Почему в Антарктиде есть пустыни

Слово «пустыня» у большинства людей вызывает образ раскалённых песчаных дюн, нещадно палящего солнца и полного отсутствия воды. Однако научное определение пустыни принципиально иное — это регион, где годовое количество осадков не превышает 250 миллиметров. Именно это определение открывает неожиданную истину — крупнейшей пустыней на Земле является не Сахара и не Гоби, а Антарктида, покрытая льдом и снегом. Парадокс ледяной пустыни удивляет многих — как место, буквально состоящее из замёрзшей воды, может быть пустыней? Ответ на этот вопрос раскрывает одну из наиболее интересных страниц в книге земной климатологии.

Что такое пустыня на самом деле

Привычное понимание пустыни как жаркого и песчаного места является культурным стереотипом, не имеющим отношения к научной классификации. Климатология определяет пустыню исключительно через баланс влаги — соотношение количества осадков и испарения.

По этому критерию пустыней является любой регион, где испарение превышает осадки настолько, что почва и поверхность хронически лишены жидкой влаги. Жара является лишь одним из способов создать такой дисбаланс — холод справляется с этой задачей не менее эффективно через совершенно иные механизмы.

Классификация пустынь по типам охватывает несколько принципиально разных климатических ситуаций:

• субтропические пустыни — классические жаркие пустыни вроде Сахары, формирующиеся в зонах постоянно нисходящих воздушных потоков;
• прибрежные пустыни — Атакама и Намиб, возникающие там, где холодные океанские течения охлаждают прибрежный воздух и препятствуют образованию осадков;
• дождевые тени — пустыни в глубине континентов за горными хребтами, задерживающими влажные воздушные массы;
• полярные пустыни — холодные регионы, где крайне низкие температуры исключают возможность значительного количества осадков.

Именно к последней категории относится Антарктида — и особенно её внутренние районы, где осадки измеряются миллиметрами в год, сопоставимыми с самыми засушливыми уголками Сахары.

Почему в Антарктиде так мало осадков

Главная причина антарктической сухости кроется в физике атмосферы — точнее, в том, как температура определяет способность воздуха удерживать влагу. Понимание этой связи является ключом ко всему парадоксу.

Холодный воздух содержит ничтожно мало водяного пара по сравнению с тёплым. При температуре минус 30 градусов воздух может удерживать примерно в 50-100 раз меньше влаги, чем при плюс 30 градусах. Это фундаментальное физическое свойство называется «насыщающее давление пара» и определяет абсолютный потолок влажности при данной температуре.

Над антарктическим плато — высокогорной центральной частью континента — воздух настолько холоден, что просто не способен содержать значимые количества водяного пара. Даже если где-то над океаном испарилось достаточно воды, длинный путь к центру континента через холодные воздушные массы приводит к тому, что эта влага выпадает ещё на подходе к материку.

Внутренние районы получают в год около 50-166 миллиметров осадков в пересчёте на жидкий эквивалент — и это в лучшем случае. В районе Южного полюса годовое количество составляет около 80 миллиметров, что вдвое меньше, чем в самых засушливых районах Аравийской пустыни.

Антарктический полярный вихрь — изолятор континента

Климатическую сухость Антарктиды усиливает уникальная атмосферная структура — мощный полярный вихрь, изолирующий континент от влажных воздушных масс умеренных широт. Этот вихрь является одним из наиболее устойчивых атмосферных образований на Земле.

Антарктический полярный вихрь образуется из-за резкого температурного контраста между ледяным континентом и более тёплым океаном. Холодный тяжёлый воздух над Антарктидой создаёт область высокого давления, вокруг которой формируются устойчивые западные ветры — «ревущие сороковые» и «яростные пятидесятые». Эта циркуляция действует как барьер, не пропускающий тёплые влажные массы вглубь материка.

Последствия такой изоляции многообразны и взаимно усиливают друг друга:

• влажный воздух с океана теряет осадки ещё над прибрежными горными хребтами, так и не добираясь до внутреннего плато;
• континент охлаждается ещё сильнее из-за отсутствия влажной «тепловой подушки», которую создают водяные пары в других регионах;
• снижение температуры ещё больше снижает влагоёмкость воздуха, усугубляя сухость — замкнутый круг, превращающий климат во всё более экстремальный;
• полярная ночь позволяет поверхности непрерывно излучать тепло без компенсирующего солнечного прогрева.

