СЕМЕЙНЫЙ АРХИВ

Глава IV

ДОЛЕДНИКОВОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ

ТЕМПЕРАТУРЫ НА ЗЕМЛЕ

Распределение солнечного тепла на поверхности Земли

Проф. Мушкетов говорит, что теплота, доставляемая на Землю солнечными лучами, распределяется весьма не­равномерно на земной поверхности в зависимости от астрономических и физических условий.

Прежде всего распределение ее зависит от положения Земли относительно Солнца, именно от расстояния Земли от Солнца, синуса угла падения солнечных лучей на Землю и продолжитель­ности дня, т. е. времени, когда Солнце над горизонтом. В те­чение короткого времени всего более получается тепла от Солнца между тропиками в те дни, когда солнечные лучи падают отвесно на Землю в полдень. Но вследствие краткости дня между тро­пиками самое большое количество тепла в сутки получается на полюсах в дни летнего солнцестояния каждого полушария, так как в эти дни Солнце находится над горизонтом целые сутки и его лучи падают под углом почти в 23°5′. Так как в нашу зиму (в январе) Земля находится всего ближе от Солнца, то всего более тепла в одни сутки получает Южный полюс. (59)

Исходя из указанного положения, что количество теплоты, получаемое в сутки данной местностью, зависит от среднего синуса угловых высот Солнца над горизонтом (угол падения лучей)., размера видимого солнечного диска (расстояние от Земли до Солнца) и продолжитель­ности пребывания Солнца над горизонтом, и допуская, что изменение высоты Солнца как до, так и после полу­дня происходит равномерно, что хотя и не совсем точно, но недалеко от истины, мною вычислена нижеследующая таблица (табл. 1) количества тепла, получаемого в сутки полюсами и точками экватора и параллелей 15, 30, 45, 60 и 75° обоих полушарий, приняв за 100 единиц тепла количество его, получаемого точкой экватора при скло­нении Солнца — 0°, т. е. в дни равноденствий.

Аргументами таблицы служат параллели через каж­дые 15° от полюса до полюса и склонение Солнца через каждый 1°. Против каждого склонения показаны даты года, когда данное склонение имеет место. Последний столбец «Число дней» дает число дней в году, когда дан­ное склонение с точностью до целых градусов имеет место. Искомым в таблице является количество тепла в сутки, получаемое точкой в данной широте, принимая за единицу тепла, как уже сказано, одну сотую того ко­личества тепла, которое получает точка экватора в дни равноденствий. 

Вся таблица составлена при помощи аль­манаха 1928 г. (Последнее обстоятельство, к сожалению, но другого альманаха я в Кобе найти не мог.)

Примечание издателя Н.М.: Таблицу 1 (с. 61-62) см. в конце главы 5.

Из табл. 1  мною вычислена еще одна (табл. 2).

Гернет Е.С. Ледяные лишаи. Табл. 2.

Из этих таблиц мы можем сделать следующие выводы.

В теплое время года полюса получают очень много солнечного тепла, причем в самые жаркие дни в 1,5 раза больше, чем в те же дни экватор: за четыре наиболее теплых месяца каждый из полюсов получает столько же тепла, сколько за то же время экватор, а за те полгода, что они освещены Солнцем, каждый из полюсов получает в среднем в сутки почти столько же тепла, сколько эква­тор в дни соответствующего солнцестояния.

В среднем за год каждый из полюсов получает столько же тепла в сутки, сколько одноименная 30-я па­раллель — в сутки в течение ее самого холодного месяца или 60-я параллель — в дни равноденствия.

Если к этим таблицам еще добавить то, что 67-я север­ная параллель получает в сутки в среднем зимой 9, ле­том  77, а за год 43 единицы тепла, то можно сделать вывод, что количество тепла, получаемого в среднем за сутки полярными областями, весьма равномерно на всем их пространстве, особенно летом.

Астронормальная температура на Земле

Так как температура на земной поверхности обусловли­вается исключительно согревающим действием солнечных лучей (внутренняя теплота Земли, как доказано учеными, не играет практически никакой роли), то температуру в каждой местности, которая соответствовала бы коли­честву получаемой данной местностью солнечной теп­лоты, можно бы назвать просто нормальной. Но такой упрощенный термин может, понятно, повести к недора­зумениям, поэтому я назвал ее астронормалъной темпе­ратурой на Земле.

