Pogoda i klimat
Atmosfera
Powietrze, którym oddychamy, jest częścią atmosfery, mieszaniną gazów otulających Ziemię. To ono sprawia, ze na planecie istnieje życie i to ono chroni nas przed szkodliwym promieniowaniem słonecznym.
Naszą planetę otacza powłoka gazowa, którą nazwano atmosferą. Tworzy ją powietrze, którym oddychamy i które stanowi osłonę przed zabójczym promieniowaniem docierającym z przestrzeni kosmicznej. Przed ucieczką w kosmos chroni atmosferę jej własny ciężar i siła grawitacji. Ta warstwa o 480-kilome-trowej grubości jest też tarczą, chroniącą nas przed bombardowaniem meteorytowym.
W atmosferze podróżują codziennie miliony ludzi, wykorzystując różnego rodzaju statki powietrzne - od balonów po naddźwiękowe odrzutowce. Całą warstwę atmosfery pokonują jedynie rakiety kosmiczne.
Co to jest atmosfera
Atmosfera jest mieszaniną dziesięciu różnych gazów,* z przewagą azotu (78%) i tlenu (21%). Pozostałe 1% to głównie argon, niewielka ilość dwutlenku węgla, hel i neon. Są to tzw. gazy obojętne, czyli takie, które nie wchodzą w reakcje chemiczne z innymi substancjami. Występują także w atmosferze nieznaczne ilości dwutlenku siarki, amoniaku, tlenku węgla, ozonu i pary wodnej. Obecne są w niej również zanieczyszczenia w postaci gazów, cząsteczek dymu, soli, pyłów i popiołów wulkanicznych.
W rozrzedzonym powietrzu
Mieszanina gazów i drobne stałe cząsteczki tworzą cztery główne warstwy: troposferę. stratosfe-rę, mezosferę i termosferę. Troposfera jest warstwą najcieńszą, sięgającą do wysokości 12 km nad Ziemię. Nie przekraczają jej zwykle samoloty latające na standardowej wysokości 9-11 km.
Jest to warstwa najcieplejsza, gdyż ogrzewają ją promienie słoneczne odbite od powierzchni Ziemi. W miarę oddalania się od Ziemi temperatura spada do około -55° C w górnej troposferze.
Kolejną warstwą jest stratosfera, która rozciąga się do wysokości około 50 km nad powierzchnią Ziemi. Jej górna część zawiera ozon tworzący warstwę ozonową. Temperatura jest tu wyższa niż w troposferze, ponieważ ozon zatrzymuje większość szkodliwych promieni nadfioletowych dochodzących ze Słońca. Należy pamiętać, że zanieczyszczając atmosferę niszczymy warstwę ozonową i pozbawiamy się tej ochronnej tarczy.
Powyżej stratosfery, około 50-70 km nad powierzchnią Ziemi, znajduje się mezosfera. W jej obrębie występuje mezopauza, najzimniejszy obszar w całej atmosferze. Jest tu tak zimno, że tworzą się chmury zbudowane z kryształków lodu (tzw. obłoki srebrzyste), które można zaobserwować tylko nocą, gdy zachodzące Słońce podświetla je od dołu.
Meteory docierające nad Ziemię zwykle spalają się podczas przelotu przez mezosferę. I chociaż powietrze jest tu rzadkie, tarcie sprawia, że meteory zderzając się z cząsteczkami tlenu, wytwarzają ogromne ilości ciepła.
Na krawędzi kosmosu
Najbardziej oddaloną od powierzchni Ziemi warstwą atmosfery jest termosfera. Zaczyna się ona na wysokości około 100 km; składają się na nią jonosfera i magnetosfera.
W jonosferze promieniowanie słoneczne wywołuje zjawisko jonizacji. Są za to odpowiedzialne cząsteczki naładowane elektrycznie, które oddziałując z innymi cząsteczkami gazów atmosferycznych wywołują zjawisko zorzy polarnych. Jonosfera odbija także fale radiowe umożliwiając przesyłanie ich na duże odległości.
Powyżej jonosfery znajduje się magnetosfera. Jest to zewnętrzna granica ziemskiego pola magnetycznego, które działa jak gigantyczny magnes. chroniący Ziemię przed przechwyconymi cząsteczkami o wysokiej energii.
Powietrze jest tu najrzadsze. Gęstość, rozumiana jako zawartość cząsteczek w substancji, zmniejsza się wraz z oddaleniem od powierzchni Ziemi. Oznacza to. że odległość między cząsteczkami gazu wzrasta. Przy powierzchni Ziemi cząsteczki są bardzo blisko siebie, a na granicy termosfery - bardzo daleko. W najwyższych partiach termosfery - określanych mianem egzo-sfery - cząsteczki gazu występują tak rzadko, że atmosfera niepostrzeżenie przechodzi w przestrzeń kosmiczną.
Wiatr i pogoda
Procesy atmosferyczne, decydujące o pogodzie, rozgrywają się w troposferze. Są one wynikiem skomplikowanego oddziaływania na atmosferę promieniowania słonecznego i ruchu wirowego Ziemi. Ruch powietrza, który nazywamy wiatrem, powstaje wtedy, gdy gorące powietrze unosi się, umożliwiając opadanie w dół powietrza zimnego. Najwyższą temperaturę ma powietrze nad równikiem, gdzie promienie słoneczne padają prostopadle na powierzchnię globu, a ochładza się w miarę oddalania się w stronę biegunów.
Szczególną częścią troposfery, a jednocześnie częścią atmosfery, która stwarza warunki
umożliwiające życie, jest biosfera. Sięga ona wzwyż tak wysoko, jak potrafią latać ptaki, w dół sięga do powierzchni Ziemi i głębin oceanu. Cechuje ją subtelna równowaga między światem roślin a światem zwierząt.
Zwierzęta pobierają tlen z powietrza podczas wdechu i wydalają dwutlenek węgla przy wydechu. Rośliny z kolei pobierają dwutlenek węgla i wykorzystując światło słoneczne w procesie zwanym fotosyntezą uwalniają do atmosfery tlen. Od tego cyklu zależy przetrwanie wszystkich organizmów żywych, roślin i zwierząt.
Zagrożenia
Atmosfera utrzymuje swoją naturalną równowagę przez setki tysięcy lat, ale współcześnie to siedlisko życia i jego tarcza ochronna są zagrożone wskutek działalności człowieka. Do tych zagrożeń należą: efekt cieplarniany, globalne ocieplenie, zanieczyszczanie powietrza, zanikanie warstwy ozonowej i kwaśne deszcze.
Rozwój przemysłu w minionych 200 latach doprowadził do zakłócenia składu chemicznego powietrza niezbędnego dla zachowania równowagi atmosfery. Spalanie paliw kopalnych, takich jak węgiel, ropa i gaz, zwiększyło zawartość dwutlenku węgla i innych gazów w atmosferze, szczególnie od czasu skonstruowania samochodu w końcu XIX w. Postęp w rolnictwie również powoduje wzrost obecności w atmosferze metanu i tlenków azotu.
Efekt cieplarniany
Gazy wchodzące „od zawsze" w skład atmosfery sprawiają, że ciepło dostarczane przez promienie słoneczne i odbite od powierzchni Ziemi, jest zatrzymywane w atmosferze. Bez nich Ziemia stałaby się tak zimna, że zamarzłyby oceany, a życie uległo zagładzie.
Jednak, gdy proporcje tych tak-zwanych „gazów szklarniowych" zostaną zakłócone przez zanieczyszczenia, wówczas ilość uwięzionego w atmosferze ciepła gwałtownie się zwiększy i na skutek tego Ziemia się ociepli. W rezultacie tylko w tym wieku wzrost średniej temperatury na naszej planecie wyniesie 0,5° C. Naukowcy już teraz przewidują dalszy wzrost temperatury o 1,5 - 4,5° C do połowy przyszłego stulecia.
Według najnowszych badań ponad miliard ludzi (około jednej piątej ludności świata) oddycha powietrzem bardzo zanieczyszczonym toksycznymi gazami. Głównymi sprawcami tego zatrucia atmosfery są tlenek węgla i dwutlenek siarki - produkty procesów przemysłowych. Skutkiem tego jest gwałtowny wzrost schorzeń dróg oddechowych, szczególnie wśród dzieci i ludzi starszych.
Alarmujący jest również wzrost liczby zachorowań na raka skóry. Jest to następstwo działania szkodliwego promieniowania nadfioletowego Słońca, docierającego przez zniszczoną warstwę ozonową.
Dziura ozonowa
Warstwa ozonowa w stratosferze chroni nas pochłaniając nadfioletowe promieniowanie Słońca. Jednak wskutek powszechnego ostatnio stosowania chlorofluorowęglowodorów (CFCs) - w pojemnikach aerozolowych, w lodówkach, środkach czyszczących i tworzywach - do atmosfery trafia więcej tych gazów, niż jest ona w stanie ich wchłonąć. Wskutek ich rozkładu powstaje chlor, który atakuje i niszczy ozon.
Po raz pierwszy donieśli o tym badacze z Antarktydy w 1985 r., kiedy utworzyła się dziura w warstwie ozonowej nad częścią półkuli południowej. Naukowcy uważają, że może dojść do zmniejszenia zawartości ozonu również nad innymi częściami kuli ziemskiej. Jeśli to się zdarzy, będziemy bardziej narażeni na działanie szkodliwego promieniowania. Niestety, w 1995 r. naukowcy stwierdzili obecność takiej dziury w warstwie ozonowej nad Arktyką i częścią północnej Europy.
Kwaśne deszcze
Kwaśne deszcze tworzą się, gdy dwutlenek siarki i tlenek azotu - przemysłowe gazy odpadowe - reagują z parą wodną w atmosferze. Opad kwaśnego deszczu jest zabójczy zarówno dla roślin, jak i zwierząt, powoduje zagładę ryb i powolną śmierć drzew. Nie należą do rzadkości ogromne
mpleksy leśne całkowicie zniszczone wskutek kwaśnych deszczy.
Co gorsza, kwaśne deszcze zasilając jeziora i rzeki, przenoszą truciznę dalej, zabijając po drodze wszelkie mikroorganizmy. Naukowcy oceniają, że w samych tylko USA i Kanadzie 50 000 jezior będzie biologicznie martwe do roku 2000.
Te wszystkie zakłócenia naturalnej równowagi atmosfery mogą prowadzić do zagłady naszego świata.
Naukowcy w swoich prognozach przewidują wzrost poziomu oceanów w następstwie globalnego ocieplenia, co spowoduje zatopienie niżej położonych części kontynentów. Miasta takie jak Londyn i Nowy Jork mogą być często nawiedzane przez katastrofalne powodzie. Zanieczyszczenie ujęć wody może wywołać wiele chorób, a nawet epidemie. Zmieni się również rozmieszczenie stref opadów, w wyniku tego rozległe obszary mogą doświadczyć suszy, a w jej następstwie - głodu. Cena, jaką przyjdzie ludzkości zapłacić za bezmyślne niszczenie środowiska naturalnego, może być ogromna.
