Неліктен жазда ыстық, ал қыста суық?

Жер ғарышта планеталардың қозғалысынан бастап терезе сыртындағы ауа райының өзгеруіне дейін барлығын анықтайтын қатаң физикалық заңдар бойынша өмір сүреді. Бізге өзінен-өзі түсінікті болып көрінетін көптеген құбылыстар іс жүзінде таңғажайып үйлесімді және терең механиканы жасырады. Жыл бойы жылу мен суықтың алмасуы — осындай құбылыстардың бірі: біз оны деректі факт ретінде қабылдаймыз, себептері туралы іс жүзінде ойланбаймыз. Сонымен бірге жазда неге ыстық, қыста неге суық болатыны туралы сұраққа жауап көпшілік қате санағандай Күнге дейінгі қашықтықпен емес, планетамыздың әлдеқайда нәзік геометриялық құрылымымен байланысты. Осы механизмді түсіну айналамыздағы дүниенің қалай орнатылғанына мүлде жаңа көзбен қарауға мүмкіндік береді.

Жер осінің еңкеюі — маусымдардың алмасуының басты себебі

Жер Күн айналасында айналады, бірақ мұны «тік тұрып» жасамайды — оның осі орбиталық жазықтықтың тігінен шамамен 23,5 градусқа еңкейген. Дәл осы еңкею маусымдардың болуының түбегейлі себебі болып табылады. Онсыз планетаның әрбір нүктесі жыл бойы бірдей мөлшерде күн жылуын алар еді, және жазбен қыстың ешқандай алмасуы болмас еді.

Жер орбита бойымен қозғала отырып, оның осі әрқашан бір жаққа — шамамен Полярлық жұлдызға — бағытталған. Бұл орбитаның бір бөлігінде солтүстік жарты шар Күнге қарай еңкейеді, ал қарама-қарсы бөлігінде одан бұрылып кетеді дегенді білдіреді. Дәл осі себептен солтүстік және оңтүстік жарты шарлардың маусымдары әрқашан қарама-қарсы болады: Мәскейде жаздың шыңы болғанда, Буэнос-Айреске қыс келеді, және керісінше.

Осінің еңкеюі не істемейтінін түсіну маңызды. Ол Жерден Күнге дейінгі қашықтықты айтарлықтай өзгертпейді — орбита іс жүзінде дөңгелекке жақын, және айырма небары шамамен 3%-ды құрайды. Оның үстіне, қаңтарда, яғни солтүстік қыстың шыңында, планетамыз шілдедегіден сәл Күнге жақынырақ орналасады. Бұл қашықтықтың мұнда рөл атқармайтынын анық дәлелдейді.

Сәулелердің түсу бұрышы температураны қалай анықтайды

Осінің еңкеюі температураға нақты физикалық механизм — күн сәулелерінің бетке жететін бұрышы — арқылы әсер етеді. Бұл бұрыш маусымға байланысты өзгереді, және дәл ол жазғы ыстық пен қысқы аязды арасындағы айырмашылықты түсіндіреді. Бұл механизмді қарапайым салыстыру арқылы түсінуге болады.

Үстелге тікелей төмен қаратылған фонарьды елестетіп көріңіз: жарық дағы нықты және жарқын болады. Енді сол фонарьды бұрыштап еңкейтіңіз — дақ эллипске созылады және айтарлықтай сөнеді, дегенмен қуат көзінің қуаты өзгермеді. Күн сәулелері жазда және қыста дәл осылай жұмыс істейді.

Жазда, жарты шар Күнге қарай еңкейгенде, сәулелер тігінен жақын үлкен бұрышпен түседі. Бірдей энергия мөлшері кішірек бет ауданында шоғырланады, демек топырақ пен ауаның әрбір шаршы метрі едәуір көп жылу алады. Қыста болса сәулелер жерге өткір бұрышпен сырғиды, сол энергияны әлдеқайда үлкен ауданға шашырата отырып — және әрбір метр оны аса аз алады.

Түсу бұрышы сонымен қатар сәулеленудің өтетін атмосфералық қабаттың қалыңдығына да әсер етеді. Қыста қиғаш сәулелер атмосфера арқылы ұзағырақ жол жүреді, жолда шашырау мен жұтылуға көбірек энергия жоғалтады. Жазғы сәулелер болса атмосфераны іс жүзінде ең қысқа маршрут бойынша тесіп өтеді және бетке едәуір аз шығынмен жетеді.

Күндізгі жарық ұзақтығы маусымдық қарама-қайшылықты күшейтуші ретінде

Сәулелердің түсу бұрышы жалғыз фактор емес. Күннің тәулік ішінде горизонттан жоғарыда қанша сағат тұратыны да маңызды рөл атқарады. Жазда күн түннен ұзын, қыста қысқа, және бұл айырмашылық маусымдар арасындағы температуралық қарама-қайшылықты еселей күшейтеді.