Понятно, что астронормальная температура па Земле была бы в том случае, если бы Земля имела поверхность, быстро нагревающуюся под влиянием солнечных лучей и быстро теряющую тепло при их отсутствии. Такая по­верхность — это земная суша пустынного характера. Атмосфера задерживает и нагревание и охлаждение по­верхности Земли и способствует переносу тепла с места на место, почему совершенно астронормальную темпера­туру мы получили бы только, если Земля оказалась бы в условиях Луны. Но так как атмосфера есть неотъем­лемая принадлежность Земли, окружающая ее всегда и повсеместно, то астронормалъной будем считать ту тем­пературу Земли, которую она бы имела, если бы была повсеместно  сушей пустынного характера  при наличии сухой атмосферы и случайных ветров. (63)

Теперь допустим:

1)   Что серединная часть тропической Сахары доста­точно удалена от моря, чтобы иметь неизмененную морем астронормальную годовую температуру. Сахара — пу­стыня и имеет сухой климат, почему мы ее и берем. Эту годовую температуру на 15° с. ш. мы допустим +32° (та­кая годовая температура где-то существует в этих ме­стах). По табл. 2 это 86 единиц тепла.

2)  Что северный полюс во время полярной ночи (при сухости его зимнего климата и бесспорной пустынности) имеет ту температуру, которую бы имел, если бы Азия и Америка на месте полярного океана соединялись су­шей, т. е. тоже астронормальную (ибо чем зимой в смысле охлаждения поверхность льда отличается от всякой другой твердой поверхности?), причем среднюю зимнюю температуру полюса допустим —40°. По табл. 2 — это О (ноль)  единиц тепла.

Сделав эти два достаточно правдоподобных допуще­ния, мы можем рассчитать астронормальную температуру на Земле для любой широты и любого времени года: при О единиц тепла — минус 40°, при 86 единицах тепла — плюс 32°, остальные температуры рассчитываются по про­порции.

В соответствии с этим мною и вычислена следующая таблица (табл.  3).

Гернет Е.С. Ледяные лишаи. Табл. 3.

Для 67° с. ш. мы имеем среднюю летнюю +26°, сред­нюю зимнюю —32°, среднюю годовую —4°. В этой табл. 3 опять обращает на себя внимание ровность средних тем­ператур в больших широтах. За шесть летних месяцев средняя температура, начиная с 60-й параллели, остается без изменения, годовые же температуры за полярным кругом меняются только на 2°, тогда как в умеренных — широтах на 15° широты приходится 12° изменения годо­вых температур.

Все эти температуры, однако, совершенно не сходятся с теми, которые мы в наш век наблюдаем.

Поищем же причины этого. (64)

 Стр. 65 — табл. 3

Отклонение   температур   на   Земле от астронормальных

Факторы, отклоняющие температуры на Земле от астро­нормальных, следующие:

1)   Высота местности над уровнем моря. Мы уже ви­дели, что с подъемом температура понижается приблизи­тельно на 1° па каждые 200 м высоты.

2)  Господствующие ветры, которые могут и повышать и понижать температуру в некоторых местах Земли про­тив астронормальной.

3)  Влажность климата, которая всегда понижает тем­пературу против астронормальной, ибо, во-первых, водя­ные пары в атмосфере задерживают часть солнечных лучей, во-вторых, не все достигающие Земли лучи идут на нагревание поверхности, так как часть их расходуется на таяние весной снега и на испарение с влажной почвы. Сказывается это понижение температуры особенно летом и в тропических странах, так как при температуре ниже 0° затрата тепла на испарение очень мала. Вследствие влажности климата мы нигде, кроме пустынь, не можем наблюдать тех очень высоких летних температур, которые полагаются астронормально.

4)   Океаны, действие которых на температуру двояко: а)  Основное   действие   океана   на   температуру — это уменьшение ее амплитуды.