Совокупность этих факторов превращает центр Антарктиды в климатическую систему с положительной обратной связью, постоянно усиливающей собственную холодность и сухость.

Сухие долины — пустыня внутри пустыни

Особого внимания заслуживают так называемые «сухие долины» Антарктиды — регион в районе моря Росса, где сухость достигает абсолютного предела и создаёт пейзаж, практически идентичный традиционной пустыне.

Эти долины — Виктория, Тейлора и Райт — протянулись на несколько десятков километров вглубь горных хребтов Трансантарктических гор. Именно здесь учёные зафиксировали одни из наиболее экстремальных климатических показателей на планете — и именно здесь Антарктида наиболее наглядно демонстрирует свою пустынную природу.

Механизм формирования сухих долин объясняется несколькими взаимосвязанными факторами.

1. Горные хребты блокируют движение ледников из внутренних районов в долины, не позволяя льду заполнять эти пространства. В результате дно долин свободно от льда — там обнажаются камень, гравий и глинистые отложения. Этот «голый» пейзаж производит совершенно нездешнее впечатление — каменистые склоны и сухое дно без малейших признаков снега или льда в регионе, где всё должно быть покрыто снегом.
2. Катабатические ветры — мощные нисходящие потоки, стекающие с ледяного плато, — при спуске нагреваются и высушиваются по физическому принципу, аналогичному феновым ветрам в горах. Скорость таких ветров в долинах достигает 300 километров в час, и они испаряют любую влагу практически мгновенно. Именно эти ветры не дают снегу накапливаться даже в тех редких случаях, когда он выпадает.
3. В сухих долинах практически нет биологической жизни — в этом отношении они действительно напоминают другие планеты. НАСА использует их как площадку для тестирования оборудования, предназначенного для исследования Марса, — местные условия наиболее близко имитируют марсианскую поверхность на Земле. Несмотря на это, биологи обнаружили в трещинах скал криптоэндолитические бактерии, адаптированные к экстремальной сухости.
4. Температура в долинах зимой опускается до минус 60 градусов по Цельсию, а в летний период поднимается примерно до минус 15 — диапазон экстремальный даже по антарктическим меркам. При таких температурах жидкой воды на поверхности не существует практически никогда, и немногочисленные солёные озёра в днищах долин покрыты постоянным льдом толщиной в несколько метров. Под этим льдом, однако, сохраняется жидкая вода — уникальный феномен, существование которого обеспечивается геотермальным теплом.

Сухие долины являются настолько экстремальной средой, что здесь проводятся уникальные астробиологические исследования — учёные изучают, возможна ли жизнь в условиях, приближенных к марсианским или к лунным кратерам.

Антарктида как крупнейшая пустыня мира

Если рассматривать весь антарктический континент как единую систему, а не только его особенно сухие районы, картина становится ещё более впечатляющей. Площадь Антарктиды составляет около 14 миллионов квадратных километров, что делает её крупнейшей пустыней на Земле — вдвое больше Сахары.

При этом важно понимать разницу между ледяным щитом и осадками. Лёд, покрывающий континент, накапливался на протяжении миллионов лет — он является наследием далёкого прошлого, а не результатом современного снегопада. Нынешнее ежегодное пополнение ледяного щита минимально, а в ряде районов он медленно убывает.

Сравнение Антарктиды с другими крупными пустынями наглядно показывает масштаб явления:

• Антарктида — около 14,2 миллиона квадратных километров с осадками в центре менее 80 миллиметров в год;
• Арктика — около 13,9 миллиона квадратных километров, вторая по размеру холодная пустыня;
• Сахара — около 9,2 миллиона квадратных километров, крупнейшая горячая пустыня мира;
• Аравийская пустыня — около 2,3 миллиона квадратных километров;
• пустыня Гоби — около 1,3 миллиона квадратных километров.

Таким образом, две крупнейших пустыни мира являются полярными — факт, который наглядно демонстрирует, насколько температура, а не жара, определяет истинную природу пустынного климата.

Антарктида с её ледяными пустынями переворачивает привычные представления о крайних климатических явлениях — оказывается, самый холодный и самый сухой регион планеты это одно и то же место. Изучение антарктического климата имеет огромное практическое значение — атмосферные процессы над этим континентом влияют на погоду по всему Южному полушарию и во многом определяют динамику глобального климата. По мере изменения климата Земли антарктические пустыни могут трансформироваться — и понимание механизмов их формирования становится всё более важным для предсказания будущего всей планеты.