Альфред Уоллес - Тропическая природа
Температура экваториального пояса
Черта, наиболее характерная и наиболее существенная в физических условиях великой экваториальной зоны, – это необычайное постоянство ее температуры, одинаковой днем и ночью и во все времена года. Днем жара поднимается, как правило, не выше 35–33 °C,[3] ночью же температура редко падает ниже 23–231/2° С. Ежечасные наблюдения, в течение трех лет производившиеся на метеорологической станции голландского правительства в Батавии, показали, что температура колеблется вообще только в пределах 15 °C; максимум ее был 35°, минимум 20°. Разумеется, эти разности все же гораздо значительнее обыкновенных суточных колебаний; эти последние не превышают в среднем 6°; в сентябре, когда они всего значительнее, они равны 7°, а в январе, когда они менее всего заметны, только 4,5°. Батавию, расположенную между 6° и 7° южной широты, можно считать городом с типичным экваториальным климатом, хотя вследствие ее островного положения колебания ее температуры несколько менее значительны, чем в местностях с континентальным климатом. Однако наблюдения, произведенные в Пара на континенте Южной Америки, в местности, очень близкой к экватору, почти совершенно совпали с вышеупомянутыми, сделанными в Батавии, но эти последние произведены с величайшей тщательностью и при помощи лучших инструментов, почему их и надо предпочесть, как абсолютно надежные. На прилагаемой весьма поучительной таблице (см. стр. 25) мы видим кривые средних месячных величин крайних суточных колебаний температуры для Батавии и для Лондона. Эта таблица тем более заслуживает внимания, что максимальная температура не слишком заметно разнится для обеих местностей, так как жара в 32 1/2 °C иногда наблюдается и в Лондоне, а в Батавии термометр только редко поднимается заметно выше этого.
Причины равномерной температуры вблизи экватора
Обыкновенно принято думать, что равномерно высокая температура тропиков достаточно объясняется одной только полуденной высотой солнца, а следовательно, большей интенсивностью его лучей. Однако, поразмыслив немного, нетрудно понять, что это объяснение ни в коем случае недостаточно. Остров Ява вытянулся от 6 1/2 до 8 1/20 южной широты, и в июне наивысшее положение солнца над горизонтом только 58–60°. В этом же месяце полуденная высота его в Лондоне, на 52 %° северной широты, 62°. К этой разнице, которая даже сама по себе говорит в пользу Лондона, надо еще присовокупить более существенное обстоятельство – то, что на Яве в июне продолжительность дня равна только 11 1/2 часам, а в Лондоне, в это же самое время, – 16 часам. Таким образом, общее количество тепла, получаемого землей от солнца, должно в описываемое время быть гораздо значительнее в Лондоне, чем в Батавии. И все-таки средняя суточная температура в Лондоне ниже 15°, в Батавии же она – выше 26°, максимальная температура дня в Лондоне – 20°, в Батавии – 32°.
При этом от одной только полуденной высоты солнца не зависит даже и температура одной и той же местности. В Батавии, например, солнце в полдень находится почти в зените с октября по февраль, и все же эти месяцы никак нельзя назвать самыми теплыми. Наоборот, самые теплые – это май, июнь и сентябрь, а декабрь, январь и февраль, в течение которых солнце занимает почти наивысшее положение, являются как раз самыми холодными. Отсюда можно, следовательно, заключить, что вблизи экватора разница в 30° в высоте полуденного солнца в разные времена года ни в коем случае не оказывает сколько-нибудь заметного влияния на температуру; поэтому мы должны предположить, что существуют еще другие агенты, которые часто совершенно сводят на нет несомненное влияние, оказываемое высотой солнца.
Другая немаловажная особенность, отличающая умеренный пояс от жаркого, это – вообще тепловое воздействие солнечных лучей, не принимая даже во внимание высоты солнца. В Англии полуденное июньское солнце редко причиняет нам неприятность или обжигает кожу. Под тропиками другое дело: там в любой почти час дня, при высоте солнца всего лишь 50–40°, кожа всякого европейца, хотя бы только на несколько минут открытая действию солнечных лучей, болезненно краснеет, иногда покрывается пузырями и затем шелушится. Почти всякий, путешествуя в тропиках, страдает от неосторожного обнажения шеи, ноги, других частей тела: солнечные лучи обладают там совершенно неожиданной, на первый взгляд необъяснимой силой, вовсе, однако, не обусловливаемой особенной теплотой воздуха.[4]
Такое, совершенно различное воздействие одного и того же количества солнечной теплоты, излучаемой на различные широты земной поверхности, имеет много причин. Важнейшие из них, по-видимому, следующие: неизменность температуры почвы и поверхностных слоев океана, присутствие в атмосфере большого количества водяных паров, огромное протяжение тропической области, вследствие чего воздушные течения, достигающие экватора, постоянно нагреваются, и, наконец, скрытая теплота, освобождающаяся при образовании росы и дождя. Мы выясним в кратких чертах, каким образом и насколько каждая из перечисленных причин влияет на высоту и однообразие температуры экваториального пояса.
Влияние почвенной теплоты
Всякий знает, что уже на небольшой сравнительно глубине почва сохраняет одинаковую суточную температуру, а еще несколько глубже сглаживаются и годовые температурные колебания, так что в продолжение всего года стоит одинаковая температура, почти в точности равная средней температуре местности. Чем сильнее колебания температуры, тем значительнее эта глубина: она меньше всего близ экватора и больше всего в странах, лежащих близ Полярного круга, где разница между зимой и летом наиболее значительна.