Күн ұзақтығы сол бір осінің еңкеюімен анықталады. Солтүстік жарты шар Күнге қарсы болғанда, ол планетаның тәуліктік айналуы кезінде ұзағырақ жарықтанып тұрады. Жазғы күнтізбелік күн — шамамен 21 маусым — Мәскейде күндізгі жарық 17 сағаттан асады. Қысқы күнтізбелік күні сол қала 7 сағаттан сәл ғана артық күн жарығын алады.

Айырмашылық орасан зор, және оның салдарлары айқын байқалады. Ұзын жазғы күн беттің бірнеше сағат бойы қатарынан қызып, түнде шығаруға үлгергеннен жылдамырақ жылу жинайтынын білдіреді. Қысқа қысқы күн мұндай мүмкіндік бермейді — жер ұзын түн бойы бірнеше күндізгі сағатта жылуға үлгергеннен артық суиды.

Экватордан алыстаған сайын бұл әсер күшейе түседі. Экваторда күн мен түн жыл бойы іс жүзінде он екі сағатқа тең, сондықтан маусымдық температура тербелістері іс жүзінде жоқ. Полярлық шеңберден тыс жерлерде қарама-қайшылық шекті мәндерге жетеді:

• жазда күн апталап горизонттан батпайды — «полярлық күн» басталады;
• қыста ол горизонттан мүлде шықпайды — «полярлық түн» орнайды;
• арктикалық аудандарда орташа жазғы және орташа қысқы температура арасындағы айырмашылық 50-60 Цельсий градусқа жетеді;
• дәл осі себептен жоғары ендіктердің климаты сонша қатал және күрт континенттік болып табылады.

Осылайша, күндізгі жарық ұзақтығы сәулелердің түсу бұрышымен бір бағытта жұмыс істейді, оның әрекетін күшейтеді және қалыпты айырмашылықтарды түбегейлі маусымдық қарама-қайшылыққа айналдырады.

Неліктен әртүрлі аймақтар маусымдардың алмасуын әртүрлі сезінеді

Бір ғана астрономиялық механизм географияға байланысты мүлде өзгеше климаттық шындықтарды тудырады. Тропиктердің, қоңыржай ендіктер мен полярлық аймақтардың тұрғындары бір заңға — осінің еңкеюіне — бағынса да, бөлек планеталарда өмір сүргендей. Бірнеше негізгі фактор осы алуантүрлілікті түсіндіреді.

1. Ендік сәулелердің түсу бұрышын ең күшті анықтайды. Экваторда Күн жыл бойы түсте іс жүзінде шыңына дейін көтеріледі, сондықтан температура айдан тәуелсіз тұрақты жоғары болып қалады. Қоңыржай ендіктерде — 30-дан 60 градусқа дейін — бұрыш айқын төрт маусымды қалыптастыруға жеткілікті өзгереді. Полярлық шеңберден тыс жерлерде айырмашылық сонша үлкен болады, яғни жаз бен қыс іс жүзінде бөлек дүниелерге айналады.
2. Мұхитқа жақындық маусымдық ауытқуды жұмсартады. Су құрлықтан баяу қызып, баяу суиды, сондықтан жағалау қалалары — мәселен, Лиссабон немесе Владивосток — бір ендікте орналасқан континенттік аудандарға қарағанда жұмсақ климатқа ие. Мәскей Лондонға қарағанда қыста суығырақ және жазда ыстықтау, дегенмен екі астана да шамамен бір ендікте орналасқан.
3. Теңіз деңгейінен биіктік маусымнан тәуелсіз температураны төмендетеді. Ауа биіктікпен сирейді, жылуды нашарырақ ұстайды және тезірек шашырата береді. Тропиктік таулардың шыңдарында — мәселен, Танзаниядағы Килиманджарода — мәңгі қар жатыр, дегенмен вулканның өзі іс жүзінде экваторда орналасқан.
4. Мұхиттық ағыстар мен желдер аймақтар арасындағы жылуды қайта бөле отырып, жалғыз ендік диктат ететін нәрсені едәуір түзетеді. Жылы Гольфстрим ағысы Батыс Еуропаның климатын онсыз болатынына қарағанда айтарлықтай жұмсақ етеді. Осы табиғи «радиаторсыз» Лондон мен Париж канадалық Лабрадорға ұқсас климатқа ие болар еді.

Маусымдардың алмасуы — жылу мен суықтың жай ғана кезектесуі емес, астрономия, физика және география арасындағы күрделі өзара байланыстар жүйесі. Бір ғана параметр — Жер осінің еңкеюі — егін қашан егілетінін, құстар қашан қоныс аударатынын және қала пейзажының жыл мезгілдері бойынша қалай көрінетінін анықтайтын салдарлар тізбегін іске қосады. Осы механиканы түсіну таныс құбылыстарға мүлде өзгеше көзбен қарауға және қарапайым нәрседе табиғи ойластырудың таңғажайып дәлдігін табуға мүмкіндік береді.