Jak się bronić
Świadomość powagi problemów ochrony środowiska stale wzrasta. Te sprawy zajmują coraz więcej miejsca na łamach prasy i innych środków masowego przekazu. Ruch „zielonych" rozwija się w wielu państwach. Problemy związane z zagrożeniami wynikającymi z niszczącej działalności człowieka znajdują się w centrum uwagi rządów wielu krajów. Problemy, takie jak oszczędzanie energii, są podejmowane w skali światowej. Gdybyśmy zużywali mniej energii elektrycznej i przejeżdżali mniej kilometrów naszymi samochodami, ograniczylibyśmy zdecydowanie ilość zużywanych paliw kopalnych - węgla, ropy naftowej i gazu.
Jednocześnie wiele krajów pracuje nad rozwojem alternatywnych źródeł energii - energii słonecznej i wiatrowej. Czeka nas jednak długa droga, zanim paliwa kopalne zostaną zastąpiom na szerszą skalę.
Drzewa, podobnie jak inne rośliny, przetwa rzają dwutlenek węgla na tlen i odgrywają zasad niczą rolę w utrzymaniu właściwej proporcji ga zów szklarniowych w atmosferze. W wilgotnycl lasach tropikalnych Ameryki Południowej wycię to olbrzymie ilości drzew z przeznaczeniem ni budulec lub w celu pozyskania pastwisk. Zagłada tych lasów oznacza - mniej tlenu dostarczaneg( atmosferze, a więcej dwutlenku węgla zatrzymu jącego ciepło.
Globalne działania
Trwa światowa kampania mająca na celu uświa domienie odpowiednim rządom konieczności za przestania niszczenia wilgotnych lasów tropikal nych. Lokalne społeczności mogą w tej działał ności pomóc zdecydowanie odmawiając kupowa nia drewna, co automatycznie ograniczy wyrąb Niektóre kraje próbują przywrócić równowaga przyrodniczą przez ponowne zalesienie zdewa stowanych obszarów. Jest to jednak sprawa dość odległej przyszłości, gdyż odtworzenie drzewostanu trwa wiele lat.
Stało się oczywiste, że nie możemy dłużę w dotychczasowy sposób traktować powietrza którym oddychamy. Stosowanie CFCs w przemyśle jest, wskutek nacisku opinii publicznej, stale ograniczane. Jednocześnie prowadzi się intensywne badania nad znalezieniem jakichś substancji zastępczych.
Ale zagrożenie atmosfery i całego środowiska nieubłaganie trwa. Niezbędna jest więc ścisk kontrola i przestrzeganie przez każdego z nas przyjętych zasad ochrony zagrożonego środowiska naturalnego, aby zapewnić naszej atmosferze „przyszłość bez problemów".
Ciśnienie powietrza i wiatry
Dolne warstwy atmosfery ziemskiej znajdują się w ciągłym ruchu. Dzięki temu nagrzane powietrze z okolic równika transportowane jest nad zmrożone bieguny, natomiast życiodajna wilgoć i deszcze znad oceanów nad kontynenty. Tego typu ruchy powietrza to po prostu wiatr.
Podstawowym źródłem energii, dzięki której odbywa się ruch powietrza atmosferycznego jest Słońce. Kula ziemska, a więc i jej atmosfera, są nagrzane nierównomiernie, a to z kolei wpływa na duże zróżnicowanie ciśnienia. Zimne powietrze jest gęstsze i opada na dół. czego efektem jest wzrost ciśnienia. Różnica pomiędzy ciśnieniem atmosferycznym panującym w dwóch punktach na danym obszarze to bezpośrednia przyczyna powstawania wiatrów.
Gradient baryczny
Naukowcy mierzą ciśnienie atmosfery czne w hek-topaskalach (hPa). Na poziomie morza, gdzie mierzy się rzeczywiste ciśnienie atmosferyczne, wynosi ono średnio 1013,2 hPa. czyli 760 mm słupa rtęci na barometrze (instrument do mierzenia ciśnienia).
Wysokość ma decydujący wpływ na gęstość powietrza, a co za tym idzie, na jego ciśnienie. Na wysokości 5500 metrów nad poziomem morza wynosi ono tylko 500 hPa, czyli jedną drugą tego, co na poziomie morza. Różnica ciśnień pomiędzy dwoma punktami została przez naukowców nazwana gradientem barycznym.
Wiatry sprzyjają przemieszczaniu się mas powietrza o zróżnicowanej temperaturze i ciśnieniu. Powodują też kumulację tych mas na jednym obszarze. Tak zmienia się gęstość powietrza, a jednocześnie gradient baryczny.
Gdyby Ziemia nie wirowała wokół własnej osi, masy powietrza przemieszczałyby się w linii prostej z obszarów o wysokim do obszarów o niskim ciśnieniu. Ich ruch jest jednak zniekształcony przez wirowanie kuli ziemskiej. Wpływa na niego tzw. siła Coriolisa lub inaczej siła geostroficzna. Na półkuli północnej zakrzywia ona tor, po którym wieje wiatr w prawą stronę, zaś na półkuli południowej w lewą. Siła Coriolisa ma największą wartość w okolicy biegunów i maleje w miarę zbliżania się do równika, gdzie ma wartość najniższą.
Efekt działania siły Coriolisa jest najbardziej widoczny na mapach przedstawiających izobary, czyli linie łączące punkty o tym samym ciśnieniu atmosferycznym. Izobary przedstawiają także tor przemieszczających się mas powietrza, ponieważ wiatry mają tendencję, by wiać wzdłuż izobar, a nie po linii prostej. Czym mniejsza jest odległość pomiędzy izobarami, tym większy jest gradient ba-ryczny. Z kolei wraz ze wzrostem gradientu, rośnie siła wiatru. Jeśli na mapie izobary są od siebie oddalone, oznacza to, że prędkość wiatru w tym obszarze jest niewielka.
W wyniku przesuwania się mas powietrza w kierunku równoległym do ułożenia izobar, a więc po torze zakrzywionym, na kierunek wiatru wpływa także siła dośrodkowa. Przeszkody, które napotyka wiatr na lądzie, na przykład wysokie budynki, czy wzniesienia terenu, także zmieniają jego kierunek, a dodatkowo zmniejszają jego prędkość. Tarcie pomiędzy powietrzem a powierzchnią ziemi oddziałuje jedynie na dolną warstwę atmosfery. Wiatry powyżej kilkuset metrów nad Ziemią wieją niezależne od tych z warstwy niższej. Najsilniejsze z nich, wiejące z zachodu, osiągają prędkość powyżej 110 km/godz. Dobra znajomość tych tak zwanych prądów strumieniowych jest niezbędna dla pilotów zasiadających za sterami samolotów odrzutowych.
Wiatry globalne
W każdym zakątku kuli ziemskiej pewne wiatry wieją z większą częstotliwością niż inne, a czasem są nawet charakterystyczne tylko dla konkretnego obszaru. Dawni żeglarze, nieświadomi kierunków wiatrów przeważających na danym terenie, mogli swą niewiedzę przypłacić nawet życiem.
Żeglarzom wypuszczającym się na dalekie oceany sprzyjają wiatry globalne, będące wynikiem ogólnej cyrkulacji mas powietrza w atmosferze. Wzdłuż całego równika, gdzie promienie słoneczne operują najintensywniej, nagrzane powietrze unosi się w górę. W ten sposób tworzy się pas niskiego ciśnienia, nazywany równikowym pasem ciszy. W górze masy powietrza rozchodzą się zarówno na północ jak i na południe, by opaść z powrotem na ziemię w okolicy zwrotników, na szerokościach mniejszych niż 30°. Są to tak zwane „końskie szerokości", inaczej podzwrotnikowe pasy ciszy, gdzie panuje wysokie ciśnienie atmosferyczne. Z „końskich szerokości" powietrze przemieszcza się w kierunku równikowego pasa ciszy - w ten sposób powstają pasaty.
Poza strefą podzwrotnikową i równikową, na kuli ziemskiej występują również stałe wiatry zachodnie, czyli wiatry wiejące z „końskich szerokości" w kierunku biegunów. Te ciepłe masy powietrza spotykają się w rejonie frontu polarnego z zimnymi wiatrami wschodnimi. Tworzą się tutaj układy niskiego ciśnienia, inaczej zwane niżami barycznymi.
Wiatry lokalne
Największy wpływ na pogodę na danym terenie mają wiatry lokalne. Bryza, zarówno lądowa jak morska, determinuje pogodę wzdłuż wybrzeży. Bryza jest efektem tego, iż nad lądem powietrze ogrzewa się i ochładza szybciej niż nad wodą Powstała w ten sposób różnica ciśnień sprawia, że chłodna bryza wieje w dzień od morza do lądu natomiast nocą w kierunku przeciwnym.
Charakterystyczne wiatry wieją też w górach konkretnie na górskich zboczach. Tu z kolei, w cią gu dnia, powietrze na stokach ogrzewa się prędze niż w dolinach. W nocy natomiast gwałtownie trac ciepło w przeciwieństwie do powietrza, które zale ga w dolinach. Tak więc w ciągu dnia wiatr wiej< w górę zbocza (wiatr anabatyczny), podczas gd] w nocy jego kierunek zmienia się na przeciwm (wiatr katabatyczny).
Wiatry regionalne
Niektóre rejony świata mają swoje własne cha rakterystyczne wiatry. Na przykład nad Morzen Śródziemnym wieje sirocco - gorący, pustynny wiatr znad Sahary, gdzie zawsze panuje wysokie ciśnienie powietrza. Ten suchy wiatr, gromadzi nac Morzem Śródziemnym wilgoć i przenosi ją do krajów Europy południowej. Wiatr ten w Egipcie nos nazwę khamsin, natomiast w Hiszpanii leveche.
Mistral to mroźny wiatr charakterystyczny dla miesięcy zimowych. Wieje przede wszystkim z obszaru Europy centralnej, gdzie panuje wysokie ciśnienie, w kierunku Morza Śródziemnego. Mistral, wpadając do doliny Renu, niejednokrotnie ju; wyrządził wielkie szkody tamtejszym uprawom Podobny, choć łagodniejszy wiatr o nazwie bon jest charakterystyczny dla wybrzeży Adriatyku.
Duże opady na stokach górskich skierowanycl w stronę morza są efektem zatrzymujących się n< nich wilgotnych mas powietrza. Po przejściu ni drugą stronę gór, wiatr staje się suchy oraz ciepły W krajach alpejskich nosi on nazwę fen. W Polsce jego odpowiednikiem jest wiatr halny. Na wschodnich, osłoniętych od wiatru morskiego, suchycł stokach Gór Skalistych w Stanach Zjednoczonych wieje wiatr o nazwie chinook.
