больше она пропускает ультрафиолетового излучения. И наоборот: самая нижняя часть атмосферы – самая плотная, и это хорошая новость для миллионов организмов, живущих на уровне моря.
Пустыни, дождевые леса и горы – вот районы Земли, в которых могут наблюдаться экстремальные погодные условия. На 2019 год рекорды были такими (за всю историю наблюдений):
• Самое жаркое место на Земле – 56,7 °C, Фернес-Крик, Долина Смерти (пустыня Мохаве), 10 июля 1913 года
• Самое холодное место на Земле – 89,2 °C, станция Восток (Советское плато, Антарктида), 21 июля 1983 года
• Наибольшее количество осадков за год – 26470 мм, Черапунджи, штат Мегхалая, Индия, 1860–1861 годы (дождевые леса к югу от Гималаев)