Если мы посмотрим на таблицу астронормальных температур на Земле (см. табл. 3 в конце главы), то увидим, что в тро­пиках температуры довольно равные круглый год, но чем дальше к полюсам, тем значительнее становятся их годо­вые амплитуды. Из этого следует, что основное действие океанов — уменьшение амплитуд температуры — должно проявляться тем сильнее, чем в более высокой широте расположен океан. Особенно сильное влияние должны оказывать полярные океаны, достаточно большие и глу­бокие, чтобы они не успевали покрыться льдом за поляр­ную ночь. На поверхности такого океана нельзя себе представить ни зимней температуры много ниже 0°, ни какой-нибудь особепной жары летом. На полярном неза­мерзающем океане мы не обнаружим ни полюса летней жары, ни полюса зимнего холода, как это полагается астронормально, а, наоборот, будем иметь довольно ров­ную температуру круглый год. (с. 66)

Если такой океан представить себе полностью или частично замерзающим на некоторое время зимой, то уменьшение им амплитуд температуры выразится в мень­шей степени — за все время года, пока океан не будет покрыт льдом, оно будет проявляться полностью, в остальное же время года в частях океана, покрытых льдом, будет наблюдаться тенденция к астронормальной температуре, ибо, как мы уже говорили, поверхность льда ничем, в смысле потери тепла, не отличается от любой другой твердой поверхности. В среднем за год это, по­нятно, даст уменьшение годовых амплитуд, но меньшее, чем при незамерзающем вовсе океане.

б) Второе влияние океанов на температуру обуслов­ливается горизонтальным перемещением воды — тече­ниями.

Нетрудно понять, что полюса никакого течения, кроме теплого, иметь не могут — все направления к ним идут от экватора, а к экватору, наоборот, направляются холод­ные течения. В промежуточных широтах вероятность теплого течения тем большая, чем выше широта места. Отсюда обобщение, что в низких широтах океаны должны понижать годовую температуру против астронормальной, а в высоких — ее повышать.

Таким образом, океаны (в смысле их влияния на кли­мат) надо считать фактором весьма благоприятным, спо­собствующим равномерности климата как в пространстве, так и во времени.

5) Ледяные лишаи надо признать фактором зловред­ным в отношении климата, ибо легко понять, что поверх­ность ледяного лишая может охлаждаться столько, сколько ей полагается астронормальио, нагреться же выше температуры тающего льда она не может. Если имеется ледяпой лишай в полярной области, то зимой на нем будет астронормальная температура, а летом — около 0°. На ледяном лишае в низких широтах днем мы всегда наблюдали бы температуру около О°, но ночью и там имели бы значительный мороз вследствие потери тепла ледяной поверхностью при отсутствии солнечных лучей.

Теперь обратимся к нашей северной полярной области и посмотрим, как отклонялась там температура от астро­нормальной в миоцене и как она отклоняется теперь.

Предварительно рассмотрим, чем современная конти­нентальная температура отличается от астронормальной. (с. 67).

Легко понять, что современная температура, наблюдае­мая в континентальных местах, отклоняется от астронор-мальной благодаря факторам, указанным выше (кроме океанов), т. е. высоте местности, господствующим ветрам, влажности климата и ледяным лишаям. Пренебрегая первыми тремя факторами, скажем, что современную кон­тинентальную температуру можно, с некоторым допуще­нием, считать за астронормальную, искаженную ледяным лишаем, имеющимся в нашей полярной области.

Рассуждая приблизительно также, мы придем к вы­воду, что современная океаническая температура — это доледниковая океаническая температура, тоже искажен­ная тем же ледяным лишаем. Отсюда напрашивается вы­вод, что при сравнении температур — астронормальной и доледниковой океанической — мы можем до известной степени руководствоваться сопоставлением температур — континентальной и океанической — в наши дни.

Мы уже знаем, что океаны в высоких широтах повы­шают температуру, поэтому наиболее континентальной температурой мы вправе считать ту температуру, кото­рая является наинизшей на данной широте.

В наш полярный океан вливается и, вероятно, вли­вался и в миоцене Гольфстрим. Насколько последний повышает годовую температуру по сравнению с конти­нентальной, видно из того, что в наши дни, например, годовая температура на 60-градусной широте равна над Гольфстримом +8°, а в Якутии —5°, в тех же областях 70-градусной широты — соответственно +4° и —15°, что дает разницу в 13° и 19° С.