Układy atmosferyczne
Układy atmosferyczne to procesy regulujące po części warunki życia, co pozwala na utrzymanie życia na naszej planecie. Są one „silnikami" o ogromnej mocy, które przenoszą ciepło i wilgotność z jednego miejsca na drugie, odpowiadają także za wielkie "eksplozje" energii.
Układy atmosferyczne są to w przybliżeniu obszary wirującego powietrza, o średnicy od 150 do 4000 km. Ich wysokość jest zmienna. Niektóre osiągają wysokość 12-15 km i rozpościerają się w całej warstwie troposfery (najniższej warstwie atmosfery). Inne płytkie, ale szybko przemieszczające się, mają wysokość od 1 do 3 km. Układy atmosferyczne są opisywane poprzez różnice w zmienności ciśnienia powietrza oraz kierunków wiatrów wiejących wokół ich centrów. Główne systemy powietrza, lub jak kto woli ciśnienia to wyże i niże. Wyże lub antycyklony, to obszary o wysokim ciśnieniu powietrza, gdzie powietrze opada. Niże, które są także nazywane cyklonami lub depresjami, to obszary o niskim ciśnieniu, tam powietrze unosi się.
Chmury powstają przy unoszącym się powietrzu. Dlatego niże są związane z pochmurną, deszczową i wietrzną pogodą.
Antycyklony (wyże)
Antycyklony lub wyże, zwykle charakteryzują się stałą pogodą, która nie zmienia się przez kilka dni. Wiatry w anty cyklonach wieją zgodnie z ruchem wskazówek zegara na półkuli północnej, a odwrotnie na półkuli południowej. Na mapach pogody wyże wyglądają jak serie współ-środkowych izobar (lini łączących miejsca o takim samym ciśnieniu powietrza) z najwyższym ciśnieniem w centrum. Wyże są obszarami o na ogół słabych wiatrach i bezchmurnym niebie. Brak chmur oznacza, że ciepło promieniujące z powierzchni ziemi ucieka w kosmos. Dlatego powierzchnia ziemi i zalegające nad nią powietrze ochładzają się gwałtownie w nocy. W zimie to ochłodzenie często powoduje mróz, a w wilgotnym powietrzu zamglenie i mgłę. Lekkie wiatry w regionach wyżowych temu sprzyjają. Gdyby wiatry były silniejsze, mogłyby wymieszać powietrze i ochłodzenie przy powierzchni ziemi mogłoby objąć o wiele szerszą warstwę powietrza. Niektóre wyże występują w regionach zimnych. Tam powietrze jest gęstsze, stąd ciśnienie przy ziemi jest wyższe. Takie wyże tworzą się w zimie nad takim regionami jak Środkowa Kanada i Syberia. Są one zwykle płytkie i mają tylko około 3 km wysokości.
Końskie szerokości
Inne wielkie wyże tworzą się nad końskimi szerokościami (nazywanymi tak, ponieważ dawniej w tych stronach wyrzucano za burtę martwe konie ze statków stojących z powodu ciszy), około 20-30 stopni szerokości geograficznej północnej i południowej. Te systemy są głębsze i bardziej trwałe. Ciśnienie powietrza w końskich szerokościach jest wyższe, ponieważ są to miejsca nad którymi powietrze uniesione do góry w strefie równikowej w wyniku silnego nagrzania gruntu, opada z powrotem na powierzchnię. Na lądzie, końskie szerokości obejmują najgorętsze pustynie na Ziemi, takie jak Sahara.
Od układów wysokiego ciśnienia na końskich szerokościach, przy powierzchni ziemi w kierunku równika wieją pasaty, podczas gdy ciepłe zachodnie wiatry wieją w kierunku biegunów. Zachodnie wiatry spotykają zimne wiatry wschodnie wiejące z regionów polarnych. Granica między ciepłym a zimnym powietrzem jest nazywana frontem polarnym. Cyklony (niże), które przynoszą zmienną, często sztormową pogodę do umiarkowanych szerokości, tworzą się wzdłuż tego frontu.
Front polarny nie jest linią prostą. Zafalowania tworzą się, gdy zimne powietrze spychane jest w kierunku równika, a ciepłe w kierunku bieguna. Te ruchy tworzą zawirowanie, które jest wzmacniane przez wiatry o dużej prędkości nazywane prądami strumieniowymi, wiejące w górnej troposferze.
Wiatr w niżu wieje w odwrotym kierunku niż w wyżu, czyli zgodnie ze wskazówkami zegara na półkuli południowej, a przeciwnie na półkuli północnej. Na mapach pogody, niże wyglądają jak serie koncentrycznych izobar, z najniższym ciśnieniem w centrum.
Narodziny niżu
Ciepłe z chłodnym powietrzem miesza się z trudem. Dlatego ciepłe powietrze, które dopływa do zafalowania frontu polarnego zamiast wymieszać się z chłodnym, unosi się nad chłodniejsze i bardziej gęste. W ten sposób tworzy się układ niżowy. Typowy niż składa się z dwóch frontów Front ciepły jest strefą graniczną pomiędzy nasuwającym się powietrzem ciepłym a chłodnym W tym przypadku ciepłe powietrze unosi się ku górze po zalegającym przy ziemi powietrzi chłodnym. Para wodna w unoszącym się powietrzu kondensuje się (skrapla) tworząc chmury. Zc frontem ciepłym przesuwa się front chłodny Wzdłuż tego frontu chłodne powietrze wciska się pod powietrze ciepłe, wymuszając jego unoszenie się. Dlatego strefa frontu chłodnego jest kolejną strefą pochmurnej i deszczowej pogody. Froni chłodny porusza się szybciej niż ciepły. W wyniku tego front chłodny „dogania" front ciepły,
fronty spotykają się. Nazywa się to okluzją, gdzie ciepłe powietrze znajduje się w górze, a chłodne przy ziemi. Po utworzeniu się okluzji, układ niżowy najczęściej zanika. Meteorologowie zbadali kolejność zjawisk pogodowych związanych z przechodzeniem niżu. Ich znajomość ma wielkie znaczenie przy prognozowaniu pogody. Na przykład pojawienie się wysokich haczykowatych chmur cirrus wskazuje na ogół na zbliżanie się niżu. Wkrótce pojawiają się grubsze chmury średniego piętra altostratus, a za nimi niskie szare nimbostratus. Te chmury przynoszą zwykle opady deszczu trwające przez kilka godzin zanim front się nie przesunie.
Za ciepłym frontem znajduje się obszar ciepłego powietrza, zwykle zachmurzony i wilgotny.
Za nim przesuwa się front chłodny z burzami. Wzdłuż strefy frontowej często występują opady ulewne, trwające jednak znacznie krócej niż te związane z frontem ciepłym. Po przejściu frontu chłodnego wypogadza się, jest jednak chłodniej.
Burze występują wszędzie poza rejonami polarnymi. Naukowcy oceniają, że w każdej chwili na ziemi występuje około 2000 burz. Wiele z nich występuje wzdłuż frontów chłodnych, gdzie tworzą się ciemne chmury cumulonimbus w wyniku gwałtownych prądów wstępujących unoszących ciepłe i wilgotne powietrze ponad zalegające przy ziemi powietrze chłodne. Najbardziej gwałtowne burze występują w strefie międzyzwrotnikowej w wyniku silnego ogrzewania powierzchni ziemi i zalegającego nad nią powietrza. Takie burze dają nawet do 600 mm opadów na dobę. Podobne burze powstające wskutek ogrzania powierzchni ziemi występują także w upalne dni, zwykle po południu, w strefie umiarkowanej. Gdy pierwsze satelity przesłały obrazy Ziemi, zaobserwowano potężne grupy wirujących chmur w pobliżu równika. Te układy atmosferyczne powstają, gdy ciepłe i wilgotne powietrze jest szybko unoszone do górnej atmosfery. Czasami kilka takich grup łączy się i przesuwa poza strefę równikową w postaci bardzo aktywnego systemu niskiego ciśnienia, zwanego cyklonem tropikalnym, huraganem w Ameryce Północnej, willi-willi w Australii lub tajfunem we wschodniej Azji.
Huragany
Huragany to systemy znacznie większe niż burze, których często znajduje się kilka w jednym huraganie. Średnica huraganów waha się od 200 do 500 km. W środku znajduje się strefa ciszy, tzw. „oko", gdzie powietrze osiada. W tym miejscu niebo jest pogodne i powietrze spokojne. Jednak wokół „oka" powietrze unosi się gwałtownie zasysając paręwodną z powierzchni i tworząc wirujący system chmur oraz niezwykle silnych wiatrów. Prędkość wiatru w huraganie przekracza 119 km/h, a czasami dochodzi do 300 km/h. Silny wiatr i silne opady mogą powodować spustoszenie, gdy huragan uderzy w wyspy lub wybrzeże. Znaczne obszary mogą zostać zatopione, drzewa powyrywane z korzeniami, a domy powywracane. Przeciętnie co roku 11 huraganów tworzących się na Północnym Atlantyku dociera do Ameryki Północnej. Po wejściu na ląd huragan stopniowo zanika, jest bowiem pozbawiony zasilania w parę wodną co sprawia, że traci siłę.
Tornado są cyklonami o mniejszej skali osiągając jedynie kilkaset metrów średnicy. Jednakże, ze względu na swoje rozmiary są to prawdopodobnie najbardziej niszczące rodzaje cyklonów tropikalnych. W USA, nazywane także trąbami powietrznymi tornada mają kształt lejków gwałtownie unoszącego się powietrza, w których prędkość wiatru często przekracza 320 km/h.
Szlak zniszczenia
Tornado trwa zwykle godzinę. Jednak przechodząc nad lądem z szybkością 10-560 km/h pozostawia za sobą pas zniszczenia. Te cyklony są powszechne w Stanach Zjednoczonych i Australii. Najwięcej danych mamy o tornadach występujących w środkowych stanach USA, gdzie pojawia się ich 500 do 600 rocznie.
Przyczyny powstawania tornado nie są w pełni znane. Są one często związane z burzami, gdy lej wirującego powietrza opuszcza się do ziemi od podstawy chmury burzowej, podczas gdy ciepłe powietrze unosi się i obraca wokół leja. Ciśnienie powietrza w leju jest bardzo niskie. Różnica ciśnienia powietrza pomiędzy tornado a wnętrzem budynków sprawia, że budynki eksplodują. Wirujące powietrze w leju może unosić ludzi, a nawet wyrywać drzewa z korzeniami. Trąby wodne mają podobne cechy jak te, które tworzą się nad morzami i jeziorami. Jednakże te
wirujące leje wodne są znacznie mniej gwałtowne niż tornado. Ich średnica na ogół nie przekracza 30 m i żyją krócej niż godzinę.
Wiry powietrzne i pyłowe
Jeszcze mniejsze rozmiary mają wiry powietrzne, zwane także diabelskimi. Te wąskie kolumny powietrza różnią się tym od tornado, że występują w pogodne, słoneczne dni. Tworzą się wówczas, gdy powietrze unosi się i zaczyna wirować. Czasami wiry unoszą pył, siano lub śmiecie. Wiry pyłowe powstają w podobny sposób, występują na nagrzanych terenach pustynnych.
