Тарасов Л.В. - Ветры и грозы в атмосфере Земли, страница 10

Совместным действием всех перечисленных факторов объясняется также образование таких феноменов, как, например, каменная арка в Долине камней Лойп Пайн в Алабаме (рис. 1.19, а) или скала «Верблюд» в пустыне в штате НьюМексико в США (рис. 1.19, б). Рис. 1.19 54 Глава Л циркулвииа ваздушимк масс в атмас4ере Загадка калифорнийской Долины Смерти Взглянем на фотографию на рис. 1.20. Здесь на снимке, сделанном в Долине Смерти в Калифорнии, можно видеть несколько довольно крупных камней и оставленные ими на потрескавшейся глинистой поверхности длинные борозды, которые указывают на то, что эти камни передвигались.

Правда, пока еше никому не удавалось застать и заснять на пленку сам процесс движения камней. Но отчетливые борозды определенно говорят о том, что это движение происходило. Что же заставляет передвигаться камни на дне калифорнийской Долины Смерти? Рис. 1.ай Хотя исчерпывающего ответа на этот вопрос пока не найдено, однако наблюдения, проводившиеся в Долине Смерти в течение последних тридцати лет, проливают все же некоторый свет на загадочное движение камней.

Ученые указывают на два фактора. Во-первых, сухое глинистое дно долины после бурных дождей намокает и становится весьма скользким. Во-вторых, ветер в долине ведет себя сложным образом, формируя отдельные довольно мощные воздушные потоки, которые могут сталкиваться и закручиваться в минисмерчи. Вот эти-то воздушные потоки и являются той силой, которая заставляет двигаться по скользкой поверхности камни массой до 300 кг и даже больше. Получается, что движение камней в Долине Смерти есть не что иное, как своеобразное проявление дефляции.

ДЗ. Эагииые геологические ииицеггы бб Формы эоловой аккумуляции Огромные массы песка, образовавшегося вследствие ветровой эрозии горных пород, накапливаются (аккумулируются) в песчаных пустынях. Ветер непрерывно перемещает эти массы, формируя рельеф, свойственный только песчаным пустыням. Наиболее характерной формой рельефа являются барханы — своеобразные «волны пустыни». Эти песчаные холмы, достигающие высоты 40 м и более, возникают под действием ветра и благодаря ему же движутся по пустыне. Движение бархана происходит вследствие того, что песок переносится ветром вверх по пологому наветренному склону и осыпается с гребня подветренного склона.

Скорость движения бархана невелика — в среднем около 1О м/год. Бархан имеет в плане форму полумесяца, рога которого обращены по направлению ветра; он схематически показан на рис. 1.21. Наветренный склон бархана выпуклый и достаточно пологий; его крутизна составляет примерно 1О'. Подветренный склон вогнутый и более крутой; его крутизна 30 — 35'. Заметим, что такую же крутизну имеет конус, образующийся, когда сухой песок сыплют на горизонтальную плоскость. Эту крутизну называют углом естественного оглкоса сухого песка. Рис.

1.21 Для образования барханов нужны крупнозернистый песок, ветер средней силы (не слабый, но и не слишком сильный) и ровная глинистая или каменистая поверхность. При сильном ветре песчинки будут прыгать над поверхностью пустыни, тогда как при среднем ветре песок будет как бы перетекать с одного места на другое в виде 56 Глава Л ГГаряуляяия возоушвьп масс в атмос4мре широких струй. Тогда-то и образуются барханы. Достигая гребня бархана, песок падает (скатывается) с него на подветренный склон. Недаром крутизна этого склона соответствует углу естественного откоса сухого песка. При перемещении барханов песчинки поднимаются над поверхностью песка не более чем на 5 — 1О см.

На поверхности наветренных склонов барханов нередко образуется мелкая рябь, напоминаюшая рябь, которая возникает на спокойной воде от порывов ветра. Барханы могут группироваться в цепи длиной до десятка километров, располагаюшиеся перпендикулярно к направлению ветра. Наряду с барханами в песчаных пустынях формируются грядообразные вали — длинные симметричные песчаные валы с пологими склонами, вытянутые по направлению ветра. Длина таких валов измеряется километрами, а высота достигает 200 м. Валы отстоят друг от друга на 100 — 200 м.

В пространстве между валами песок не задерживается, проносится вдоль вала. Поверхность валов может быть осложнена цепочками располагающихся друг за другом барханов. На морских побережьях, в долинах и дельтах крупных рек ветер может сформировать песчаные дюны. Дюны образуются в тех местах, где воздушный поток встречает на своем пути препятствие, например, большой валун или кустарник.

Накопление песка начинается на подветренной стороне преграды. Дюна, подобно бархану, может иметь форму полумесяца; однако, в отличие от бархана, «рога» дюны обращены просияв ветра, пологий наветренный склон не выпуклый, как у бархана, а вогнутый, зато крутой подветренный склон выпуклый. Отличие дюны от бархана объясняется тем, что бархан образуется в отсутствие препятствия (и накопление песка начинается на наветренной стороне склона), тогда как дюна образуется при наличии какого-нибудь препятствия (и накопление песка начинается на подветренной стороне склона). Но в обоих случаях наветренный склон пологий, а подветренный крутой. В обоих случаях ветер пересыпает песок с одного склона на другой. Он может «гонять» дюны по пляжу, пока их не закрепит растительность.

