Воздух, кажущийся нам невесомым, имеет массу, хотя и небольшую. Масса 1 литра воздуха на уровне моря равна 1,3 грамма. «На уровне моря» – это важное уточнение. С подъемом, то есть с удалением от земной поверхности, сила притяжения ослабевает и воздух, как и вся прочая материя, становится легче, хоть и ненамного, но становится.
«Пустяки какие! – скажут некоторые читатели. – Грамм с небольшим – это все равно, что ничего. Но грамм с небольшим весит один литр, а в земной атмосфере воздуха о-го-го сколько! Этот огромный объем воздуха создает на каждый квадратный сантиметр земной поверхности давление в 1 килограмм!
Килограмм на сантиметр – это уже что-то, верно? Мы не ощущаем этого давления, потому что оно уравновешивается точно таким же внутренним давлением, выработавшимся в ходе эволюции. Напрашивается вопрос – а как же с предметами, у которых не может быть внутреннего давления? Почему мы не ощущаем давления на предметы, особенно на те, которые имеют большую площадь поверхности? Да потому что давление в жидкостях и газах во всех направлениях одинаково и суммарное давление на предмет получается нулевым.
В сводках погоды указывается атмосферное давление в миллиметрах ртутного столба. За нормальное давление принято давление воздуха на уровне моря (иногда говорят: «над уровнем океана», что тоже самое) у широты 45° при температуре 0 °С. Это давление соотвествует весу ртутного столбика высотой 760 миллиметров и сечением 1 см2. Миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.) является внесистемной единицей измерения давления. С увеличением высоты атмосферное давление уменьшается, потому что чем выше расположена точка, тем меньшей высоты воздушный столб давит на нее. Кроме этого, с увеличением высоты воздух разрежается, становится легче и его давление понижается.
Раз уж мы упомянули про широты, то давайте вспомним, что все карты имеют градусную сеть, образованную пересекающимися линиями – параллелями и меридианами.
Параллели представляют собой линии, (которые на глобусе выглядят как окружности), параллельные экватору. Экватор принимают за нулевую параллель и обозначают 0°. Параллели, расположенные в северном полушарии, называют по градусам северной широты и обозначают следующим образом: 10° с. ш. Параллели южного полушария называют по градусам южной широты и обозначают так: 10° ю. ш.
Меридианы представляют собой линии (на глобусе – полуокружности), проведенные от Северного полюса до Южного. Начало отсчета меридианов – нулевой мередиан – было выбрано произвольно и находится оно в Гринвиче, пригороде Лондона. Измеряются меридианы, так же, как и параллели, в градусах, но вместо широты различаются по долготе – восточной (в. д.) или западной (з. д.). Долгота определяется расположением относительно нулевого мередиана.
Обратите внимание на то, что параллели представляют собой окружности, а мередианы – полуокружности. То есть – мередианов, если считать через каждый градус, вдвое больше, чем параллелей. Поэтому наибольшая широта, северная или южная, составляет 90°, а наибольшая долгота, западная или восточная – 180°.
Градусная сеть позволяет определять координаты любого объекта на поверхности Земли как точки пересечения параллели и мередиана. Например – 20° с. ш., 50° в. д. или 33° ю. ш., 45° з. д. Для более точного определения координат каждый градус широты и долготы разделен на 60 частей, называемых минутами и каждая минута разделена на 60 частей, называемых секундами. Минуты обозначаются одним штрихом, а секунды двумя. Вот пример записи координаты объекта с минутами и секундами: 50° 40’ 45’’ в.д., 40 50’ 30’’ с.ш.
А теперь вернемся к атмосферному давлению. Измеряют его при помощи специальных приборов – барометров. Первые барометры были ртутными и представляли собой открытую емкость с ртутью, глубокую тарелку, в которую отверстием вниз была опущена пробирка. Когда атмосферное давление повышалось и сильнее давило на ртуть в тарелке, уровень ртути в пробирке поднимался, когда же давление понижалось, то уровень ртути в пробирке опускался.
Ртутные барометры были довольно неудобными в использовании. Со временем их заменили барометры-анероиды. Слово «анероид» переводится с греческого как «безводный», в данном узком значении – «безжидкостный», то есть без ртути. Барометр-анероид состоит из герметически замкнутой полой тонкостенной коробки, внутри которой создано отрицательное давление воздуха. При изменении атмосферного давления стенки коробки вдавливаются или выпячиваются. Эти колебания передаются на связанную с коробкой стрелку, которая перемещается по шкале.
«Барометр падает», озабоченно говорят в книгах и фильмах моряки, путешественники и вообще все люди, деятельность которых сильно зависит от погодных условий. Разумеется, сам барометр никуда не падает, «падает», то есть опускается книзу, стрелка барометра, потому что понижается атмосферное давление. А это – к непогоде, ниже будет сказано почему.
Также воздух разрежается и с повышением температуры. Чем сильнее нагрет воздух, тем ниже атмосферное давление.