„Monsun" oznacza porę roku (sezon), to nazwa nadana najlepiej znanym na świecie wiatrom przynoszącym opady. Występują najwyraźniej w Indiach, gdzie są wynikiem różnicy ciśnienia na kontynencie azjatyckim w lecie i w zimie.
W zimie potężny wyż tworzy się nad środkową Azją. Północno-wschodni wiatr wiejący od wyżu przynosi Indiom chłodną i suchą pogodę. Natomiast na wiosnę, gdy ląd zaczyna się nagrzewać, nad Tybetem i Afganistanem rozwija się ogromny ośrodek niskiego ciśnienia. Wciąga on wilgotne powietrze znad Oceanu Indyjskiego. Te południowo-zachodnie wiatry przynoszą w lecie obfite opady w Indiach.
Chmury
Chmury to zawieszone w atmosferze ziemskiej zbiorowiska produktów kondensacji pary wodnej - bardzo małych kropelek wody, kryształków lodu lub mieszaniny jednych i drugich. Są częścią cyklu krążenia wody w przyrodzie, bez którego niemożliwy byłby rozwój życia na Ziemi.
Promienie słoneczne ogrzewają wodę w morzach i oceanach, która wędruje ku górze w postaci pary wodnej w procesie zwanym ewaporacją lub prościej - parowaniem. W miarę unoszenia się pary wodnej ulega ona ochłodzeniu i z powrotem zamienia się w wodę lub lód. W ten sposób powstają skupiska kropelek wody lub kryształków lodu nazywane chmurami. W odpowiednich warunkach powietrze oddaje ziemi wilgoć w postaci opadów spadających na powierzchnię (deszcz, śnieg, krupa lub grad) lub opadów osiadających, czyli osadów (m.in. rosa, szadź i goło-ledź). Wody powierzchniowe, rzeki i strumienie, niosą tę wodę do mórz i oceanów i cały cykl zaczyna się od nowa.
Jak powstają chmury
Para wodna pochodząca głównie z mórz i oceanów jest wszechobecna w atmosferze. Jej ilość zawarta w jednostce objętości powietrza nazywana jest wilgotnością bezwzględną powietrza. Im wyższa temperatura powietrza, tym więcej pary wodnej może ono zawierać. Kiedy powietrze zawiera maksymalną ilość pary wodnej w danej temperaturze, mówimy, że jest ono nasycone, a jego wilgotność względna wynosi 100%. Temperatura, przy której para wodna znajdująca się aktualnie w powietrzu nasyciłaby je, nazywana jest punktem rosy. Kondensacja, czyli zamiana pary wodnej w ciecz, ma miejsce, gdy temperatura powietrza spadnie do lub poniżej punktu rosy. Czasem zdarza się bezpośrednie przejście ze stanu gazowego w stały, czyli sublimacja. Ale spadek temperatury nie jest jedynym warunkiem kondensacji. Kondensacja nie zachodzi w powietrzu absolutnie czystym, nawet przy dużym przesyceniu. Potrzebne są mikroskopijne cząsteczki stałe zawieszone w powietrzu i nazywane jądrami kondensacji, na których osiadają jeszcze drobniejsze produkty kondensacji.
Genetyczne typy chmur
Jedną z głównych przyczyn kondensacji jest adiabatyczne ochłodzenie powietrza. Zmiany temperatury noszą nazwę adiabatycznych, jeśli zachodzą bez wymiany ciepła z otoczeniem, przy rozprężaniu i sprężaniu powietrza na skutek zmian ciśnienia i objętości, głównie przy wznoszeniu i osiadaniu powietrza. Wznoszenie może być wymuszone przez przeszkody górskie. Powietrze rozszerza się wtedy, w związku z mniejszym ciśnieniem panującym na większych wysokościach, co pochłania część jego energii. Temperatura spada poniżej punktu rosy i zaczyna się kondensacja pary wodnej. Typowe dla obszarów górskich chmury to np. chmury stojące, soczewkowate i rotorowe.
Chmury stojące, zawieszone nad wierzchołkami szczytów, przypominają postrzępione flagi. Powstają, gdy wierzchołek wzniesienia zmusza poruszające się powietrze do podziału. Na zawietrznej stronie powstają wiry, w których dochodzi do turbulencyjnego wznoszenia powietrza i kondensacji
pary wodnej. W miarę oddalania się od wierzchołka kropelki wody wyparowują, chmura rozmywa się i w końcu zanika.
Chmury soczewkowate tworzą się w grzbietach fal powietrza powstających nad obszarami o urozmaiconej rzeźbie. Chmury rotorowe formują się w wirach turbulencyjnych po zawietrznej stronie wzniesień górskich. Mają kształt długich cylindrów ułożonych równolegle do pasma górskiego.
Opisane powyżej chmury orograficzne są szczególną odmianą chmur falowych. Chmury o budowie falowej powstają najczęściej wzdłuż powierzchni styku dwóch warstw powietrza o różnej temperaturze i gęstości. W wyniku nagłych zmian prędkości wiatru oraz różnej gęstości i temperatury na pierwotnie poziomej powierzchni granicznej zaczynają tworzyć się fale o długości od 50 do 2000 m. Zjawisko to przypomina powstawanie fal na powierzchni wody pod wpływem wiatru. W grzbietach fal powietrze podnosi się i ochładza. Para wodna kondensuje, tworząc chmury.
Intensywne wznoszenie powietrza ma również miejsce wzdłuż powierzchni frontalnych towarzyszących przesuwającym się niżom atmosferycznym. Front to miejsce zetknięcia się mas powietrza o różnych właściwościach fizycznych. Najbardziej charakterystyczny jest system chmur frontu ciepłego. Powietrze ciepłe wślizguje się po klinie powietrza chłodnego, ochładza adiabatycznie, a w wyniku kondensacji pary wodnej powstaje układ chmur rozbudowanych w różnych piętrach, nazywanych chmurami wznoszenia ślizgowego lub chmurami o budowie warstwowej.
Kształt chmur jest ściśle związany ze sposobem unoszenia się mas powietrza, w których powstają. Chmury warstwowe są wynikiem wolnego ruchu powietrza - od 5 do 10 cm/s. Silne prądy wstępujące powodują powstawanie chmur konwekcyjnych, o znacznie bardziej zaokrąglonych kształtach. Naukowcy obliczyli, że konwekcja może zachodzić z prędkością nawet 100 km/h. Wysokość, do której dotrze strumień powietrza, uzależniona jest od temperatury otaczających mas powietrza. Temperatura unoszącego się powietrza spada o 1 stopień na każde 100 m. Jeśli temperatura otaczających mas powietrza maleje szybciej, to strumień będzie się unosił, ponieważ na każdej wysokości będzie to powietrze cieplejsze i lżejsze niż sąsiadujące masy. Taką sytuacją określamy mianem równowagi chwiejnej. Jeżeli temperatura otaczającego powietrza maleje wolniej niż w słupie unoszącego się powietrza, ruch zostanie zahamowany, ponieważ strumień będzie chłodniejszy i cięższy niż otoczenie. W tej sytuacji mamy do czynienia z równowagą stałą.
Podział chmur
Chmury różnią się kształtem, wielkością, a nawet kolorem, co jest wynikiem różnych procesów, w których powstają. Naukowcy próbowali opisać i sklasyfikować tę zadziwiającą różnorodność chmur na długo, zanim poznali ich genezę. Jednym z pierwszych był francuski przyrodnik i pionier teorii ewolucji Jean Baptiste Lamarck (1744-1829). W 1802 roku zaproponował on podział chmur na trzy piętra i pięć typów. Lamarck uważa, że chmury nie powstają przypadkowo, lecz tylko w pewnych określonych warunkach, chociaż nie potrafił wyjaśnić w jakich. Również w roku 1802 angielski chemik Lukę Howard zaproponował podział chmur na trzy główne typy w oparciu o ich wygląd zewnętrzny. Były to cirrusy - chmury pierzaste, cumulusy - chmury kłębiaste oraz stratusy - chmury warstwowe. Te podstawowe terminy obowiązują do dziś. W 1896 roku wydano pierwszy międzynarodowy atlas chmur. Obecnie Międzynarodowa Organizacja Meteorologiczna, a ściślej Międzynarodowa Komisja Chmur, wyróżnia 10 głównych typów chmur, w zależności od wyglądu i wysokości, na jakiej występują.
Rodzinę chmur wysokich tworzą cirrus (Ci), cir-rostratus (Cs) i cirrocumulus (Cc). W szerokościach
umiarkowanych chmury piętra górnego występują na wysokości od 5 do 13 km. Są to chmury jednorodne, zbudowane z kryształków lodowych, nie dające opadów odczuwalnych na powierzchni ziemi. Cirrusy przypominają wyciągnięte włókna wełny lub pierza. Cirrocumulusy to znane wszystkim „baranki" - warstwy lub ławice chmur złożone z kłębuszków lub kędziorków. Cirrostratusy tworzą delikatną białawą zasłonę, osłabiającą intensywny błękit nieba.
Chmury piętra średniego w szerokościach umiarkowanych występują na wysokości od 2 do 7 km. Należą do nich altocumulusy (Ac) i altostra-tusy (As). Altocumulusy to chmury jednorodne, zbudowane w całości z kropelek wody lub kryształków lodu. Na niebie tworzą płaskie, szarawe ławice, złożone z pojedynczych lub połączonych w szeregi płatów i brył. Altostratus to gęstsza i grubsza niż cirrostratus. niebieskawa powłoka, przez którą Słońce lub Księżyc przeświecają jak przez matowe szkło. Mogą rozbudowywać się wysoko w pionie, stają się wtedy chmurami mieszanymi, które przeważnie dają opad drobny.
Piętro dolne reprezentują stratocumulusy (Sc) i stratusy (St). Są to szare warstwy chmur nisko rozpostarte nad ziemią, z tym, że w stratocumulu-sie można wyróżnić ciemniejsze bryły i płaty, podczas gdy stratus jest bardziej jednorodny. Są to ciemnoszarą warstwą. Chmura ta składa się z kropelek wody i kryształków lodu i daje opady ciągłe.
Cumulonimbus (Cb) i cumulus (Cu) to chmury konwekcyjne, które mają zwykle podstawy w piętrze dolnym, jednak ich wierzchołki sięgają często do piętra średniego, a w przypadku cumulonim-busa nawet do piętra wysokiego. Cumulusy to pojedyncze białe chmury w kształcie kłębów, o poziomych, nieco ciemniejszych podstawach. Rozwijają się w pionie przy silnych prądach wstępujących. Jednorodne, złożone z kropelek wody, zazwyczaj nie dają opadów. Cumulonimbus to kolejne stadium rozwoju cumulusów przy utrzymujących się silnych prądach wstępujących. Są to potężne, gęste masy wodno-lodowych chmur, często w kształcie gór, czy wież o spłaszczonych wierzchołkach, przybierających nieraz kształt kowadła. Chmury te powodują przelotne opady, często intensywne ulewy z wyładowaniami atmosferycznymi, latem towarzyszy im nieraz grad, zimą krupa lub obfity śnieg.
