Недавно в Киеве можно было наблюдать любопытное явление. После ясного морозного дня наступила облачная ночь… и уже на следующее утро мороз куда-то подевался — температура поднялась выше нуля, под ногами захлюпали лужи, а кучи снега начали таять. Большинство людей не обратили на это внимания, поскольку уже привыкли к тому, что зимой облака часто «работают» именно так. Но за счет чего они нас греют и почему они этого не делают летом?
Тепло бывает разным
Начать нужно с того, что «теплом» летом и зимой мы называем совершенно разные вещи. В холодное время года температуры около нуля по Цельсию — это «оттепель», «потепление». Если же такие же температуры наступят хотя бы в мае, не говоря о июне или июле — это будет катастрофическое похолодание, настоящая погодная аномалия.
Другая существенная разница — источник тепла. Летом нас греет главным образом Солнце: оно находится над горизонтом значительно дольше, чем под ним (в день летнего солнцестояния на широте Киева продолжительность светового дня вдвое больше длительности ночи), а его лучи падают на землю под большим углом, принося на единицу площади гораздо больше энергии. Зимой же в наших широтах Солнце не поднимается высоко над горизонтом, а день соответственно вдвое короче ночи, то есть солнечные лучи просто не успевают прогреть земную поверхность. В таких условиях важным «обогревателем» становится сама Земля. Во-первых, в ее недрах происходит распад радиоактивных элементов, в процессе которого выделяется тепло. Проходя сквозь земную кору, оно подогревает нижние слои атмосферы. Во-вторых, до середины зимы большую роль в тепловом балансе играет также то, насколько сильно и глубоко прогрелась почва в теплое время года.
Остывание же Земли происходит на ее ночном полушарии, в данный конкретный момент обращенном к холодному космосу. Зимой оно длится дольше (а значит, эффективнее), летом — короче. Помешать ему, причем лишь частично, могут лишь облака и парниковые газы в атмосфере, которые поглощают часть инфракрасного излучения земной поверхности и за счет этого нагреваются. Кстати, если бы этих парниковых газов не было, средняя температура приземного слоя воздуха составляла бы 33° ниже нуля, тогда как на самом деле этот показатель превышает 16 градусов со знаком «плюс».
Теплота конденсации
Если завернуть в обычное одеяло горячий чайник или, наоборот, мороженое, несложно убедиться, что одеяло на самом деле не «греет» и не «охлаждает» — оно замедляет теплообмен завернутого тела с окружающей средой, позволяя ему дольше оставаться теплым или холодным относительно этой самой среды. Не так ведет себя «облачное одеяло». В облаках постоянно протекают активные физические процессы, сопровождающиеся выделением или поглощением энергии.
Облака образуются при столкновении теплых воздушных масс с более холодными либо когда теплый, насыщенный влагой воздух поднимается на большую высоту, где постоянно царит холод. Охлаждение вызывает конденсацию водяного пара и его превращение в мелкие капли воды или кристаллики льда. При этом даже в очень холодном окружении — например, в земной атмосфере на больших высотах — до исчерпания пара (точнее говоря, до падения его давления ниже парциального) температура будет держаться около нуля по Цельсию. По законам теплопередачи в таких условиях сразу начнется передача энергии излучением от более нагретого тела к более холодному. В качестве последнего часто выступает поверхность Земли, тоже нагревающаяся. То есть облака способны не просто сохранять тепло, но и генерировать его!
Если кристаллики льда в таком облаке станут достаточно большими и начнут падать вниз, они понесут теплоту конденсации с собой. На пути к поверхности они немного остынут, но очень часто снежинки действительно бывают теплее промерзшей земли, на которую они ложатся. Поэтому во время снегопада даже самые крепкие морозы слабеют.
Летом снег в наших широтах выпадает исключительно редко, а температура земной поверхности даже самыми холодными ночами не опускается ниже нуля. Поэтому описанные эффекты в теплое время года никогда не наблюдаются. Но и тогда можно заметить, что облачная ночь будет теплее, чем безоблачная: облака задерживают часть «ускользающего» в космос теплового излучения и возвращают его назад к земле, не позволяя ей и приземному слою воздуха остыть слишком сильно.
Ранее мы писали об интересных оптических явлениях, связанных с ледяными кристалликами в облаках.
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
