Ученые предполагают, что весь кислород воздушной оболочки нашей планеты образовался за счет фотосинтеза и его наличие в атмосфере поддерживается зелеными растениями. Как известно, в текущем столетии в результате роста городов и промышленных предприятий площадь суши, занятая зелеными растениями, резко сократилась. Особенно катастрофически уменьшаются лесные массивы, дающие львиную долю кислорода, синтезируемого наземной растительностью.
В этой связи роль океана в регенерации воздушной оболочки Земли еще более возрастает.
Мировой океан не только обогащает атмосферу кислородом, но и способствует удалению из нее углекислого газа, который образуется в результате дыхания живых организмов и как одно из следствий разрушения горных пород и вулканической деятельности. Относительное количество этого вещества в воздухе ничтожно и равно (по объему) 0,03 процента. Однако роль его в становлении глобальных климатических условий и для нормального развития жизни совершенно несоразмерна со столь малой величиной. Дело в том, что углекислота атмосферы задерживает тепловое излучение Земли. При уменьшении ее в атмосфере климат становится холоднее, а при увеличении наступает потепление. Согласно одной из гипотез уменьшение углекислоты в атмосфере наполовину послужило в прошлом причиной наступления оледенения. Если же количество углекислого газа в воздушной оболочке Земли возрастет, то увеличится так называемый парниковый эффект, который вызовет перегрев.
Водоросли обогащают морскую воду кислородом.
Угроза эта вполне реальна. В текущем столетии содержание углекислого газа в атмосфере вследствие сжигания большого количества органического топлива и за счет сокращения лесов уже увеличилось на 13 процентов. К счастью, на нашей планете существует океан, который постоянно извлекает из воздуха углекислый газ; в настоящее время его в морской воде содержится в 60 раз больше, чем в атмосфере. В море углекислый газ претерпевает сложные химические превращения, и в конечном итоге значительная его часть при посредстве некоторых организмов, строящих себе скелеты, связывается и входит в состав малорастворимой соли — углекислого кальция, — накапливающейся на дне в виде осадочных известковых пород.
В умеренных и полярных зонах из-за низкой температуры вода насыщена углекислотой не до предела.
Вследствие этого известковые отложения здесь постепенно разрушаются, и продукты распада углекислого кальция поступают в общий круговорот веществ. На мелководье же тропических морей вода пересыщена углекислым газом, что создает условия для долговременного сохранения накопившихся известковых напластований.
Запас извести служит важнейшим буфером для стабилизации климата нашей планеты. Стоит только ему слегка похолодать, как область тропической зоны несколько сужается и часть запасов известковых отложений начинает разлагаться. Это приводит к увеличению углекислого газа в обменной системе океан — атмосфера и усиливает парниковый эффект. В результате наступающего потепления тропическая зона снова расширяется.
В данном случае, как и в поддержании баланса кислорода, роль океана трудно переоценить. Именно благодаря ему возможно осуществление динамического равновесия важнейших для жизни газов в планетарном масштабе.
Не менее грандиозна роль океана в стабилизации температуры, как повседневной, так и на протяжении всей геологической истории Земли. Океан непосредственно воздействует на температуру атмосферы. Воздух сам по себе мало нагревается солнечными лучами, а получает тепло либо от нагретой земли, либо от поверхности океана. Поскольку теплоемкость воды значительно выше теплоемкости воздуха, то нагревание атмосферы происходит гораздо быстрее, чем остывание воды. Так, если при выравнивании температуры на стыке двух стихий поступивший холодный воздух подогревается теплым морем на 6 градусов, верхний стометровый слой воды остынет лишь на одну десятую градуса.
Видный советский ученый академик В. Шулейкин сравнил взаимоотношения океана и атмосферы с тепловой машиной. Главным условием работы такой машины служит разница температур. Чтобы привести в действие паровую машину, необходимо нагреть в котле воду до кипения. Полученный пар поступает в цилиндр, где он, расширяясь, передвигает поршень и производит работу. Но так паровая машина может работать только при условии, что температура наружной среды будет ниже температуры котла; в противном случае пар из него вообще не выйдет.