Opady
Woda z chmur dociera do ziemi w różnych postaciach, najczęściej jako deszcz i śnieg. Drobniutkie kropelki wody tworzące chmurę znajdują się w nieustannym ruchu, unoszą się i opadają. W miarę jak opadają, łączą się z innymi kropelkami, aż w końcu osiągają takie rozmiary, że są zbyt ciężkie, by unosić się w powietrzu, i spadają na ziemię. Proces ten nazywany jest koalescencją. Jeżeli krople osiągną średnicę 1 mm, prawdopodobnie dotrą do powierzchni ziemi, jeżeli będą mniejsze, rozpadną się z powodu oporu, jaki stawia powietrze, i cały
proces rozpocznie się od nowa. Według innej teorii, ogłoszonej w latach 30., zarówno deszcz, jak i śnieg powstają z przechłodzonych kropelek wody, które zamarzają w chmurach w kryształki lodu. Kryształki te spadają na powierzchnię ziemi w postaci deszczu lub śniegu, w zależności od tego, czy po drodze stopiły się, czy nie.
Grad powstaje na skutek przemieszczania się kryształków lodu w górę i w dół chmury. Kryształki obrastają wówczas kolejnymi warstwami lodu, aż wkońcu stają się tak ciężkie, że spadają na ziemięw postaci lodowych bryłek, zwykle o średnicy od 5 do 50 mm. Śnieg pojawia się, gdy para wodna kondensuje w chmurze w temperaturze od -4 do -15°C. Gdy temperatura jest bliska 0°C, kryształki miękną i łatwo się zlepiają, tworząc duże płaty. Przy niższych temperaturach w narożach sześciokątnych kryształków dochodzi do intensywnej sub-limacji i powstają przepiękne, koronkowe blaszki.
Chmury a pogoda
Zachmurzenie ocenia się ilościowo, bez wykorzystywania specjalnych przyrządów. Skala oceny ilościowej obejmuje jedenaście stopni: „0" oznacza
niebo bez chmur, a „10" pełne pokrycie. Pod względem jakości na posterunkach meteorologicznych określa się rodzaje chmur. Gatunki i odmiany tylko na wyspecjalizowanych stacjach.
Satelity krążące dookoła Ziemi rejestrują promieniowanie emitowane przez powierzchnię lądów, oceanów i chmur. Informacje te są przetwarzane na bardzo czytelne mapy obszarów chłodniejszych - miejsca jaśniejsze - i cieplejszych - fragmenty ciemniejsze. Na mapach tych wyraźnie widać też układy chmur. Satelity geostacjonarne wykonują
zdjęcia tych samych obszarów kuli ziemskiej w krótkich odstępach czasu, dzięki czemu można śledzić zmiany układu chmur, a tym samym prędkość i kierunek przemieszczania się mas powietrza, które to informacje są niezbędne dla nowoczesnego prognozowania pogody.
Nie oznacza to jednak, że bez skomplikowanych urządzeń jesteśmy całkowicie bezradni. Wielu ludzi potrafi przepowiadać pogodę na najbliższe dni, nie zdając się na telewizyjne czy radiowe komunikaty. Pogoda jest zresztą tak lokalnym zjawiskiem, że komunikaty te są często zbyt ogólne. Rolnicy i rybacy często potrafią przewidzieć pogodę na podstawie prostych obserwacji chmur. Na przykład czerwone chmury na zachodniej stronie nieb< o zmierzchu są zapowiedzią pięknej pogody nazajutrz. Chmury o miedzianym zabarwieniu ze srebrnymi krawędziami przynoszą burze latem i gradobicie zimą. Intensywnie czerwone plamy na niebk o świcie zapowiadają burzowy dzień. Chmur) wysokie, zwłaszcza cirrusy i cirrostratusy, pojawiające się na zachodniej stronie nieba i stopniowo zagęszczające się, są na ogół zwiastunem frontu ciepłego, przynoszącego pogorszenie pogody Pojawienie się na horyzoncie ciężkich, aż granatowych cumulonimbusów zapowiada deszcz, śnieg lub grad.
Prognozowanie pogody
Dzięki szerokiemu zastosowaniu komputerów można obecnie o wiele dokładniej przewidzieć pogodę niż w przeszłości. Mimo to jednak, zdarzają się pomyłki, za które niejednokrotnie trzeba zapłacić wysoką cenę.
Ludzie pracujący w rolnictwie czy w rybołówstwie, czyli ci, których dobrobyt, a czasami nawet życie zależy od umiejętności przewidywania warunków atmosferycznych, nauczyli się odczytywać znaki zwiastujące zmiany pogody. W przewidywaniu warunków pogodowych pomagają im obserwacje zmian kierunku wiatrów oraz obecność pewnych typów chmur. To wielowiekowe doświadczenie znalazło odbicie w ludowych porzekadłach. Na przykład angielskieprzysłowie mówi, że „gdy niebo wieczorem czerwone, dla pasterzy dobry dzionek; lecz kiedy czerwone o świcie, ciężkie czeka ich życie'". Powiedzenie to ilustruje przewagę wiatrów południowo-zachodnich na Wyspach Brytyjskich. Powodują one przesuwanie się frontów atmosferycznych - odpowiedzialnych za zmiany pogody - z zachodu na wschód. Czerwony kolor nieba o zmierzchu lub o świcie spowodowany jest przez unoszące się w powietrzu cząsteczki pyłów. W atmosferze unosi się więcej pyłów, jeżeli powietrze jest suche i spokojne. Stąd, czerwone niebo na zachodzie oznacza nadciągające masy suchego powietrza. Jeżeli niebo czerwienieje o świcie, czyli na wschodzie, oznacza to, że powietrze jest suche i spokojne na wschodzie. Istnieje więc duże prawdopodobieństwo, że okres ładnej pogody właśnie się kończy, a z zachodu nadciągają już masy wilgotnego powietrza.
Przysłowia ludowe mają w sobie dużo prawdy, należy jednak pamiętać, że sprawdzają się tylko w konkretnym miejscu na kuli ziemskiej. Istnieją również powiedzenia zupełnie bezwartościowe i nie poparte żadnymi dowodami, jak na przykład polskie przysłowie: „Barbara po lodzie, Boże Narodzenie po wodzie".
Nowoczesne metody prognoz pogody opierają się na wynikach niezliczonych pomiarów warunków atmosferycznych prowadzonych na całej kuli ziemskiej. Zgromadzone dane są dokładnie analizowane i na ich podstawie naukowcy są w stanie określić typowe zjawiska pogodowe dla danego obszaru, a tym samym przewidzieć nadchodzącą pogodę.
Gromadzenie danych
Profesjonalne prognozy pogody opierają się na danych otrzymywanych ze stacji meteorologicznych gęsto rozsianych po całym świecie. Stało się to możliwe dopiero po roku 1844, kiedy to Samuel Morse wynalazł telegraf. Obecnie na całym świecie pracuje około 7 tysięcy stacji meteorologicznych. Znajdują się one w miastach, na lotniskach lub statkach. Niektóre urządzenia pomiarowe zostały nawet umieszczone w samolotach, które są w stanie zbierać dane w wielu odległych punktach Ziemi.
W stacjach takich pracują meteorolodzy, czyli specjaliści, zajmujący się procesami zachodzącymi w atmosferze. Systematycznie obserwują oni zmieniające się warunki atmosferyczne; mierzą temperaturę, ciśnienie powietrza, wilgotność (zawartość wody w powietrzu), siłę wiatru, opady (deszcz, śnieg, deszcz ze śniegiem, grad, rosę,
szron), badają też rodzaj chmur oraz ich wysokość nad powierzchnią ziemi. W zautomatyzowanych stacjach meteorologicznych, dane zapisywane są na taśmie magnetycznej i przesyłane do większych ośrodków.
Pomiary dokonywane przy powierzchni ziemi nie są wystarczające, dlatego uzupełnia się je przez wyniki badań prowadzonych w dolnych warstwach atmosfery za pomocą niesionych przez balony radiosond. Mierzą one ciśnienie powietrza, wilgotność, temperaturę oraz prędkość wiatru na różnych wysokościach. Wyniki badań przekazywane są na ziemię za pośrednictwem nadajników radiowych. Wznoszący się balon jest często „śledzony" przez radary, co z kolei pomaga meteorologom określić kierunek wiatrów w górnych partiach troposfery. Radary okazały się także pomocne w lokalizowaniu obszarów, gdzie występują opady deszczu lub śniegu.
Częstotliwość pomiarów zależy od konkretnej stacji meteorologicznej. Najczęściej zbiera się dane co dwie lub trzy godziny. Niektóre stacje jednak dysponują świeżymi danymi co pół godziny, inne natomiast zaledwie co 6 lub 12 godzin.
Satelity meteorologiczne
Począwszy od lat sześćdziesiątych specjaliści mogą korzystać również z danych dostarczanych przez satelity meteorologiczne. Istnieją dwa rodzaje takich satelitów. Pierwszy z nich to satelity stacjonarne, które znajdują się na orbicie około ziemskiej w odległości około 36 tysięcy km od równika i poruszają się z tą samą prędkością co Ziemia. Ponadto obracają się wokół własnej osi dostosowując swą prędkość do prędkości kątowej Ziemi, stąd przesyłają zawsze zdjęcia tylko jednej strony kuli ziemskiej. Jednocześnie unoszą się one bardzo wysoko, więc zdjęcie takie jest w stanie objąć całą półkulę wraz z jej atmosferą. Satelita wysyła aktualne dane na Ziemię co pół godziny. Daje to meteorologom możliwość śledzenia ruchu chmur, a tym samym odczytywania prędkości i kierunku wiatru.
Innego rodzaju satelity umieszczone są w odległości zaledwie 850 kilometrów od Ziemi i poruszają się po
orbicie okołoziemskiej w kierunku północ-południe, dzięki czemu na kolejnych zdjęciach przesyłają obraz całej, obracającej się „pod nimi" planety.
Już pierwsze satelity wysyłały na Ziemię zdjęcia przedstawiające zmieniające się położenie chmur. Obserwacje ruchów chmur dostarczyły dowodów na sformułowaną w 1920 r. przez norweskiego uczonego J. Bjerknesa teorię opisującą powstawanie potężnych wirów atmosferycznych na granicy ciepłych i zimnych mas powietrza. Można było również zobaczyć rozwój cyklonów tropikalnych. Obecnie meteorolodzy śledzą tory ich wędrówek, dzięki czemu są w stanie w porę ostrzec mieszkańców zagrożonych terenów.
Nowoczesne satelity są dodatkowo wyposażone w specjalne czujniki do pomiaru temperatury oraz wilgotności w różnych warstwach atmosfery. Dostarczane przez nie dane są szczególnie ważne przy przewidywaniu pogody dla oceanów oraz dla półkuli południowej, gdzie znajduje się stosunkowo mało stacji meteorologicznych.