Влияет на величину атмосферного давления и географическая широта, поскольку от широты зависит толщина, а следовательно – и масса тропосферы. Чем больше масса воздуха, тем выше атмосферное давление. Давайте вспомним, что тропосфера толще всего над экватором. Казалось бы, что на экваторе атмосферное давление должно быть выше, чем на полюсах. Но, с другой стороны, воздух на экваторе сильно нагревается, становится разреженным, относительно легким, а это способствует понижению давления…
А еще на величину атмосферного давления влияет направление вертикального движения воздуха. При опускании воздуха атмосферное давление у земной поверхности возрастает, а при подъеме воздуха – понижается. На экваторе преобладают восходящие потоки теплого воздуха, нагревшиеся от земной поверхности. В верхней тропосфере эти потоки оттекают в сторону полюсов, где опускаются и образуют области повышенного давления.
В результате возле экватора находится область (или как еще говорят – пояс) постоянно низкого атмосферного давления, а в районах полюсов – постоянно высокого.
По широтам земная поверхность делится на семь широтных поясов атмосферного давления, которые называются барическими[27] поясами – один экваториальный, два тропических, два умеренных и два полярных.
Экваториальный пояс низкого атмосферного давления расположен по обе стороны экватора между 10° северной и 10° южной широты.
Тропические пояса высокого атмосферного давления расположены между 10° и 30° – 40° северной и южной широты.
Умеренные пояса низкого атмосферного давления расположены между 30° – 40° и 60° – 70° северной и южной широты.
Полярные пояса высокого атмосферного давления лежат выше 60° – 70° северной и южной широты, то есть практически внутри полярных кругов.
Границы поясов атмосферного давления очерчены нечетко, поскольку в зависимости от времени года они несколько смещаются к северу или к югу.
Напрашивается вопрос – почему пояса высокого и низкого атмосферного давления чередуются? Почему не происходит постепенного повышения атмосферного давления при движении от экватора к полюсам?
Дело в особенностях движения воздуха.
На экваторе земная поверхность сильно нагревается и передает много тепла воздуху. Воздух расширяется и поднимается вверх, ввиду чего атмосферное давление понижается и образуется экваториальный пояс низкого давления.
По мере подъема, теплый воздух остывает. У верхней границы тропосферы экваториальные воздушные массы движутся на север и на юг. В области 30-ых параллелей они опускаются вниз, образуя тропические пояса высокого атмосферного давления.
Опустившийся воздух быстро нагревается. Благодаря этому в тропиках наблюдается «парадоксальное» сочетание высоких температур с высоким атмосферным давлением.
На полюсах, в зонах низких температур, холодный воздух опускается к земной поверхности, образуя полярные пояса высокого давления. Отсюда воздух движется к более теплым умеренным широтам, причем движение это происходит близ земной поверхности, в нижней части тропосферы.
В умеренных широтах холодный полярный воздух нагревается, расширяется и поднимается вверх, образуя пояса низкого атмосферного давления. Поднявшись до верхней границы тропосферы, воздушные массы возвращаются к полюсам, где остывают и опускаются к земной поверхности.
Пояс низкого атмосферного давления Северного полушария существует только летом! Зимой, вследствие резкого понижения температуры воздуха, атмосферное давление над материками Северного полушария сильно повышается и пояс низкого давления сохраняется только над океанами в виде двух замкнутых областей пониженного давления – Исландского и Алеутского минимумов. Центр Исландского минимума находится вблизи острова Исландия, а центр Алеутского – близ Алеутских островов Тихого океана. Над материками Северного полушария, напротив, формируются зимние максимумы (области повышенного давления) – Азиатский и Северо-Американский.
Летом пояс пониженного атмосферного давления в умеренных широтах Северного полушария восстанавливается. Над Азией формируется огромная область пониженного атмосферного давления с центром в тропических широтах – Азиатский минимум. Над океанами в тропических широтах в течение всего года существуют максимумы, также называемые антициклонами (что такое циклоны и антициклоны будет сказано чуть ниже) – Северо-Атлантический (Азорский), Северо-Тихоокеанский, Южно-Атлантический, Южно-Тихоокеанский и Южно-Индийский. Это обусловлено тем, что океаны в тропиках всегда нагреты слабее, чем, материки и давление над ними выше. Таким образом на одних и тех же широтах могут существовать максимумы и минимумы атмосферного давления.
Мы постоянно слышим о них в сводках погоды. Господствует антициклон… Идет циклон… Влияние обширного теплого антициклона сохранится на неделю…
Циклоном называется восходящий атмосферный вихрь с замкнутой областью пониженного давления, в которой воздушные массы перемещаются от периферии к центру по спирали. В Северном полушарии это перемещение происходит против часовой стрелки, в Южном полушарии – по часовой. Средняя скорость движения циклона составляет 35 – 50 км/ч, но может доходить и до 100 км/ч.