Нещодавно в Києві можна було спостерігати цікаве явище. Після ясного морозного дня настала хмарна ніч… і вже наступного ранку мороз кудись подівся — температура піднялася вище нуля, під ногами захлюпали калюжі, а купи снігу почали танути. Більшість людей не звернула на це уваги, бо вже звикла до того, що взимку хмари часто «працюють» саме так. Але за рахунок чого вони нас гріють і чому вони цього не роблять влітку?
Тепло буває різним
Почати треба з того, що «теплом» улітку та взимку ми називаємо абсолютно різні речі. В холодну пору року температури біля нуля за Цельсієм — це «відлига» й «потепління». Якщо ж такі самі температури настануть навіть у травні, не кажучи про червень або липень — це буде катастрофічне похолодання, справжня погодна аномалія.
Інша суттєва різниця — джерело тепла. Влітку нас гріє головним чином Сонце: воно перебуває над обрієм значно довше, ніж під ним (у день літнього сонцестояння на широті Києва тривалість світлового дня удвічі більша за тривалість ночі), а його промені падають на землю під великим кутом, приносячи на одиницю площі набагато більше енергії. Натомість узимку в наших широтах Сонце не підіймається високо над горизонтом, а день відповідно вдвічі коротше ночі, тобто сонячні промені просто не встигають прогріти земну поверхню. В таких умовах важливим «обігрівачем» стає сама Земля. По-перше, в її надрах відбувається розпад радіоактивних елементів, у процесі якого виділяється тепло. Проходячи крізь земну кору, воно підігріває нижні шари атмосфери. По-друге, до середини зими велику роль у тепловому балансі грає також те, наскільки сильно та глибоко прогрівся грунт у теплу пору року.
Охолодження ж Землі відбувається на її нічній півкулі, яка в даний конкретний момент обернена до холодного космосу. Взимку воно триває довше (а отже, ефективніше), влітку — коротше. На заваді йому, причому лише частково, можуть стати лише хмари та парникові гази в атмосфері, що поглинають частину інфрачервоного випромінювання земної поверхні й за рахунок цього нагріваються. До речі, якби цих парникових газів не було, середня температура приземного шару повітря складала би 33° нижче нуля, тоді як насправді цей показник перевищує 16 градусів зі знаком «плюс».
Теплота конденсації
Якщо загорнути у звичайну ковдру гарячий чайник або ж, навпаки, морозиво, неважко переконатися, що ковдра насправді не «гріє» й не «охолоджує» — вона сповільнює теплообмін загорнутого тіла з навколишнім середовищем, дозволяючи йому довше лишатися теплим або холодним відносно температури того самого середовища. Не так поводить себе «хмарна ковдра». У хмарах постійно протікають активні фізичні процеси, що супроводжуються виділенням або поглинанням енергії.
Хмари утворюються при зіткненні теплих повітряних мас із більш холодними чи коли тепле, насичене вологою повітря підіймається на велику висоту, де постійно панує холод. Охолодження викликає конденсацію водяної пари та її перетворення на дрібні краплі води чи кришталики льоду. При цьому навіть у дуже холодному оточенні — наприклад, у земній атмосфері на великих висотах — до вичерпання пари (точніше кажучи, до падіння її тиску нижче парціального) температура триматиметься біля нуля за Цельсієм. За законами теплопередачі, в таких умовах одразу почнеться передача енергії випромінюванням від більш нагрітого тіла до більш холодного. В якості останнього часто виступає поверхня Землі, що теж нагріватиметься. Тобто хмари здатні не просто зберігати тепло, але й генерувати його!
Якщо кришталики льоду в такій хмарі стануть достатньо великими й почнуть падати вниз, вони «понесуть» теплоту конденсації з собою. На шляху до поверхні вони трохи охолонуть, але дуже часто сніжинки справді бувають теплішими за промерзлу землю, на яку вони лягають. Тому під час снігу навіть найміцніші морози слабшають.
Влітку сніг у наших широтах випадає вкрай рідко, а температура земної поверхні навіть найхолоднішими ночами не опускається нижче нуля. Тому описані ефекти в теплу пору року ніколи не спостерігаються. Але й тоді можна помітити, що хмарна ніч буде теплішою, ніж безхмарна: хмари затримують частину теплового випромінювання, що «втікає» в космос, і повертають його назад до землі, не дозволяючи їй і приземному шару повітря охолонути занадто сильно.
Раніше ми писали про цікаві оптичні явища, пов’язані з льодяними кришталиками у хмарах.
Тільки найцікавіші новини та факти в нашому Telegram-каналі!
Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine
