Почему на Южном полюсе холоднее, чем на Северном?

Разницу в температурах между двумя полюсами можно объяснить их неодинаковым положением относительно уровня моря. Северный полюс (средняя температура в зимние месяцы около — 30 С) лежит на ледяных полях Северного Ледовитого океана, Южный полюс (средняя температура в зимние месяцы около -60 С) находится на высоте 2800 м над уровнем моря на ледниковом покрове Антарктиды.
На Южном полюсе вдвое холоднее, чем на Северном. Более половины этой разницы определяет уровень высоты (на Антарктиде с каждым километром вверх температура понижается примерно на 6 С). Также вследствие того, что на Южном полюсе воздух более разреженный (и соответственно, более холодный и сухой) и сравнительно малая облачность, на его поверхность отражается меньше тепла, чем на поверхность Северного полюса. Остальная часть разницы температур обусловлена различиями в режимах циркуляции воздушных масс двух полушарий.

Континенты Северного полушария посылают в атмосферу квазистационарные "планетарные волны". Эти волны переносят тепло в сторону Северного полюса и перемещают зоны пониженного давления средних широт в северополярные области. Континенты Южного полушария в сравнении с материками Северного полушария имеют меньшую территорию и меньшую среднюю высоту поверхности и, соответственно, излучают меньше "планетарных волн", переносящих тепло.

Высокие горы Антарктики также препятствуют перемещению зон пониженного давления средних широт, которые редко проникают в глубь материка. Наконец, атмосфера Северного полюса получает тепло от Северного Ледовитого океана. Конечно, 2- 3-метровая толща морского льда, обычно покрывающего его поверхность, пропускает мало тепла, зато большое количество тепла попадает в атмосферу через проходы, иногда образующиеся во льдах.

ЛЕДЯНЫЕ УЗОРЫ

Иногда холодным утром замечаешь, что окна домов и машин покрыты морозным узором в форме листьев, папоротника и ветвей. Как это происходит?

Разукрашенные морозом окна спален по утрам — это уже дело прошлого благодаря центральному отоплению и изоляционным свойствам окон с двойным остеклением. Но если у Вас до сих пор окна с одинарным остеклением, тогда, проснувшись зимним утром, вместо улицы Вы увидите папоротникообразные узоры на стекле.

В морозную ночь оконное стекло очень быстро теряет тепло, охлаждая молекулы водяного пара в воздухе помещения возле окна. Температура молекул воды в воздухе может упасть ниже точки замерзания, но сами молекулы при этом не замерзнут. Однако при соприкосновении с холодным стеклом этот переохлажденный водяной пар мгновенно, минуя стадию воды, превращается в лед.

Из молекул, скопившихся в крошечных царапинах на стекле, формируется затравочный кристалл, из которого затем произрастают замысловатые узоры. Если взглянуть на этот кристалл с очень близкого расстояния, можно заметить множество химических связей, отходящих от точек его поверхности. Молекулы водяного пара цепляются за эти химические связи, и кристаллы быстро растут. Структура замысловатых разветвлений зависит от температуры и влажности воздуха, а также от степени гладкости и чистоты стекла. Если воздух сухой, молекулы воды медленно конденсируются из воздуха, группируясь в устойчивые шестигранники. Шесть прямых относительно гладких граней этих кристаллов имеют очень мало свободных связей, так что молекулам воды почти не за что зацепиться.

Узоры в виде перьев, как правило, формируются на чистых оконных стеклах, когда воздух насыщен молекулами воды. В этих условиях большое количество молекул водяного пара бомбардируют затравочный кристалл и устойчивые шестигранники не успевают сформироваться. Молекулы цепляются за свободные связи, торчащие из выпуклостей кристалла, вследствие чего эти выпуклости увеличиваются в размерах еще быстрее и в итоге вырастают в большие ответвления, а выпуклости на ответвлениях, в свою очередь, превращаются в кружевные листья.

ЛИВЕНЬ ИЛИ МОРОСЬ

Отчего дождь бывает разный? Порой он льет "прутьями" — удлиненными каплями, падающими с огромной скоростью и высоко отскакивающими от земли. А иногда это просто туманная изморось — мелкие брызги, роящиеся на ветру. Почему порой дождь льет с такой силой, что может причинить физическую боль, а иногда просто обволакивает влажной пеленой? При каких условиях образуются промежуточные разновидности дождя?

Длинные "прутья" — это оптический обман. На самом деле крупные капли сплющиваются под воздействием силы сопротивления воздуха. На языке африкаанс (и, по-моему, по-валлийски) такие капли называют "старухи с дубинками": круг воды, образующийся при ударе капли о землю, напоминает широкую юбку, а отскакивающая от его центра капля — дубинку.

Определяющим фактором при образовании того или иного типа дождя является размер капель, который, в свою очередь, зависит от условий, сложившихся в период их формирования: влажности и температуры воздуха, а также находящихся в нем ядер конденсации и, в частности, частичек пыли. Например, умеренное количество ядер конденсации в насыщенных влагой восходящих потоках способствует укрупнению капель, потому что вокруг много воды, а сами ядра не могут упасть, не достигнув размера, при котором они приобретают заметную скорость падения. Скапливаясь, ядра соревнуются друг с другом: каждое стремится впитать в себя как можно больше водяных паров и в результате образуют крошечные капельки, которые испаряются прежде, чем успевают достигнуть земли.

В неподвижном воздухе большие капли падают стремительно и грузно. Капли диаметром около 1 см развивают скорость до 30 км/ч и разбиваются на более мелкие под воздействием создаваемой ими струи, если только они частично не заморожены. Поэтому дождевые капли не могут достигать больших размеров.

Но большое количество падающих капель может создать нисходящий поток, в котором капли обретают способность падать с еще более высокой скоростью и при этом не разбиваться. Из-за сильных ветров, дующих в горизонтальном направлении, скорость соударения капель увеличивается более чем вдвое. А кинетическая энергия, как известно, возрастает пропорционально квадрату скорости.

НЕМНОГО О РОСЕ

Просыпаясь рано утром на природе, мы часто видим, что выпала роса. Если приглядеться к покрытой росой траве, заметно, что отдельные капли балансируют на самых кончиках листиков. Как они туда попадают и как удерживаются?

Капли воды на траве — это результат процесса гуттации. Корни растения вытягивают из почвы ионы неорганических веществ и переносят их в ксилему, из которой те уже не могут вновь просочиться в землю. Вода поступает в растение в процессе осмоса, в результате которого в ксилеме создается избыточное давление. Оно-то и является причиной того, что сок ксилемы вытекает из пор (гидатод) на кончиках травинок (или непосредственно из срезов по краям листьев). Увеличиваясь в размерах, капли падают, и на их месте образуются другие.

Гуттация обычно происходит в ночное время, потому что днем вода из листьев испаряется достаточно интенсивно, за счет чего в ксилеме поддерживается отрицательное давление. Условия, благоприятствующие гуттации, благоприятствуют и ночлегу в палатках: чистое небо, легкий ветерок, нагретая за день земля, охлаждающийся за ночь воздух (и, соответственно, повышающаяся влажность), относительно сырая земля, поэтому колышки для палатки вбить нетрудно.

Возможно, ионы некоторых полезных веществ возвращаются растению через гидатоды, а некоторые ионы в ксилеме корня повторно транспортируются флоэмой. В ходе процесса, аналогичного гуттации, Читать далее →