Сколько Весит Воздух

О том, что воздух имеет вес, в наше время, пожалуй, знают все. Впервые это было установлено в XVII веке великим итальянским ученым Галилеем. Галилей решил посмотреть, не изменяется ли вес наполненной воздухом бутылки при нагревании. Проделав этот простой опыт, ученый увидел, что нагретая бутылка весит меньше, чем холодная.

Галилей дал правильное объяснение этому явлению. Очевидно, решил он, воздух имеет вес. При нагревании бутылки находящийся в ней воздух расширился, часть его вышла наружу, и вес нагретой бутылки уменьшился.

Так было опровергнуто прежнее, неправильное мнение о невесомости воздуха.

Но если воздух имеет вес, он должен оказывать давление на все предметы, находящиеся на Земле. Каково же это давление? Чему оно равняется?

Окружающий нас воздух находится в постоянном движении. В атмосфере ежедневно, ежечасно возникают и замирают разнообразные воздушные потоки; над землей постоянно движутся в различных направлениях воздушные массы; одни из них несут с собой сухость воздуха, другие — влагу, одни — прохладу, другие — высокую температуру. Когда одна воздушная масса сменяет другую, погода меняется.

Как же возникает в атмосфере движение воздуха? Исследования показали, что основной причиной возникновения воздушных течений является неравномерное распределение давления воздуха. Если на какой-то площади создается высокое давление, то избыток масс воздуха над ней начинает оттекать к областям с более низким давлением. Такое движение воздуха и представляет собой ветер.

Многое мы уже знаем о воздушном океане Земли. Это дает нам в руки возможность предвидеть многие процессы, происходящие в атмосфере, успешно предсказывать погоду.

Но наше познание природы бесконечно. И в той области науки, о которой мы рассказали в этой небольшой книжке, есть много проблем, ожидающих своего разрешения. Так, например, очень интересен вопрос о том, как произошла атмосфера Земли. Пока на этот вопрос мы уже не можем дать достаточно полного ответа.

Изменения ледяного покрова в период его максимального развития в море гренландии в первой половине двадцатого века

В статье представлены изменения протяженности морского льда в период наибольшего его развития (апрель) в географической области, расположенной между Гренландией, Исландией и Шпицбергеном, за 1901-1939 и 1945-1956 годы на основе данных Датского метеорологического института.

В полярных районах встречается лишь несколько видов животных, а растительный мир представлен мелкими и низкорослыми видами. Средняя температура самого теплого месяца составляет 10°С. В этих районах бывает очень короткое лето с ясной солнечной погодой, хотя приход солнечной радиации незначителен. Осадков здесь выпадает тоже немного, но зато есть вечная мерзлота.

Месячные данные

Чтобы выявить закономерности изменения температуры в том или ином районе, климатология использует средние месячные значения температуры, а также ее максимум и минимум, т. е. амплитуду ее колебания. В каждой географической области эти величины различны. В двух разных областях средняя температура может быть одинаковой, а амплитуда различаться.
Далее

Годовые данные

Средние значения и амплитуду изменения каждой метеорологической величины вычисляют за каждый год и сопоставляют, чтобы выяснить, как они изменяются в те или иные периоды или отклоняются от обычных значений. Вычисляют, например, среднюю годовую температуру воздуха и амплитуду ее годового хода, а также годовое число градусо-дней. Кроме того, находят максимальную и минимальную температуру за каждый год. Максимум и минимум находят также для количества осадков разных видов.

Суточные данные

Ежедневно метеорологи получают большое число данных и используют их при описании особых свойств каждого района. Вычислив амплитуду суточного хода температуры воздуха, строят затем общую крупномасштабную характеристику данного района.

Суточные максимумы и минимумы температуры в разных районах сравнивают между собой.

Использование климатических данных

Из всего изложенного видно, что климатологи опираются на большое количество весьма разнообразных исходных данных о метеорологических характеристиках различных районов. Таким образом, анализ, выполняемый ими, представляет собой не просто беглый просмотр нескольких средних значений, а наоборот, широкое обобщение всех данных. Оказалось, что иногда климат отдельного района существенно отличается от климата соседних районов.

Климатологи в соответствии с тем или иным методом классификации выделяют различные климатические области Земли.

Причины различия климатов

Климаты разных районов различаются по многим причинам. Большая часть крупных изменений климата от района к району происходит из-за одного или нескольких сочетаний таких причин. Одна из них — различие широты места. Другими причинами могут быть разница в высоте над уровнем моря, режим ветра, рельеф местности. Многие различия погодных условий, связанные с различием широты места, выше уже рассматривались.

Влияние океанов

В прибрежных районах многие метеорологические величины изменяются значительно слабее, чем на тех же широтах в глубине континентов. Основным фактором, влияющим как на суточный, так и на годовой ход этих величин, в таких районах оказывается их близость к морю и к районам сильных морских течений. Амплитуды изменений температуры воздуха в прибрежных районах значительно меньше, чем в близких к ним районах суши, находящихся даже на небольшом расстоянии от побережья.

Близость таких крупных водоемов, как океаны, влияет и на начало разных времен года. На побережьях континентов „сдвиг" фактических моментов начала разных сезонов по сравнению с ожидаемым может быть значительным.

Влияние рельефа местности

Высота местности над уровнем моря и ее рельеф сильно меняют свойства проходящего над ней воздуха. Так, например, горные цепи нередко оказываются границей между двумя разными климатическими областями, расположенными на одном континенте. Воздушные массы, вынужденные переваливать через горы, коренным образом меняют свои свойства. Температура воздуха, адиабатически расширяющегося, быстро понижается с высотой, поэтому на наветренных склонах горных хребтов выпадают обильные осадки. Если же воздух, переваливая через горы, начинает спускаться, влажность его сильно уменьшается, в результате чего на подветренной стороне многих хребтов возникает дождевая тень и образуются пустыни.

