Климатические катастрофы: пособие по физике для старших школьников и младших студентов

Альбедо – это физическая величина, характеризующая долю излучения, отражаемого поверхностью диффузным образом. Рис.13 показывает, что поверхность Земли – разноцветная. При этом для снега альбедо равно 0,9, для сажи составляет 0,04. Именно альбедо существенно меняет величину коэффициента теплообмена планеты γ, который использовался нами при расчете температур Венеры и Марса. Именно то, что мы не учли альбедо, создало существенную погрешность в проведенных нами расчетах.

Рис.13. Фотография Земли, сделанная астронавтами космического корабля «Аполлон 11» 20 июля 1969 года, продемонстрировала различные альбедо различных участков поверхности Земли

Солнечная постоянная легко устанавливается, она обратно пропорциональна квадрату расстояния планеты до Солнца, то есть она максимальна для раскаленного Меркурия и минимальна для замороженного Плутона. Что же касается альбедо, то планеты солнечной системы характеризуются совершенно различными значениями альбедо: оно минимально для поверхностей астероидов, для Меркурия и Луны, составляя примерно 0,1. Поверхность этих космических тел имеет черно-коричневый цвет. Максимальное значение альбедо фиксируется для «голубых» газовых планет Нептуна и Урана (порядка 0,7). Венера также имеет альбедо около 0,7, поэтому она так ярко светится на ночном небе. Самым большим aльбeдo, превышающим 0.9, обладает спутник Сатурна Энцелад. Его поверхность покрыта льдом, отражающим свет, рис.14. В отличие от других планет, альбедо Земли резко меняется при переходе от одной точки ее поверхности к другой, рис.13. Ее поверхность представляет разноцветную мозаику: белые «шапки» полюсов, белые Гималаи, белые облака. Синие, зеленые, оранжевые пространства океанов, лесов и пустынь. При этом значения альбедо различных участков значительно отличаются друг от друга. В частности, снег и облака имеют альбедо 85-90%. Хвойный лес, лиственный лес, луга, поля, пустыни, скалы и т.д. характеризуются альбедо, меняющимися в широких пределах, от 5 до 25%. Как известно, две трети земной поверхности занимают океаны и моря. При этом их альбедо меняется от 5 до 10%, в зависимости от угла падения солнечных лучей и состояния водной поверхности. Альбедо зависит также от географической широты, оно максимально для полюса и минимально для экватора, при прочих равных условиях.

Рис.14 Спутник Сатурна Энцелад (слева) , https://img-fotki.yandex.ru/get/65488/214291281.bb/0_1da5cd_f2cf7b6f_orig.jpg и Меркурий, https://avatars.mds.yandex.net/get-zen_doc/3502204/pub_5eede402ea1f4f4969193095_5eede4312231600b3dbd40cf/scale_1200

Таким образом, если некоторый район Земли покрыли облака, то общий приход тепла от Солнца уменьшится. Если море покрывается волнами, поглощение тепла усиливается. То же самое произойдет, если растает ледник на горах. И т.д.

Положительная обратная связь

Действие альбедо на климат возникает благодаря «положительной обратной связи». Что такое обратная связь? С действием положительной обратной связи можно столкнуться на музыкальных концертах. Существует всем известный эффект: внезапно музыкальные колонки начинают свистеть, гудеть и т.д.

Эти самопроизвольные помехи возникают благодаря положительной обратной связи между музыкальной колонкой и микрофоном, рис.13.

Рис. 15. Положительная обратная связь может возбудить колебания ауди-системы

Звук самовозбуждения возникает на определенной частоте. Период колебаний равен времени, которое необходимо, чтобы звуковая волна дошла от громкоговорителя до микрофона. То есть период колебаний должен быть равным расстоянию от источника до приемником звука. При этом возникает резонанс. Дополнительное условие самовозбуждения: коэффициент усиления должен компенсировать ослабление звука при движении по воздуху.

Существует в природе и отрицательная обратная связь – она направлена на компенсацию внешнего воздействия. Рассмотрим, например, движение самолета. Под действием восходящих и нисходящих полетов он должен изменять направление своего движения. Однако благодаря влиянию автопилота возникает отрицательная обратная связь, которая компенсирует действие ветров. Чем сильнее восходящий поток, тем сильнее руль самолета направляет его вниз.

Отрицательную обратную связь с климатом пустыни создают оазисы. Действие этой связи и механизмы формирования локального климат автор предлагает читателям самим найти в литературе.

Рис.16. Оазис Бискара в пустыне Сахара демонстрирует отрицательную обратную связь, которая компенсирует жаркий климат местности, https://img.tourister.ru/files/6/7/6/0/1/7/3/original.jpg

Важное отличие Земли от других планет состоит в том, что альбедо и климат нашей планеты способны создавать ощутимую положительную обратную связь.