Zjawiska atmosferyczne nie znają granic, więc stacje w poszczególnych krajach współpracują ze sobą. Największe z nich, na przykład brytyjskie obserwatorium w Bracknell, czy amerykańskie centrum w Waszyngtonie, prowadzą kompleksowe badania i przewidują pogodę dla dużych obszarów kuli ziemskiej. Wspólne działania specjalistów koordynuje Światowa Organizacja Meteorologiczna.
Wspomniane obserwatoria meteorologiczne w Bracknell oraz w Waszyngtonie zbierają dane
0 warunkach atmosferycznych na całej planecie
1na ich podstawie sporządzają globalną prognozę pogody. Przewidują również ruchy mas powietrza w górnych warstwach troposfery. Dane o warunkach panujących na dużych wysokościach są szczególnie ważne dla lotnictwa.
Opracowanie prognozy
Stacje meteorologiczne wysyłają zakodowane wyniki pomiarów do większych obserwatoriów, które na podstawie otrzymanych danych opracowują mapy synoptyczne przedstawiające warunki atmosferyczne zaobserwowane w danym momencie. Na mapach tych zaznacza się izobary, czyli linie łączące punkty o tym samym ciśnieniu atmosferycznym. Ich kształty informują o położeniu cyklonów (obszarów niskiego ciśnienia) oraz antycyklonów (obszarów wysokiego ciśnienia). Mapy synoptyczne zawierają również informacje na temat zimnych i ciepłych frontów, kierunku i prędkości wiatru, opadów oraz zachmurzenia.
Pomoc komputerów
Przed nadejściem ery komputerów meteorolodzy porównywali kolejne mapy synoptyczne i na ich podstawie opisywali zmiany warunków atmosferycznych i przewidywali możliwe ruchy mas powietrza w ciągu następnych 24, 36, bądź 48 godzin. Następnie wzbogacali je, opisując zjawiska najczęściej towarzyszące danym układom ciśnienia i w ten sposób powstawały mapy pogody.
Głównym problemem przy formułowaniu prognozy pogody był zawsze czas, ponieważ podstawowym wymogiem stawianym prognozom pogody jest ich aktualność. Właśnie dlatego komputery, które są w stanie wykonywać miliony operacji w ciągu sekundy, okazały się niezastąpione w przetwarzaniu wyników pomiarów otrzymywanych ze stacji meteorologicznych. Prędkość pracy urządzeń stale wzrasta. Komputer pracujący w obserwatorium w Bracknell, zdolny wykonać 400 milionów działań na sekundę, został w latach osiemdziesiątych zastąpiony przez nowoczesny model tysiące razy przewyższający jego wydajność. Współczesne komputery nie tylk0 przetwarzaja dane, lecz również samodzielnie sporządzają mapy pogody, przewidując zmiany ciśnienia oraz kierunku wiatru.
Duże komputery dzielą powierzchnię naszej planety na obszary o powierzchni 150km2, natomiast znajdująca się nad każdym z nich przestrzeńna 15 warstw, od powierzchni Ziemi ażdo stratosfery. Komputer przetwarza dane otrzymane w każdym z tych obszarów i formułuje prognozę pogody dla danego obszaru nawet ze 140-godzinnym wyprzedzeniem. W Europie oraz Ameryce Północnej analizuje sie obszary o znacznie mniejszej powierzchni, stąd prognozy bywają dokładniejsze.
Jest rzeczą niemożliwą, by jakakolwiek grupa specjalistów była w stanie sporządzić prognozę pogody lepiej niż komputer, ponieważ nikt nie jest w stanie dokonać równie wnikliwej analizy w tym samym czasie. W praktyce jednak, przy sporządzaniu prognozy pogody na następne dwadzieścia cztery godziny, nic nie zastąpi doświadczonego meteorologa.
Prognoza pogody na najbliższą dobę
Komputer przygotowujący 24-godzinną prognozę dla porannych wiadomości wykorzystuje dane sprzed sześciu godzin. W tym czasie meteorolodzy mogą dysponować świeższymi danymi, które wpłyną na pogodę w ciągu dnia. Na przykład okazuje się, że nadchodzący ciepły front przesuwa się wolniej niż przypuszczano, w związku z tym związany z nim deszcz spadnie później niż wskazywały wyniki wcześniejszych pomiarów.
Doświadczony meteorolog może również zinterpretować otrzymane wyniki w oparciu o swą znajomość lokalnych, charakterystycznych tylko dla danego obszaru, czynników pogodowych. Wydaje się więc jasne, że w przypadku prognoz dobowych najlepsze efekty daje współpraca wyszkolonych specjalistów z szybkim komputerem.
Pomyłki
Pomimo wspólnych wysiłków ludzi i maszyn, natura płata czasem figle i przynosi pogodę zupełnie odmienną od przewidywanej. W ciągu doby bowiem, tyle czynników atmosferycznych zmienia się, że śledzenie ich wykracza poza ludzkie możliwości. Wśród wielu danych przesyłanych ze stacji meteorologicznych na całym świecie, część jest niepełna lub zniekształcona. Niektóre stacje są z kolei tak rozproszone, że zarejestrowanie wszystkich zmian pogody za pomocą tradycyjnych środków jest po prostu niemożliwe.
16 października 1987 r., tuż po północy, południowo-wschodnią Anglię zupełnie niespodziewanie nawiedziła niezwykle gwałtowna burza. Wiatr, który osiągał w porywach prędkość 158 kilometrów na godzinę, wyrywał drzewa z korzeniami. W wyniku wichury zginęło 19 osób. Za
równo komputery, jak i meteorolodzy nie przewidzieli klęski żywiołowej aż na tak wielką skalę.
Co zawiodło? Teraz wiadomo, że podstawową przyczyną była niewystarczająca ilość danych otrzymywanych z rejonu, gdzie wiatr przybrał na sile, ponieważ znajdowało się tam zbyt mało statków. Ponadto samoloty zbierające dane nad Oceanem Atlantyckim nie zdążyły na czas wrócić do bazy i przekazać informacji, które można by wprowadzić do komputera. Późniejsze obliczenia prowadzone w oparciu o te same dane wzbogacone nie dostarczonymi na czas wynikami pomiarów, wykazały szybko nadciągającą burzę.
Pomijając takie, często brzemienne w skutki pomyłki, trzeba przyznać, że prognozy pogody są coraz dokładniejsze. Są one niezbędne w wielu dziedzinach życia, poczynając od imprez sportowych, a kończąc na lotnictwie cywilnym i wojskowym. W połowie lat dziewięćdziesiątych znaczna część dochodów obserwatoriów meteorologicznych pochodziła ze współpracy z lotnictwem cywilnym.
Klimaty kuli ziemskiej
Wybierając się na wakacje, każdy chce wiedzieć, jakie jest prawdopodobieństwo, ze w wybranym przez niego miejscu pogoda będzie słoneczna i ciepła. Innymi słowy interesuje go klimat, czyli przewidywane, w oparciu o wieloletnie obserwacje, warunki pogodowe.
Najważniejsze czynniki kształtujące klimat to temperatura oraz opady (deszcz, śnieg, deszcz ze śniegiem lub grad). Okresowe wahania temperatur oraz opadów także charakteryzują dany klimat. Na przykład klimat śródziemnomorski, który występuje nie tylko nad morzem śródziemnym, lecz także w niektórych regionach Kalifornii. Chile. RPA i Australii, cechują łagodne, deszczowe zimy oraz gorące, suche lata. Nie oznacza to jednak, że w lecie nie spadnie tam ani jedna kropla deszczu. Występującym na tych terenach silnym, letnim burzom towarzyszą gwałtowne ulewy. Generalnie jednak turyści mogą liczyć na piękną pogodę przez całe lato.
Szerokość geograficzna i rzeźba terenu
Szerokość geograficzna decyduje o tym. ile energii słonecznej dociera do danego miejsca. Generalnie wraz z oddalaniem się od równika w kierunku biegunów ilość tej energii, a wiec i ciepła, maleje.
W rejonie biegunów promienie słoneczne muszą przedrzeć się przez głębszą warstwę atmosfery ziemskiej niż w okolicy równika. W rezultacie, atmosfera absorbuje więcej promieniowania słonecznego. Ponadto, ta sama ilość promieni słonecznych pada na rozleglejszy obszar na biegunie niż na równiku.
Wzniesienie danego miejsca powyżej poziomu morza, także wpływa na jego średnie temperatury. Obliczono, że przeciętnie wraz ze wzniesieniem się o każde 1000 metrów temperatura spada o 7*C. W związku z tym. wysoko położone równiny i tereny górzyste strefy tropikalnej są o wiele chłodniejsze niż obszary nadmorskie o takiej samej szerokości geograficznej, a na szczytach pasm górskich panuje klimat polarny. Ukształtowanie powierzchni nie jest bez znaczenia dla rozmieszczenia opadów. Gdy wilgotny wiatr znad oceanu zatrzyma się na górach, tworzą się chmury, w rezultacie na szczyty i zbocza spada dużo deszczu. Jednak, jeśli wiatr ominie przeszkodę w postaci gór. powietrze opada, ogrzewa się i wchłania wilgoć. W związku z tym. pomimo że po jednej stronie gór, tej zwróconej do oceanu, jest on bardzo wilgotny, po drugiej opady są wyjątkowo skromne. Mówi się, że obszary te są „osłonięte od deszczu'".
Morze łagodzi klimat, który staje się coraz ostrzejszy w miarę oddalania się w głąb kontynentu. Bryzy morska i lądowa łagodzą różnice temperatur. Ląd nagrzewa się szybciej niż woda. W ciągu dnia, gdy temperatura na lądzie rośnie, chłodniejsze powietrze nawiewane jest od morza do lądu. W nocy zachodzi odwrotny proces. Woda ochładza się wolniej niż ląd, więc bryza wieje z lądu w kierunku morza.
Temperatura zależy też nierzadko od bliskości prądów oceanicznych. Ciepły Prąd Zatokowy (Golfsztrom) płynie od Zatoki Meksykańskiej, w poprzek Oceanu Atlantyckiego do wybrzeży północno-zachodniej Europy. Wiatry wiejące od Golfsztromu w stronę lądu. powodują, że klimat Europy północno-zachodniej jest o wiele cieplejszy niż klimat północno-wschodnich terenów Ameryki Północnej położonych na tej samej szerokości geograficznej. Prądy morskie mogą także obniżać temperaturę danego regionu. Na przykład Prąd Benguelski płynący wzdłuż wybrzeży południowo-zachodniej Afryki oraz Prąd Peruwiański (Prąd Humboldta) u zachodnich wybrzeży Ameryki Południowej znacznie ochładzają zwrotnikowy klimat sąsiadujących wybrzeży.