Смотря на эти величины повышения годовой темпера­туры Гольфстримом против континентальной в наши дни лишь как на выражение идеи о том, пасколько доледни­ковый Гольфстрим мог повышать температуру полярной области против астронормальной, и приняв последнюю (по табл. 3) равной —6°, мы вполне можем допустить, что доледниковая полярная область имела годовую тем­пературу +10° или около того, которая ей приписывается в миоцене. Никакого другого объяснения миоценового режима в полярной области и не требуется.

К этому же можно подойти и другими рассужде­ниями, минуя абсолютные величины астронормальных температур в табл. 3. Мы видим, что в наши дни при наличии в полярной области ледяного лишая Гольф­стриму все же удается поднять годовую изотерму   +5° почти до 70-й параллели, т. е. в ту область, где астро-нормальные годовые температуры уже почти не меняются с увеличением широты места. (с. 68)

Дальнейшее понижение годовых температур по паправлению к полюсу в наши дни можно объяснить наличием ледяного лишая, не будь которого и на 70-й параллели была бы годовая темпера­тура не +5°, а выше. Она и дальше уменьшалась бы весьма медленно, ибо количество годового солнечного тепла там уже почти не меняется с приближением к полюсу. Таким образом, полярный океан являлся в миоцене фактором, весьма резко изменявшим климат по сравне­нию с астронормальным: вместо чередования на Северном полюсе холода и жары мы получаем там довольно ров­ную и значительно повышенную температуру.

Теперь посмотрим, как должен был измениться климат полярной области, когда Гренландский ледяной лишай захватил полярный океан.

Мы уже говорили, что в зимнее время поверхность ледяного лишая в смысле охлаждения ничем не отли­чается от любой другой твердой поверхности, и следова­тельно, в зимнее время на ледяном лишае будет отме­чаться тот самый мороз, который положен данной мест­ности по таблице астронормальной температуры.

В летнее же время картина резко изменится. В то время как по табл. 3 астронормальная температура в дан­ной местности, не покрытой, однако, лишаем, должна быть очень высокой, она не поднимется выше 0° — темпе­ратуры тающего льда.

Понятно, что годовая температура при наличии лишая в полярной области понижается не только по сравнению с таковой при наличии там незамерзающего океана, но и астронормальной. В соответствии с данными табл. 3 современная, т. е. при наличии лишая, годовая темпера­тура Северного полюса окажется равной —21°,5, эта ве­личина близка наблюдающейся в наше время.

Был ли когда-нибудь в нашей северной полярной об­ласти большой материк, притом не покрытый лишаем, я не знаю. Но если он и существовал, то там должна была быть весьма своеобразная флора и фауна — чрезвычайно стойкая против и жары, и холода, или сезонная.

Но незамерзающий океан в нашей полярной области определенно был — об этом свидетельствует миоценовая флора, находимая на современном побережье полярного океана. (стр. 69)

Доледниковое распределение температуры

 и положение снегопулевой поверхности

Теперь, когда мы разобрали астронормальную темпера­туру па Земле и ее отклонения, можно представить себе довольно ясно распределение ее в доледниковое время. По миоценовой флоре, следы которой встречаются по бе­регам полярного океана, можно судить, что океан этот не покрывался льдом. Ничего невероятного в этом и нет. Океан этот обогревался летом — Солнцем, а зимой Гольф­стримом. Гольфстрим производил в нем. непрерывную циркуляцию воды, не давая ей там застаиваться и выго­няя охладившуюся воду обратно к югу.

Следовательно, на океане, на небольших островах его и в прибрежной полосе Азии, Америки и Гренландии должен был быть мягкий, ровный климат.

Но по мере удаления от берегов полярного океана в глубь Азии, Америки и Гренландии, смягчающее дей­ствие океана на климат должно было, понятно, умень­шаться, уступая место все приближающимся к астроиор-мальным температурам, т. е. очень жарким летам и очень холодным зимам в этих широтах.

Поэтому было бы совершенно ошибочно думать, что если на полярных островах находят в миоцене магнолии и виноград, то в Сибири должен был быть климат вроде современного в Египте. Нет, в Сибири, в Канаде, в цен­тральной части Гренландии и в миоцене были настоящие зимы, в русском смысле этого слова, с морозом, ледо­ставом на реках и снегом. Правда, эти зимы не были так суровы, как теперь, ибо смягчающее действие незамер­зающего полярного океана сказывалось на весьма значи­тельные расстояния, как это видно по миоценовой флоре Европы, по все же это были, повторяю, настоящие рус­ские зимы.

