Очерк общей и прикладной метеорологии
Под редакцией канд. геогр. наук Б. П. КАРОЛЬ
DR. FRITZ PFEIFER
WETTERZEICHEN ÜBERALL
Ein Streifzug durch die allgemeine und angewandte Meteorologie
Urania — Verlag
Leipzig — Jena — Berlin
Атмосфера вчера, сегодня и завтра
Огромная газовая оболочка окружает земной шар. Она содержит примерно 1044 молекул различных газов и давит на нашу планету с силой около 51 квадриллиона тонн. Человек не в состоянии реально представить себе такие гигантские числа. Мы приводим их в самом начале книги для того, чтобы читателю стало ясно, что атмосфера — не ничто, не пустота, а весьма важная составная часть нашей планеты. Господствующие в ней необузданные силы приносят каждый год неисчислимые бедствия и даже смерть тысячам людей. Когда ураганы тропических широт за несколько часов уничтожают результаты труда человека, когда они беспощадно сметают с лица земли деревни и целые города, каждый раз возникает вопрос: как же это могло случиться? А причины наводнений или засух? Мы считаем, что получили удовлетворительные ответы, когда нам объяснили, какие метеорологические условия вызвали избыточное выпадение осадков или, наоборот, большую сухость почвы и воздуха. Но метеорологические условия неотделимы от процессов, происходящих в атмосфере. Общая картина метеорологических явлений может быть понята только в том случае, если мы будем рассматривать атмосферу как неотъемлемую часть нашей планеты. Поэтому мы прежде всего предлагаем рассмотреть, каким образом возникла воздушная оболочка Земли и как она на протяжении миллионов лет приобретала свои свойства. Поскольку атмосфера существует уже много миллиардов лет, а точные измерения производятся лишь около 200 лет, образование воздушной оболочки может рассматриваться лишь на основании теоретических исследований. При этом многие стороны данной проблемы пока остаются невыясненными.
Считается установленным, что первоначально Земля была огромным газовым шаром[1]. По мере охлаждения газы и пары, составлявшие шар, переходили в жидкое состояние, и затем постепенно формировалась твердая тонкая оболочка земной коры. Еще мало известны физические и химические свойства, которыми обладала атмосфера во время постепенного отвердевания поверхности земного шара. Однако представители различных отраслей естественных наук — астрономы, астрофизики, геофизики, геологи — утверждают, что в период выделения газообразных веществ из пород, которые образовались при отвердевании земной коры, т. е. около двух миллиардов лет тому назад, состав атмосферы был совершенно иным, чем сейчас. Возможно, что в период возникновения атмосфера Земли была такой же, как сейчас у гигантской планеты Юпитер, поверхность которой находится в стадии отвердевания. Основными составными частями земной атмосферы тогда были углекислый газ, азот, водяной пар, метан и аммиак.
Несомненно, что на ранних стадиях развития Земли ее газовая оболочка представляла собой густой и ядовитый туман, через который не пробивался ни один луч света. В атмосфере Земли непрерывно конденсировался водяной пар, но еще долгое время дожди не увлажняли поверхность планеты, ибо она была очень горячей и выпадавшие осадки тотчас же испарялись. Еще не вполне выяснено, куда девался углекислый газ, содержание которого в первичной атмосфере было очень высоким, и как в ней появился кислород. До возникновения твердой коры Земли в ее газовой оболочке, по всей вероятности, уже имелся кислород, но позднее, при образовании горных пород, содержащих кремний, он оказался связанным. Новое образование кислорода в земной атмосфере объясняют следующим образом. После первоначального использования кислорода в атмосфере должны были остаться многочисленные углеводороды. По мнению Опарина, в результате частых разрядов молний в атмосфере образовались различные аминокислоты, которые явились предпосылкой для появления жизни на Земле. На протяжении невообразимо длительных отрезков времени некоторые бактерии расщепляли углекислый газ на углерод и кислород. Содержание углекислого газа в атмосфере непрерывно уменьшалось, а кислорода увеличивалось. В эти древние эпохи атмосфера получала тепло главным образом в результате соприкосновения с земной поверхностью. В настоящее время внутренняя теплота земного шара вносит лишь очень незначительный вклад в нагревание атмосферы. Решающую роль в нагревании атмосферы играет солнечная радиация, которая обусловливает смену времен года и изменение температуры воздуха в течение суток. Много миллионов лет тому назад на Земле не было ни смены времен года, ни чередования дня и ночи, так как верхняя граница атмосферы отражала обратно в мировое пространство приходившую к ней солнечную радиацию. Можно считать, что, когда охлаждение земной коры закончилось, химический состав атмосферы уже не претерпевал существенных изменений.
1
По теории, разработанной советскими геофизиками во главе с академиком О. Ю. Шмидтом, Земля никогда не была раскаленным газовым шаром, а образовалась в результате постепенного уплотнения гигантского облака космической пыли, состоявшего из твердых частиц различных веществ. (