Вблизи экватора, где годовые колебания температуры очень малы, как это мы видели на примере Батавии, постоянная средняя температура, приблизительно равная 26 °C, наблюдается уже на глубине 5–6 футов. Поэтому излишек теплоты, получаемый почвой в течение дня, распространяется вглубь чрезвычайно медленно; поверхность земли перегревается очень сильно и за ночь излучает обратно значительную часть своей теплоты. Таким-то образом поддерживается высокая температура воздуха, когда он не нагревается солнцем. С другой стороны, в умеренном поясе слой почвы с постоянной температурой залегает очень глубоко: в Женеве, например, по меньшей мере на 30–40 футов, а в Англии на 50–60 футов. Температура на этой глубине приблизительно на 20 °C ниже, чем на экваторе. Эта значительная толща холодной земли поглощает изрядную часть летней теплоты и сравнительно быстро передает ее вглубь, так что лишь довольно поздно, в июле и августе, верхние слои накопляют излишек солнечной теплоты, достаточный для того, чтобы ночью излучать ее обратно и таким образом в отсутствие солнца поддерживать более или менее высокую температуру воздуха. Такое излучение теплоты на экваторе идет непрерывно, и почвенная теплота является одной из важнейших причин однообразия экваториального климата.
Влияние водяных паров атмосферы
Водяной пар, в известном количестве всегда содержащийся в воздухе, находится в своеобразных тесных и весьма важных взаимоотношениях с солнечной и почвенной теплотой. Солнечные лучи беспрепятственно проходят сквозь него[5] до земли, но теплота, обратно излучаемая нагретой землей, очень сильно им поглощается, так что благодаря присутствию водяного пара температура воздуха возрастает; так как наиболее низкие слои последнего содержат как раз наибольшее количество пара, то на них можно смотреть как на своего рода одеяло земного шара, задерживающее теплоту, которую он по ночам излучает в пространство. На экваторе воздух большую часть года почти насыщен водяным паром, так что, несмотря на сильную жару, соль и сахар растекаются, а все железные предметы покрываются толстым слоем ржавчины. Приняв полное насыщение за 100, мы убедимся, что средний максимум относительной влажности достигает в Батавии в январе 96 %, а в сентябре – 92 %. В январе, самом сыром месяце, колебания влажности невелики; она колеблется между 77 и 96; в то же самое время колебания температуры тоже наименее значительны. В сентябре влажность подвержена наиболее значительным колебаниям – от 62 до 92, температура тоже: самые низкие температуры наблюдаются именно в этом и предыдущем месяце. Интересно отметить, что в некоторых местностях Англии относительная влажность почти такая же, как и в Батавии или даже выше. Так, в Клифтоне с 1853 по 1862 год зарегистрирована средняя влажность 92 % для января, в то время как в Батавии средний максимум влажности этого месяца за 4 года равнялся только 88; месячный минимум влажности был для Клифтона 79, для Батавии – 78,9. Эти цифры, однако, выражают огромную разницу в количестве водяного пара на кубический фут воздуха. В январе в Клифтоне при температуре 2–5 °C количество влаги не превышает 4–4,5 грана на кубический фут, в то время как в Батавии при 26–33 °C в том же количестве воздуха содержится целых 20 гранов влаги.[6] Очень важно при этом то, что способность воздуха насыщаться паром возрастает быстрее, чем температура. Уменьшение температуры на 5 °C при 10 °C конденсирует только 1,5 грана влаги на кубический фут, в то время как то же понижение при 32° конденсирует целых 6,5 грана. Таким образом становится понятным, почему ничтожное охлаждение тропической ночи обусловливает появление гораздо большего количества росы и ощутимой сырости воздуха, чем можно обнаружить при гораздо больших понижениях температуры в умеренном поясе. Это значительное количество содержащегося в воздухе водяного пара, препятствуя лучеиспусканию нагретой за день земли, поддерживает ночью живительное тепло. Что это именно так, очень наглядно доказывается тем, что имеет место в северной Индии, где дневной максимум температуры несравненно выше, чем когда-либо наблюдалось на экваторе, и все же, благодаря сильной сухости воздуха, ночи страшно холодны; лучеиспускание бывает иногда настолько сильно, что вода в плоских сосудах покрывается льдом. Так как нагретая земная поверхность со всем тем, что находится на ней, в сыром воздухе охлаждается медленнее, чем в сухом, то отсюда следует также, что, если даже количество и интенсивность солнечных лучей в двух местностях земной поверхности в точности одинаковы, непосредственно измеримое и эффективное тепло может быть и далеко не одинаковым сообразно с тем, много или мало водяных паров содержится в атмосфере. В первом случае теплота поглощается быстрее, чем может излучиться обратно, в последнем – она быстрее теряется через лучеиспускание земли в пространство, чем может поглощаться. В обоих случаях должно установиться равновесие, но в первом устанавливающаяся в конце концов средняя температура будет значительно выше, чем в последнем. Таким образом, мы можем объяснить себе обжигающий эффект солнечных лучей в тропиках: он зависит от того, что кожа не может отдать тепло ни лучеиспусканием, ни испарением, ни поглощением с той же быстротой, как она его получает, в результате чего быстро достигается температура, разрушающая деликатную структуру эпидермиса.[7]