Во всех районах, где есть дюнный рельеф, наблюдается множество впадин неправильной формы. Некоторые из них созданы вихревыми потоками воздуха, другие возникли просто из-за неравномерного отложения песка. дЗ. Эопооые геологические процессы 57 Лессы — продуктэоловой аккумуляции Многие исследователи считают, что в результате отложения мелких, похожих на пыль частиц, которые приносятся ветром, образовались толщи своеобразной породы, называемой лессом (от немецкого (озг, означающего рыхлый). Это неслоистая, однородная, тонкозернистая осадочная порода светло-желтого или палевого цвета (размеры частиц от 0,01 до 0,05 мм); характеризуется высокой пористостью (поры занимают до 50% объема породы).

Лессы залегают в виде покровов толщиной от нескольких метров до 100 — 200 м; распространены в основном в степных и полупустынных районах умеренного пояса Евразии, Северной и Южной Америки. Рнс. 1.22 Когда лессовую породу изучают под микроскопом, то бросается в глаза угловатая форма лессовых пылинок. Благодаря такой форме они скрепляются друг с другом, зацепляясь неровными краями. А ведь порода не содержит какого-либо цементирующего вещества, здесь только мельчайшие частицы, самые крупные из которых состоят обычно из кварца и полевого шпата. В лессовых породах образуются обрывы высотой в десятки метров.

На рис. 1.22 можно видеть большой лессовый обрыв на берегу великой китайской реки Хуанхэ, называемой также Желтая Река из-за цвета воды, богатой илом, который вымывается из лессовых почв. 58 Глава д циркуляция воадушныс масс в атмосфере Способ образования лессов давно и горячо обсуждается учеными. Большинство полагает, что лессовые равнины и склоны формировались в прохладном сухом климате и главную роль играла ветровая эрозия. Именно ветер переносил и откладывал огромные массы мельчайших частиц.

Широкое использование лессовых пород в строительных целях во многом объясняет, почему оказались столь катастрофичными землетрясения в Китае в 1920, !927, 1932, 1976, 2008 гг. Они вызывали огромные обрушения лессовых пород, похоронившие многие тысячи людей.

Известна поговорка о непрочности дома, построенного на песке. Но значительно более непрочен дом, построенный на лессе. Ему угрожает не только землетрясение, но даже обычный ливень. Ведь лесе очень пористый, так что стоит ему намокнуть, и он оседает, в нем образуются провалы. 1.4. ОБЩАЯ ЦИРКУЛЯЦИЯ АТМОСФЕРЫ В огромном разнообразии и кажушейся хаотичности воздушных потоков, формирующих беспокойную тропосферу Земли, просматриваются постоянные потоки воздушных масс, имеющие глобальный характер.

Они определяют общую циркуляцию атмосферы и обусловлены двумя причинами: во-первых, зависимостью среднегодовой температуры атмосферного воздуха вблизи поверхности от географической широты и, во-вторых, вращением Земли вокруг собственной оси. Общая циркуляция атмосферы на невращающейся планете Немного пофантазируем: представим себе, что нет врашения Земли вокруг своей оси. Имеется только один фактор — широтная зависимость температуры нижних слоев атмосферы.

В этом случае обшая картина воздушных потоков в атмосфере должна была бы выглядеть относительно просто. Понятно, что в экваториальной области воздух будет прогреваться наиболее сильно. Значит, здесь плотность приповерхностных его слоев должна быть относительно низкой (по сравнению с более высокими широтами). Теплый эк- 7.4. Общая циркуляция атмосферы 59 ваториальный воздух будет за счет конвекции подниматься вверх— к верхней границе тропосферы и там он начнет растекаться частью к одному географическому полюсу, а частью — к другому. Холодный воздух в приполярных областях будет опускаться вниз — к земной поверхности.

Итак, в районе экватора воздушные массы поднимаются вверх, а в районе полюсов они опускаются вниз. Поэтому атмосферное давление у поверхности вблизи экватора оказывается меньше давления вблизи полюсов. Эта разница давлений должна порождать постоянные приповерхностные ветры, дующие вдоль меридианов от полюсов к экватору. В результате должна была бы возникнуть следующая общая циркуляция атмосферы: у земной поверхности — вдоль меридианов от полюса к экватору, на экваторе — подьем вверх, в верхнеи тропосфере — вдоль меридианов от экватора к полюсу, на полюсе опускание вниз.

Первоначальная Рис. 1.23 Такая циркуляция атмосферы показана на рис. 1.23, а. Ее называют нчейкой Хэдли — в честь английского астронома Дэкона Хэдли (его фамилию раньше по-русски произносили иначе — Гадлей). Хэдли в 1735 г. выдвинул предположение о существовании подобной цирку- 60 Глава 6 Циркуляция воздушных масс в атмосфере ляции атмосферного воздуха для объяснения происхождения пассатов. На рис. 1.23, а буквами Н и В обозначены области пониженного и повышенного давления соответственно, а высота тропосферы изображена не в масштабе: здесь она всего лишь в несколько раз меньше радиуса Земли, тогда как в действительности составляет менее одного процента земного радиуса. Следует помнить, что все рассматриваемые здесь движения воздушных масс совершаются в пределах относительно тонкого слоя атмосферы, прилегающего к поверхности земного шара. На рис. 1.23, б показаны линии тока для глобальных ветров в верхней тропосфере в предположении, что циркуляция атмосферы происходит по Хэдли.

Направления глобальных ветров вблизи поверхности Земли представлены линиями тока на рис. 1.23, в. Хэдли сделал правильный вывод о том, что вблизи экватора воздух должен подниматься вверх, а вблизи полюсов опускаться к земной поверхности. Именно интенсивный подъем воздушных масс в экваториальном поясе приводит к тому, что высота тропосферы на экваторе примерно в два раза больше, чем на полюсах.