В приведенном примере наружная среда служит тем холодильником, который не менее необходим для работы паровой машины, чем котел, где кипятят воду.
Природные тепловые машины, работающие в океане и атмосфере, также имеют свои нагреватели и холодильники.
Академик В. Шулейкин различает два рода таких «машин».
Для первого из них нагревателем служит тропическая зона океана, а холодильником — две полярные области. С работой этой природной тепловой машины мы уже познакомились ранее, когда речь шла о пассатном течении, которое приводится в действие постоянным движением тропического воздуха и сложными зональными циркуляциями тропосферы более высоких широт.
Здесь важно отметить, что нагреватель и холодильники этой тепловой машины находятся каждый на своем месте. В результате производимой ими работы направление переноса тепла не меняется.
Для второго рода тепловой машины Земли зимой нагревателем служит поверхность океана, а холодильником — материки. В теплую пору года роль холодильника выполняет океан, а к материкам переходит функция нагревателя. Деятельность машины второго рода порождает переменчивую по направлению муссонную циркуляцию воздуха.
Когда говорят о силе ветра, то на самом деле имеют в виду его скорость. Чем она выше, тем ветер сильней. В метеорологических сводках в соответствии с показаниями приборов точно измеренные скорости ветра выражаются в количестве метров за секунду, но на практике силу ветра обычно оценивают в баллах. Каждый балл соответствует двум-трем метрам в секунду. Если сила ветра достигает 9 баллов, его уже называют штормом, а при 12 баллах — ураганом. Существует еще термин «буря», которым обозначают любой очень сильный ветер, независимо от количества баллов.
При движении воздуха над сушей неровности рельефа, леса и другие препятствия тормозят его скорость, и потому наиболее сильные бури обычно свирепствуют над морем или вблизи морского побережья.
Выше уже было сказано, что любой ветер вызывается разницей в атмосферном давлении. Если такая разница существует постоянно, ветер никогда не прекращается.
Таков пассат, сила и направление которого практически неизменны в течение круглого года. Муссоны меняют направление дважды в год, в соответствии с сезонными колебаниями температуры.
Кроме того, в атмосфере над разными частями поверхности нашей планеты периодически возникают временные локальные повышения и понижения давления, которые также порождают ветры. Однако они движутся не по прямой, соединяющей между собой точки с наибольшим и наименьшим давлениями, а отклоняются от нее вследствие вращения Земли вокруг своей оси. В результате в северном полушарии вокруг центра низкого давления такие ветры описывают круги, направленные против часовой стрелки, — это циклоны. Вокруг точки с самым высоким давлением воздух движется по часовой стрелке и называется антициклоном.
В южном полушарии направление этих ветров обратное.
Зарождение, развитие и перемещение циклонов и антициклонов оказывают самое существенное воздействие на погоду. Циклон, как правило, сопровождается сильным ветром с дождем или снегом, антициклон несет с собой маловетреную ясную погоду. Бури, вызванные глубокими циклонами, подчас обрушиваются на морское побережье, оставляя после себя страшные разрушения. На море они разгоняют гигантские волны, топят корабли. Известно немало случаев, когда сильная буря вносила свои коррективы в ход исторических событий.
Именно буря помогла Греции в 492 году до нашей эры избежать завоевания персидскими войсками. Неожиданно налетевшая, она разметала и утопила 300 кораблей с войсками персов, которые уже подошли к самым берегам Греции. Трудно сказать, в каком направлении развивалась бы античная цивилизация, если бы царю Дарию удалось захватить и поработить древнюю Элладу.
Точно так же монгольскому хану Хубилаю не удалось завоевать Японию, так как сильнейшая буря разметала по морю монгольский флот, большинство завоевателей утонуло.
В умеренных поясах планеты сильные бури случаются относительно редко; в тропическом океане они разыгрываются по нескольку раз в год. До тех пор пока жители Европы не заходили на своих кораблях достаточно далеко на юг, они не были знакомы с самыми мощными циклонами.
