Происхождение. Как Земля создала нас - Льюис Дартнелл

Основные циркуляционные течения в атмосфере Земли, создающие чередующиеся полосы преобладающих ветров

Изображение нарисовано по эскизу автора Мэтью Броутоном на основании данных из Lutgens (2000) (Figure 7.5), Wells (2012) (Figure 6.13).

Далеко за тридцатой параллелью, куда спускаются массы воздуха из ячеек Хэдли, примерно на 60° к северу и к югу, воздух на поверхности, конечно, прохладнее, чем на экваторе, однако все равно достаточно теплый, чтобы подняться в атмосферу и запустить аналогичную петлю конвекции. Точно так же, как и в случае ячеек Хэдли, ветры на поверхности в нижней части петли дуют обратно к экватору и слегка отклоняются вправо под воздействием эффекта Кориолиса, что создает полосу полярных восточных ветров.

Третья, и последняя, пара крупных циркуляционных течений в атмосфере Земли – две ячейки Ферреля в средних широтах, между 30° и 60°. Однако система Ферреля, в отличие от первых двух, пассивна: она движется не из-за подъема собственного теплого воздуха, а из-за вращения ячеек Хэдли и полярных, между которыми лежит. Примерно как шестеренка, которая не подсоединена ни к какому двигателю, но вращается за счет двух других. Там, где смыкаются нисходящие потоки ячеек Ферреля и Хэдли – примерно на 30° к северу и к югу, – формируются два субтропических пояса высокого давления, так называемые «конские широты». Для этих областей тоже характерны несильные переменчивые ветры или штили, поэтому мореходы также научились их обходить.

Поскольку ячейка Ферреля с обеих сторон движется за счет ячеек Хэдли и полярных ячеек, она вращается в противоположную сторону. И для эпохи великих мореплавателей это оказалось крайне важным. Поверхностные ветры ячейки Ферреля дуют не к экватору, а к полюсам, поэтому эффект Кориолиса отклоняет их в противоположном направлении. Это зона западных ветров. Таким образом, ветер дует на запад в двух разных полосах широт – это пассаты ячейки Хэдли и полярные восточные ветры, – но если хочешь проплыть на восток, это можно сделать только в полосах между двух ячеек Ферреля за счет западных ветров, которые в них создаются. Именно таков маршрут обратно в Европу из Центральной и Северной Америки, которым первым прошел Колумб, когда понял, что ему нужно двинуться на север в эту зону, чтобы вернуться домой.

Такую же важную роль сыграла зона западных ветров в Южном полушарии. Как мы уже отмечали, из-за нынешнего распределения континентов в результате тектоники плит основная часть суши сосредоточилась в Северном полушарии, где путь ветрам преграждают высокие горы. А в Южном полушарии преобладает, напротив, открытый океан, где ветрам ничего не мешает. В частности, ниже 40° западные ветры могут обогнуть земной шар практически беспрепятственно – там нет ничего, кроме оконечности Южной Америки и двух островов Новой Зеландии. Поэтому западные ветры в Южном полушарии в целом значительно сильнее своих северных собратьев, и моряки назвали эту зону «ревущие сороковые». А если корабли отваживались зайти еще дальше к югу, невзирая на бешеные ветры и волны, морозы и опасные айсберги, к их услугам оказывались еще более сильные «неистовые пятидесятые» и «пронзительные шестидесятые».

Этот рисунок из чередующихся полос ветров между экватором и полюсами движет и океанскими течениями, которые также имели колоссальное значение при объединении нашего мира в большие торговые сети. Соседствующие зоны восточных пассатов и западного ветра сдувают воду на поверхности в противоположные стороны. В сочетании с тем, что континенты мешают воде просто течь вокруг света, а водные массы при движении на север или на юг подвержены эффекту Кориолиса, это создает мощную систему крупных замкнутых морских течений. Таких течений пять: в Северном и Южном Атлантическом океане, в Северном и Южном Тихом океане и в Индийском океане. Они вращаются по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой в Южном и, подобно направлению поясов ветров, зеркально симметричны относительно экватора.

Канарское течение вдоль побережья Северной Африки было хорошо известно еще финикийским, а затем иберийским мореплавателям, как мы уже знаем. Это восточная часть крупного океанского течения, циркулирующего в Северном Атлантическом океане, а его западная часть – это Гольфстрим, несущий теплые воды Карибского бассейна в Северную Европу. Гольфстрим открыли в 1513 году, когда испанские мореходы, плывшие вдоль побережья Флориды, обнаружили, что их толкает назад, несмотря на сильный попутный ветер (вода значительно плотнее воздуха, поэтому даже самое слабое океанское течение влияет на парусник гораздо сильнее ветра). Были немедленно сделаны коммерческие выводы: тяжелогруженым галеонам достаточно было попасть в эту широкую стремительную реку в океане, чтобы их отнесло на север, а потом они могли вернуться домой с западными ветрами[554]. Зеркальное отражение Гольфстрима – Бразильское течение, которое идет вдоль восточного побережья Южной Америки и несет корабли в зону западных ветров, на которых можно обогнуть Африку и попасть в Индийский океан[555].

Итак, в целом в каждом полушарии атмосфера, окружающая планету, делится на три огромные ячейки циркуляции – как будто наша Земля обернута толстыми трубами, каждая из которых вращается на месте и со сменой времен года еще и смещается на север или на юг. Эти ячейки создают крупные зоны преобладающих ветров – восточные пассаты, западные ветры и восточные полярные ветры, которые, в свою очередь, запускают замкнутые океанские течения. Поэтому практически весь рисунок ветров на Земле можно объяснить тремя простыми фактами: на экваторе жарче, чем на полюсах, теплый воздух поднимается, а планета вращается.

Все это создает опоясывающие Землю полосы постоянных ветров. Однако в одном регионе планеты сложилась уникальная система ветров, позволившая создать оживленную сеть морской торговли задолго до того, как туда пришли европейцы.

Когда слышишь слово «муссон», на ум приходят зеленые индийские пейзажи и бесконечные ливни, хлещущие по листьям тяжелыми струями. Это слово происходит от арабского «мавсим» – «время года»[556], – и именно муссоны, безусловно, определяют смену сухих и дождливых сезонов, на которой строится сельское хозяйство во всей Юго-Восточной Азии. Однако с научной точки зрения муссоны – результат особых свойств атмосферы в Южной Азии и выраженной периодической смены направления преобладающих ветров. Здесь сложилась система ветров, совершенно не похожая на те, с которыми имели дело португальские мореплаватели в Средиземном море и в Атлантике.