Изменения климата

Хотя при рассмотрении довольно длительных периодов климаты на Земле представляются неизменными, все же есть много доказательств того, что в прошлом они изменялись. Иногда изменения были незначительными и кратковременными, иногда же имели фундаментальный характер, в частности оказывали громадное влияние на разные виды животных, населявших Землю.

Наши сведения об изменениях климата получены в результате интенсивного изучения факторов, которые влияли на климат в последние десятилетия. За сравнительно небольшие отрезки времени климат меняется незначительно, т. е. мало отклоняется от средних характеристик за эти отрезки. Но- если анализировать данные об ископаемых, можно заметить, что в прошлом климат Земли был подвержен и небольшим, и весьма значительным изменениям. По данным о жизни растительного покрова, в истории Земли периоды обильных осадков чередовались с относительно засушливыми периодами. Периоды эти продолжались по нескольку тысяч лет.

Кратковременные колебания климата

Для того чтобы выявить, какие изменения претерпевал климат Земли в течение сравнительно коротких отрезков времени, исследуют метеорологические данные, и в первую очередь данные наблюдений за температурой воздуха и осадками. При этом предполагается получить статистические подтверждения изменений климата Земли.

Выявляя периодические колебания в средних значениях метеорологических величин, можно видеть, что в различных частях планеты они действительно несколько изменялись в течение десятилетий и столетий.

Длительные колебания климата

В отличие от кратковременных циклов, выявить которые в изменениях климата затруднительно, длительные циклы обнаруживаются во многих явлениях. Богатую информацию об истории климата дают годичные кольца старых деревьев. Такие же сведения приносит изучение отложений на дне озер — отложения имеют слоистую структуру.

Изучая ископаемые растения и животных, можно узнать о чередовании периодов гибели и возрождения больших групп живых организмов. Это же подтверждает и изучение современных видов животных на данной территории. Изучение болот и образцов древней почвы также подтверждает колебания климата в прошлом. Хотя теперь и трудно восстановить прежние средние значения метеорологических величин, все же имеется много доказательств их изменения.

Влияние Солнца

Некоторые ученые считают что климат Земли изменился в результате процессов, происходящих на Солнце и приводящих к колебаниям количества излучаемого Солнцем тепла. Процессы эти испытывают медленные циклические колебания. Согласно взглядам этих ученных, тяжелые элементы, которые выделяются при распаде ядер атомов на Солнце, постепенно собираются к центру Солнца. Накопление тяжелых элементов в центре приводит к периодическому сжатию и расширению внешних оболочек Солнца. Периодическое же изменение размеров Солнца влияет на количество излучаемой им энергии и соответственно на приход солнечной радиации к Земле.

Влияние рельефа

В некоторых исследованиях обращается внимание на то, что соотношение между площадью суши и океана на земной поверхности непрерывно изменяется. Периодические подъемы и опускания суши перераспределяют сушу и океан на поверхности Земли и тем самым меняют количество поглощаемой и излучаемой лучистой энергии. Это в свою очередь может изменять общую циркуляцию атмосферы, а также морские течения, т. е. как раз те факторы, сочетание которых определяет положение различных климатических областей Земли.

Ледниковые периоды

Самые коренные изменения климата Земли были связаны с установлением на ней ледниковых периодов. Для объяснения причин оледенения, оказывавшего очень большое влияние на все процессы на земной поверхности, предложено много гипотез. Одна из самых правдоподобных гипотез основана на колебаниях циркуляции океанических вод и их воздействия на атмосферу.

В настоящее время на Земле льдом покрыта площадь примерно 15 миллионов квадратных километров. Это составляет около 10% поверхности суши. По сравнению с тем, что было в ледниковые периоды, это очень немного. Но это много больше, чем в межледниковые периоды.

Метеорологические наблюдения

Цель метеорологических наблюдений, а также и самой метеорологии состоит в познании явлений погоды и их изменений, а затем в прогнозе будущей погоды по данным о предшествовавших явлениях. Первый шаг к пониманию огромной массы явлений и процессов, определяющих погоду, состоит в обнаружении и последующем картировании различных атмосферных возмущений. Для того чтобы следить за тем, как изменяется погода, метеорологи используют в настоящее время ряд различных приборов, а также численных моделей.

Метеорологические измерения

Метеорологические данные получают из всех доступных районов и всеми возможными способами. Для того чтобы изучить атмосферу, создано множество измерительных приборов, а чтобы выяснить, как часто повторяются различные явления погоды, составляют различные метеорологические таблицы и карты. В настоящее время большинство задач решается с помощью таких таблиц и карт, составленных и проанализированных счетно-решающими устройствами за считанные минуты, в то время как раньше на это потребовались бы тысячи часов.

Термометры

Тепло представляет собой энергию молекулярных движений. Количество тепла, выражаемое температурой тела, поддается измерению и является важной характеристикой свойств воздуха. Однако следует помнить, что температура не является полной мерой теплосодержания тела: такой мерой служат калории.

В настоящее время температуру измеряют термометрами нескольких типов.

Измерения атмосферного давления

Изменения погоды тесно связаны с небольшими и не ощутимыми человеком изменениями атмосферного давления. Атмосферное давление является следствием веса воздуха, находящегося над земной поверхностью и подвергающегося действию силы тяжести. Различные процессы обмена энергией, происходящие на земной поверхности и возле нее, изменяют давление, что свидетельствует о предстоящем изменении погоды. Поэтому точная регистрация изменений давления служит важным условием успешности метеорологических прогнозов.