Снегонулевая поверхность в полярной области стояла вообще низко — теплый океан должен был давать обиль­ные зимние испарения, что способствовало влажному зимнему климату и обильным за долгую зиму осадкам. Летняя же жара умерялась действием полярного океана. Допустив, что влажность климата там была такая же, как в тропической области, а годовая температура — около + 10°, можно предположить, что снегонулевая поверх­ность находилась километра на три ниже, чем в тро­пиках, где она проходила,  вероятно, и в миоцене приблизительно на той же высоте, что и теперь. Таким образом, горы 1,5—2 км высотой могли иметь уже сне­говые области. (70)

Над океаном и небольшими островами, а также во всей прибрежной полосе суши осадки выпадали круг­лый год, по-видимому, в виде дождя, но над окружаю­щими материками, там, куда еще достигал влажный морской ветер, но где температурные условия уже при­ближались к астронормальным, бывал, вероятно, обиль­ный за зиму снегопад.

Например, в Гренландии, площадь которой (около 2 млн. км²) достаточно большая, чтобы иметь в цен­тральной части более или менее астронормальную зим­нюю температуру, но недостаточно большая, чтобы че­рез нее не могли гулять океанские ветры, снег по по­бережью или не выпадал вовсе или выпадал в весьма незначительном количестве. Но в глубине острова его выпадало больше, даже если он представлял из себя совершенную низменность, ибо чем дальше от берега, тем астронормальнее становилась зимняя температура, а астроиормальная зимняя температура, как видно из табл. 3, очень низка в этих широтах. Поэтому зимний снежный покров Гренландии должен был нарастать от центра к периферии и мощность скоплявшегося за зиму снега увеличивалась по мере приближения к центру острова; оттаивание этого снега летом должно было, по­нятно, происходить в обратном порядке — от периферии к центру.

В предыдущем разделе мы уяснили, что полярный океан градусов на 15 повышал на своей поверхности температуру против астронормальиой. Следовательно, в цептре Гренландии, где благодаря удалению от океана температура стремилась к астронормальиой, она уже от одного этого обстоятельства должна была бы быть ниже, чем над океаном. Но тут надо принять в расчет еще одно обстоятельство. Чтобы получить в среднем за год астронормальную температуру, надо предполо­жить, что летом в этих широтах была очень высокая температура, как оно астронормально и полагается. Но астроиормальная летняя температура может начаться только после того, как стает снег, ибо до этого темпера­тура выше 0° над снежным покровом подняться не мо­жет. (71)

А если благодаря окружению Гренландии теплым океаном   снега   в   центральной   части острова выпадало много и он долго таял летом, то надо допустить, что там в миоцене температура имела тенденцию не к астропор-мальной, а к современной температуре — зимой луче­испускание, а летом таяние снега. Конечно, современной она не была, ибо полярный океан и в центральную часть острова доставлял не только влагу, но и тепло, но тен­денция такая была. Из этих рассуждений кажется во вся­ком случае правдоподобным, что годовая температура над Гренландией была значительно снижена против таковой над океаном, а это обстоятельство, понятно, вызывало над Гренландией конусообразное снижение снегонулевой поверхности, проходившей и над окружающим океаном не очень-то высоко, как мы выше уяснили.

Нет сомнепия, что был такой период в жизни Грен­ландии перед ледниковой эпохой, когда снегонулевая по­верхность в центральной части острова проходила так близко над поверхностью земли, что снег в том пункте, где он оттаивал позже всего, оттаивал всего на несколько часов в году.

Пока это так было, миоценовое благополучие в поляр­ной области не нарушалось. Но вот, может быть, самое ничтожное энейрогеническое движение земной коры — и этот пункт острова всего на несколько часов в году стал не успевать освобождаться от снега, потому что поднялся чуть-чуть выше снегонулевой поверхности, и Гренландия сделалась ледородной возвышенностью, зародив ледяной лишай, перевернувший всю жизнь северного полушария Земли.

Приложение.  Таблица 1

Гернет Е.С. Ледяные лишаи. Гл. 4. Табл. 1а.

Гернет Е.С. Ледяные лишаи. Табл. 1б

Далее  Гл. V .