Obszary leżące w centrum kontynentów, z daleka od łagodzącego wpływu mórz i oceanów cechuje ostry klimat kontynentalny z o wiele gorętszym latem i mroźniejszą zimą niż obszary na tej samej szerokości geograficznej sąsiadujące z morzem.
Strefy klimatyczne
Wszelkie sposoby klasyfikacji klimatów oparte są na podziale dokonanym przez rosyjskiego meteorologa Władimira Kóppena (1846-1940). Kóppen podzielił świat na sześć głównych stref klimatycznych: A, B. C. D. E i H. A - klimat gorący i wilgotny: B - klimat suchy: C - klimat umiarkowany ciepły: D - klimat chłodny: E - klimat polarny: H - klimat górski.
Następnie dokonał dalszego podziału na podgrupy w oparciu o ogólną charakterystykę oraz okresowe wahania temperatury i opadów. Ustałając granice pomiędzy strefami klimatycznyn Kóppen wziął też pod uwagę procesy wegetacy ne i rodzaje gleb. Elementy te pomagają określi wpływ klimatu na dany teren i często są lepszyi wskaźnikiem niż dane statystyczne. W klasyfikć cji Kóppena grupa A zawiera klimaty z wysokin opadami przez cały rok, jak i te gdzie występuj pora deszczowa i pora sucha.
Klimaty gorące i wilgotne
Klimat z obfitymi opadami w ciągu całego rok stwarza dogodne warunki dla rozwoju bujnyc lasów tropikalnych. Mimo wielkich zniszczę dokonanych przez leśników i rolników, wielki obszary takich lasów występują w dorzecz Amazonki w Ameryce Południowej, w dorzecz rzeki Zair na południu Afryki oraz na rozległyc obszarach południowo-wschodniej Azji.
Obszary te cechuje bardzo wysoka temperatura (25-27°C) utrzymująca się przez cały rok roczne opady dochodzące nawet do 1800 2500 mm, duża wilgotność powietrza oraz inten sywne nasłonecznienie. W południe promieni słoneczne padają prawie pod kątem prostyn a długość dnia zmienia się w ciągu roku bardzi nieznacznie. Parny, gorący klimat jest idealny dl rozwoju tropikalnej dżungli.
Klimat monsunowy, w którym większość rocznych opadów przypada na jeden okres, wy stępuje w południowo-wschodniej Azji ora w północnej Australii. Obszary te znane są z dużych rocznych zmian pogody. W Indiach, na przykład, zimy są suche, wiatry wieją z północnego wschodu, z głębi kontynentu. Na wiosnę ziemia bardzo się nagrzewa, jest bardzo sucho, w powietrzu unosi się mnóstwo pyłu. Gorące masy powietrza unoszą się w górę tworząc układy niżowe, w kierunku których wieją wilgotne wiatry z południowego zachodu. Wiatry te przynoszą obfite deszcze, dzięki którym rozwija się bujne życie w lasach monsunowych.
Tereny z suchymi zimami leżące w pobliżu lasów tropikalnych, to dogodne miejsce dla traw i pojedynczych drzew czyli dla tak zwanej sawanny, która występuje na zwrotnikowych obszarach Afryki i Południowej Ameryki.
Klimaty suche
W Afryce sawanna staje się coraz bardziej wysuszona w miarę przesuwania się na północ i południe od równika. Bujne trawy stopniowo zmieniają się w suche krzewy i karłowate drzewa. Słabe warunki do wegetacji oraz długotrwałe susze zamieniły sawannę w rejonie Sahelu w północnej Afryce, w tereny pustynne i półpustynne. W strefie klimatów gorących znajdują się największe pustynie świata - Sahara. Namib i Kalahari w Afryce. Roczne opady na pustyni nie przekraczają 25 mm. Ziemia na pustyniach jest w większości wypalona i jałowa, a opady sporadyczne. Długie lata suszy mogą zostać przerwane gwałtownymi ulewami, które zalewają pustynie. Temperatury na pustyniach różnią się, jednak przeważnie są wysokie i charakteryzują się znacznymi wahaniami dobowymi.
Podobny klimat odpowiedzialny jest także za powstanie prerii w Ameryce Północnej oraz stepów w Europie. Azji i południowej Afryce. Te porośnięte trawą tereny są o wiele suchsze niż zwrotnikowa sawanna, a zimy są tam zimne i śnieżne. Na obszarach tych wyraźnie zaznaczyła się obecność człowieka, który wykorzystuje je do celów rolniczych.
Ciepły klimat umiarkowany
Strefa klimatu umiarkowanego jest bardzo zróżnicowana. Obejmuje regiony, które cechują gorące i suche lata (klimat śródziemnomorski), ciepłe i parne lata w rejonach podzwrotnikowych, np. w południowo-wschodnich obszarach Chin i Stanów Zjednoczonych, na stepach Ameryki Południowej, a także tereny nadmorskie z chłodnymi latami, na przykład w środkowo-zachodniej Europie. Nad Morzem Śródziemnym średnia miesięczna temperatura miesięcy letnich rzadko przekracza 27°C. Zimy są chłodniejsze. W najzimniejszych miesiącach temperatura spada poniżej 10°C. Roczne opady są niskie, pomiędzy 350 a 900 mm. Najwięcej deszczu spada w zimie. Drzewa rosną samotnie, w skarłowaciałych formach tworzą zarośla. Letnią suszę najlepiej znoszą gaje oliwne.
Parne obszary podzwrotnikowe cechuje temperatura przybliżona do regionu śródziemnomorskiego. Jednak roczne opady są wyższe w wyniku oddziaływania powietrza zwrotnikowego. Duża wilgotność powietrza sprawia, że letnie dni stają się nieznośnie parne. Zimy są przeważnie łagodne, od czasu do czasu występują niewielkie przymrozki. Wyjątek stanowią wschodnie Chiny, gdzie wiatry kontynentalne wywołują silny mróz.
Klimat chłodny
Chłodny klimat umiarkowany występuje na terenach nadmorskich, średnich szerokości geograficznych, np. w zachodniej Europie, na Wyspach Brytyjskich, na zachodnim wybrzeżu Kanady, w południowym Chile i w Nowej Zelandii.
Średnia temperatura najcieplejszego miesiąca waha się od 15 do 20°C i spada w miarę oddalania się od wybrzeża, gdzie łagodzący wpływ morza jest coraz mniej odczuwalny. W zimie temperatury są nadspodziewanie wysokie w porównaniu z terenami położonymi na tej samej szerokości geograficznej, ale daleko od morza. Miesięczne temperatury w zimie nie spadają poniżej zera. Zdarza się jednak, że masy zimnego kontynentalnego lub polarnego powietrza wywołują kilkutygodniowe opady śniegu. Średnia ilość opadów jest bardzo różna; położone na wybrzeżu góry cechuje klimat bardzo wilgotny, niziny zaś potrafią być dość suche.
Obszary chłodnego klimatu umiarkowanego pokrywały niegdyś gęste lasy liściaste. Większość z nich została wycięta, a na ich miejscu powstały gęsto zaludnione miasta.
Zimny klimat umiarkowany panuje w zachodniej Rosji, gdzie lata są ciepłe, a zimy mroźne. Syberia i większa część północnej Kanady znajduje się pod wpływem klimatu podbiegunowego z krótkim, chłodnym latem i bardzo mroźną zimą. W ciągu roku jest tylko 150 dni, kiedy temperatura rośnie powyżej zera. Tereny t@ pokrywają nieprzebyte lasy iglaste, zwane tajgą. Rosną tam drzewa, które są w stanie przetrwać długie, mroźne zimy, np. sosna, świerk, jodła i modrzew. Z wyjątkiem modrzewi, drzewa iglaste są wiecznie zielone i zaczynają rosnąć w chwili nadejścia odwilży. Na podobnych szerokościach geograficznych półkuli południowej nie ma stałego lądu. a co za tym idzie - tajgi.
Klimat polarny
Na północ od rozległych obszarów lasu iglastego półkuli północnej rozciąga się bezleśna tundra. Średnia temperatura w zimie wynosi około -5°C, podczas krótkiego lata wzrasta zaledwie do 5°C. Opady, w przeważającej części śniegu, są niskie -350 mm rocznie.
Latem, gdy topnieją śniegi, podmokła tundra jest dobrym lęgowiskiem dla licznych insektów.
Z tego powodu zlatuje się tu wiele gatunków ptaków wędrownych. W tundrze pożywienie znajdują też inne, przybyłe z dalekich stron, zwierzęta, na przykład renifer amerykański, zwany przez Eskimosów karibu.
Najzimniejszym regionem kuli ziemskiej są okolice obu biegunów. Latem temperatury nie przekraczają tam 5°C. natomiast w zimie średnia temperatura może spaść nawet poniżej -5°C. Mroźne powietrze jest z natury suche, więc opady nie mogą być wysokie. Jednak podczas porywistych burz śnieżnych, silny wiatr niesie płatki śniegu z prędkością przekraczającą czasem 160 kilometrów na godzinę.
W wysokich górach występuje wiele stref klimatycznych związanych z wysokością. Podczas wspinania się na wysoką górę w okolicy równika, można na swej drodze spotkać takie strefy klimatyczne jak w trakcie podróży z równika na biegun - od wilgotnego klimatu zwrotnikowego u podnóża, poprzez surową tundrę do wiecznych śniegów zalegających na szczycie.
Zmiany klimatu
Anomalia pogodowe, z którymi ludzie borykają się mniej więcej od dwudziestu lat nasuwają przypuszczenie, ze Ziemię czeka globalna zmiana klimatu pociągająca za sobą katastrofalne skutki. Nie byłoby to pierwsze w historii naszej planety załamanie warunków atmosferycznych na wielką skalę.
Badania minerałów oraz skamielin stały się bogatym źródłem informacji na temat klimatu jaki panował na Ziemi w dawnych wiekach. Odnaleziony na Antarktydzie węgiel, na przykład, jest dowodem na to. że na tych skutych dzisiaj lodem terenach panowały znacznie wyższe temperatury. Węgiel powstaje bowiem ze szczątków roślin, które rosły w warunkach tropikalnych. Wyniki innych badań dowodzą z kolei, że około 300 milionów lat temu olbrzymie tereny południowo-wschodnich regionów Ameryki Południowej oraz Afryki, a także Indie i część Australii pokryte były lodem.
Skamieniałości dostarczyły dowodów potwierdzających teorię dryfu kontynentalnego, a co za tym idzie zmiany klimatu na „wędrujących" terenach. Naukowcy twierdzą, że klimat na obszarze, który zmienia swe położenie geograficzne nie może być zawsze taki sam.
Z drugiej strony, jednak, powolna „wędrówka kontynentów" nie wyjaśnia przyczyn ostatniej epoki lodowej, która rozpoczęła się 1,8 miliona lat temu, gdy kontynenty znajdowały się mniej więcej w tym samym położeniu co obecnie. Nie wiadomo również, dlaczego w ciągu ostatnich dziesięciu tysięcy lat, czyli od momentu wycofania się lodolodu na północ, klimat na kuli ziemskiej jest wciąż niestabilny.
Niemożliwe, aby to dryf kontynentalny był powodem anomalii pogodowych zaobserwowanych na kuli ziemskiej w latach 70. i 80. naszego stulecia. Europę nawiedziły przeciągające się susze, fale niespotykanych na tym terenie upałów, mrozów, lub huraganów. W październiku 1987 roku, na przykład, tereny na południu Anglii zostały zdewastowane przez szalejący sztorm.
Gdy cofnęły się lody
W trakcie ostatniej epoki lodowej na półkuli północnej warunki klimatyczne nie były jednolite przez cały okres zlodowacenia. Okresy zwane gla-cjałami, kiedy to temperatura powietrza obniżała się, a lodowce przesuwały się daleko na południe, przeplatały się z okresami cieplejszymi zwanymi interglacjałami, w czasie których lodowce topiły się i wycofywały na północ.
Uważa się, że ostatnia epoka lodowa zakończyła się około dziesięciu tysięcy lat temu. Badania pni oraz pyłków różnych drzew wskazują na to, iż początkowo klimat bardzo się ocieplił, a woda z topniejących lodowców spłynęła do mórz i oceanów. Poziom morza podniósł się wtedy tak znacznie, że wiele obszarów lądu zostało na zawsze zalane. Uważa się, że jeszcze
siedem i pół tysiąca lat temu dzisiejsza wyspa, na której leży Wielka Brytania, miała lądowe połączenie z kontynentem europejskim.
Około 7000 lat temu w Europie panował klimat cieplejszy niż obecnie - w lecie średnie temperatury były wyższe o 2-3°C, natomiast w zimie o około 1°C. W rezultacie granica wiecznego śniegu w Europie znajdowała się mniej więcej 300 m wyżej niż dzisiaj. Około 5000 lat temu wraz z masami suchego powietrza przyszło ochłodzenie. Choć trudno w to uwierzyć, tereny dzisiejszej Sahary porośnięte były trawą, a żyjące tam zwierzęta znajdowały wodę w rzekach i jeziorach.
Ciągłe zmiany
Kolejna zmiana nastąpiła około 3000 lat temu. Nastały czasy równie chłodne, lecz bardziej wilrocznie na dany obszar. Strefy klimatyczne przesuwały się nieznacznie na północ lub na południe, co nie pozostało bez wpływu na życie na Ziemi. Na przykład, niewielkie
przemieszczenie się podzwrotnikowych stref wysokiego ciśnienia pociągnęło za sobą serię susz na obszarze Sahelu. To z kolei spowodowało, że w państwach afrykańskich leżących w okolicach równika nastąpił wzrost opadów. Poziom wody w Jeziorze Wiktorii podniósł się do tego stopnia, że okolicznym osadom ludzkim zaczęły zagrażać powodzie.
W obliczu poważnego ochłodzenia klimatu w połowie lat 70. naszego stulecia, naukowcy zaczęli się poważnie zastanawiać, czy nie zbliża się kolejna epoka lodowa. Sugerowano też, że ostatnie zlodowacenie wcale się nie skończyło, a ostatnie 10 tysięcy lat to tylko interglacjał czyli okres chwilowego ocieplenia klimatu, po którym nastąpi okres chłodniejszy czyli glacjał.
Jednak jeszcze w latach 70. i potem w latach 80., stacje meteorologiczne zanotowały wzrost średnich temperatur i stało się jasne, że ostatnie ochłodzenia należy traktować jako zjawiska okresowe, natomiast generalnie temperatury mają raczej tendencję wzrostową.
latach 80. średnie temperatur}7 podniosły się o około 0,5°C. Natomiast gorące lata, łagodne zimy, wczesne wiosny, przeciągające się susze oraz gwałtowne burze świadczyły o tym, że klimat na kuli ziemskiej staje się coraz cieplejszy.
Wiele osób przypisuje nietypowe zjawiska atmosferyczne zanieczyszczeniu środowiska naturalnego Ziemi. Zdaniem naukowców, nasza planeta „podgrzewa się" sama. i co więcej proces ten nie zakończy się w najbliższej przyszłości. Należy więc przypuszczać, że zamiast na falę mrozów ludzkość powinna szykować się na długotrwałą serię upałów i susz.
Pyły wulkaniczne
Wyjaśnienie anomalii pogodowych nastręcza wielu kłopotów. Powstało w iele teorii próbujących wyjaśnić zmiany klimatu na kuli ziemskiej. Jedno jest pewne, nie sposób przypisać wszystkich kaprysów pogody jednemu tylko zjawisku.
Wędrówka kontynentów nie może mieć wpływu na „krótkotrwałe" zmiany pogody. Ruchom olbrzymich mas lądu tow arzyszą jednak zjawiska, np. erupcje wulkanów . które bezpośrednio prowadzą do nietypowych na danym obszarze zjawisk atmosferycznych. W wyniku gigantycznego wybuchuwulkanu Krakatau w 1883 r., do atmosfery otaczającej kulę ziemską przedostały się olbrzymie ilości pyłów, które zablokowały dostęp części promieni słonecznych do powierzchni Ziemi.
Meksykański wulkan El Chichon w 1982 roku wyrzucił w pow ietrze około 16 milionów ton pyłów. Temperatura w pobliżu chmury, którą utworzyły okazała się być nienaturalnie wysoka, podczas gdy na ziemi zanotowano pewne ochłodzenie. Trudno jednak określić dokładnie ile ciepła pochłonęła unosząca się w atmosferze chmura pyłów. Wzmożonej aktywności wulkanów zawsze towarzyszy ochłodzenie klimatu. Przypuszcza się, że mała epoka lodowa została częściowo spowodowana przez liczne wybuchy wulkanów zanotowane w latach 1750 - 1900.
Inne teorie odwołują się do położenia samego Słońca, które poprzez ilość energii dostarczanej na Ziemię determinuje ruch powietrza wokół planety i bezpośrednio wpływa na klimat. Niektórzy naukowcy przypisują anomalia pogodowe zmianom ilości energii promieniowania wysyłanego przez Słońce w kierunku Ziemi. Ilość ta wpływa na temperaturę panującą na powierzchni naszej planety.
Nachylenie osi Ziemi
Nie bez znaczenia dla klimatu jest też ruch Ziemi wokół Słońca. Nachylenie osi Ziemi wynosi około 23°, wiadomo jednak, że nie jest to kąt stały. Gdy się powiększa, wzrastają również różnice między latem a zimą. Ostatnie badania wykazały, że zmiany nachylenia osi ziemskiej w połączeniu ze zmianami kształtu orbity Ziemi wokół Słońca mogą powodować długotrwałe, znaczące zmiany w klimacie naszej planety.
Począwszy od końca osiemnastego wieku, kiedy rozpoczęła się rewolucja przemysłowa, również człowiek wpływa na zjawiska atmosferyczne na kuli ziemskiej.
Efekt cieplarniany
Efekt cieplarniany to zjawisko spowodowane nadmierną zawartością w atmosferze dwutlenku węgla, który działa na podobnej zasadzie, co szklane ściany w cieplarniach - wpuszcza do środka promieniowanie cieplne Słońca, z powrotem wypuszcza tylko jego część.
Opisane zjawisko jest w pewnym sensie naturalne dla naszej planety i zawsze pomagało utrzymać w atmosferze pewną równowagę. Jednak w obliczu coraz większej ilości dwutlenku węgla przedostającego się do atmosfery, temperatura na Ziemi może niebezpiecznie wzrastać.
Przed rokiem 1850, jego koncentracja w atmosferze wynosiła około 280 cząsteczek na milion. W 1989 roku, liczba ta wzrosła do 345, prognozy alarmują, że w połowie dwudziestego pierwszego wieku można się spodziewać od 400 do 600 cząsteczek na milion. Dwutlenek węgla jest produktem spalania drewna oraz paliw pochodzenia organicznego - węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego. Ponadto wycinanie olbrzymich połaci lasu znacznie zmniejsza ilość roślin, które absorbują szkodliwy gaz z atmosfery.
Co dalej?
Co się stanie, jeśli ilość dwutlenku węgla w atmosferze będzie nadal rosnąć? Niektóre obliczenia wskazują na to, że przy dwukrotnym wzroście jego zawartości w powietrzu, średnia temperatura podniesie się o około 6°C. Taka zmiana będzie miała kolosalny wpływ na życie na Ziemi.
Wprawdzie szacuje się, że dwutlenek węgla w dwóch trzecich odpowiada za wzrost temperatury na kuli ziemskiej w dwudziestym wieku, nie można jednak pominąć wpływu innych substancji chemicznych. Na przykład metan - produkt uboczny wielu procesów technologicznych w przemyśle - zatrzymuje ciepło dwadzieścia pięć razy efektywniej niż dwutlenek węgla i zdaniem naukowców w około 15% odpowiada za ocieplenie klimatu. Za pozostałe 8% odpowiedzialne są chlorofluorowęgle - gazy syntetyczne w skrócie zwane CFC.
Gazy CFC
Grupa gazów CFC używana jest do produkcji lodówek, aerozoli, pianek izolacyjnych oraz rozpuszczalników chemicznych. Występują w atmosferze w bardzo niewielkich ilościach, jednak ich działanie można łatwo zaobserwować, ponieważ zatrzymują promieniowanie słoneczne dwa i pół tysiąca razy efektywniej niż dwutlenek węgla.
Chlorofluorowęgle są odpowiedzialne za poważne uszkodzenie warstwy ozonowej Ziemi, którą tworzą gazy znajdujące się od 15 do 35 kilometrów od jej powierzchni. Delikatna warstwa
ozonowa chroni kulę ziemską przed groźnym ultrafioletowym promieniowaniem słonecznym.
Na początku lat 80. naukowcy zlokalizowali dziurę ozonową nad Antarktydą, natomiast parę lat później nieco mniejszą nad Oceanem Arktycznym. Zniszczenie warstwy ozonowej nie tylko prowadzi do ocieplenia klimatu, lecz również wystawia bezbronne formy życia na Ziemi na niebezpieczne działanie promieni ultrafioletowych.
Przyszłość
Wydaje się. że wzrost średniej temperatury na Ziemi o 0.5:C w ciągu stu lat. to niewiele, trzeba jednak pamiętać, że widoczne efekty ocieplenia został} złagodzone przez inne czynniki, na przykład pył pochodzący z erupcji wulkanicznych czy pustyń powstałych na terenach zdewastowanych przez rabunkową działalność człowieka może nie dopuszczać części promieniowania słonecznego do powierzchni Ziemi.
Wszelkie spekulacje na temat przyszłych zmian klimatu na Ziemi są mało wiarygodne. Większość specjalistów zgadza się jednak, że istnieją dostateczne dowody wskazujące na ocieplanie klimatu Ziemi i alarmuje, że jeżeli proces ten nie zostanie powstrzymany, skutki, szczególnie dla istot żywych, mogą być katastrofalne.
