Климат земли: виды и характеристики климатических поясов

Атмосферное давление в горах

В горах атмосферное давление так или иначе будет ниже, чем у кромки моря. То, как человек при этом будет себя чувствовать, зависит от высоты и некоторых дополнительных условий. Например, при нормальной влажности восхождение на 3000 м может вызвать слабость и снижение дееспособности. Это происходит из-за недостатка кислорода.

Во влажном климате подобные ощущения возникают уже на высоте 1000 м. Дело в том, что молекулы воды вытесняют молекулы кислорода — во влажном воздухе кислорода меньше. А в сухом климате можно подняться на 5000 м почти без проблем.

Температура и давление земной атмосферы меняются с высотой. Температура, обозначенная желтой линией, падает с высотой в одних зонах, но повышается в других. Давление, обозначенное черной линией справа, сильно уменьшается с высотой. Encyclopædia Britannica, Inc.

Влияние различных высот на человека:

— 5 км — ощущается нехватка кислорода;

— 6 км — это наибольшая высота, на которой существуют постоянные поселения людей;

— 8,9 км — высота Эвереста. Вода на такой высоте кипит при температуре + 68 ℃. Опытные, подготовленные альпинисты могут недолго находиться на такой высоте;

— 13,5 км — безопасно здесь можно находиться только с запасом чистого кислорода. Это максимально допустимая высота, на которой можно находиться без специального снаряжения;

— 20 км — это высота, неприемлемая для человека. Безопасно, если только находиться в герметично закрытой кабине.

Альпинист стоит на вершине горы Эверест, Непал. Гора Эверест настолько высока, что количество кислорода там слишком мало для дыхания. Чтобы благополучно добраться до вершины многим альпинистам необходимы кислородные баллоны.

Атмосферное давление сегодня:

Измерение атмосферного давления.

Атмосферное давление измеряется с помощью барометров. Они бывают двух типов.

1. Ртутный барометр представляет собой стеклянную трубку, которая запаяна сверху, а открытым концом погружена в металлическую чашу с ртутью. Рядом с трубкой крепится шкала, показывающая изменение давления. На ртуть действует давление воздуха, которое своим весом уравновешивает столбик ртути в стеклянной трубке. Высота ртутного столба меняется при изменении давления.

2. Металлический барометр или анероид представляет собой гофрированную металлическую коробку, которая герметично закрыта. Внутри этой коробки находится разреженный воздух. Изменение давления заставляет колебаться стенки коробки, вдавливаясь или выпячиваясь. Эти колебания системой рычагов заставляют стрелку перемещаться по шкале с делениями.

Самопишущие барометры или барографы предназначены для записи изменений атмосферного давления. Перо улавливает колебание стенок анероидной коробки и чертит линию на ленте барабана, который вращается вокруг своей оси.

Климат на экваторе

Экваториальный климатический пояс на карте мира

Времена года являются взаимовлияния наклона оси Земли по отношению к плоскости ее вращения вокруг Солнца. На протяжении оба полушария попеременно приближаются к Солнцу и отворачиваются от него, что в первую очередь зависит от положения Земли на орбите. То полушарие, что в данный момент повернуто ближе к звезде, получает большее количество солнечной радиации, поэтому оно находится в стадии летнего сезона. Полушарие, которое находится дальше от Солнца, — наоборот получает меньше, поэтому находится в стадии зимы.

Экватор же всегда находится примерно на одном и том же расстоянии от Солнца. Он проходит по трем крупнейшим океанам: Атлантическому, Индийскому и Тихому. По линии экватора в течение года наблюдается незначительное изменение температуры, хотя могут быть существенные различия в количестве осадков и влажности. Термины лето, осень, зима и весна обычно не применяются по отношению к этой климатической зоне.

Вращение Земли вокруг Солнца

Низменности, находящиеся на экваторе, как правило, имеют тропический климат тропических лесов, также известный как экваториальный климат. Хотя холодные течения приводят к тому, что в некоторых регионах наблюдается тропический муссонный климат с засушливым сезоном в середине года, а сомалийское течение, генерируемое восточно-азиатским муссоном приводит к тому, что на территории Сомалийского полуострова крайне сухой климат, несмотря на его экваториальное положение.

Интересный факт: некоторые страны получили свое наименование от слова “экватор”: Эквадор, Экваториальная Гвинея, Экваториальная Африка.

Среднегодовые температуры в экваториальных низменностях составляют около 31°C во второй половине дня и 23°C во время восхода солнца. Уровень осадков крайне высок в сравнении с более удаленными от экватора зонами — они могут достигать от 2500 до 3500 мм. В году около 200 дождливых дней, а среднегодовое количество солнечных часов примерно 2000. Несмотря на жаркую круглогодичную температуру, некоторые точки, находящиеся значительно выше уровня моря, такие как Анды и гора Килиманджаро, имеют ледники. Наивысшая точка — это южные склоны (4690 метров) вулкана Каямбе (вершина 5790 метров). Это единственное место по линии экватора, где можно найти снег, лежащий на поверхности земли.

Если же отдалятся от линии экватора в любую сторону, то количество солнечной радиации будет уменьшаться, что тем самым способствует формированию других климатических зон. Но стабильность погоды в течение года в экваториальной зоне сделала этот район домом для наибольшего разнообразия флоры и фауны, чем в любой другой точке планеты. Именно леса, произрастающие тут являются “легкими Земли”, производя кислород, которым дышит все живое.

Зависимость от температуры воздуха

Температура воздуха это один из ключевых факторов в формировании атмосферного давления. При нагревании воздух увеличивается, становится более плотным и одновременно более легким. В результате происходит снижение атмосферного давления. Если говорить о холодном воздухе, то он становится наоборот более тяжёлым, увеличивая атмосферное давление. Поэтому когда мы говорим о температуре воздуха, нужно понимать, что изменение этого показателя одновременно влечет и изменение воздушного давления.

Для понимания как происходит это движение (прежде всего замещение воздуха) посредством температур, можно рассмотреть циркуляцию в помещения. Воздух, нагреваясь от батареи, поднимается вверх к потолку. Там он находится какое-то время, остывает и опускается вниз. Затем он вновь попадает в батарее, нагревается и вновь поднимается вверх. Так происходит по замкнутому циклу.

Атмосферное давление — норма для человека

Ещё со школьных времен мы знаем, что атмосфера — это некая газовая оболочка, которая имеет свою массу. Собственно, эта масса и давит на землю благодаря гравитации. Сила, с которой атмосфера давит на землю, называется атмосферным давлением.

Впервые концепцию атмосферы открыл Э. Торричелли в 1643 году, доказав, что воздух имеет вес. Его также считают изобретателем первого в мире барометра. Измеряют силу атмосферы, с которой она давит на землю в паскалях, гектопаскалях, миллиметрах ртутного столба, миллибарах, атмосферах.

На каждого человека давит колонна воздуха с силой примерно 15т. Но почему же человек этого не замечает? Все потому, что давление снаружи и внутри одинаковое.

Стоит сказать, что сила, с какой давит атмосфера, везде разная и зависит от множества факторов. Основным из показателей, которые влияют на силу давления, есть высота над уровнем моря той или иной области.

Москва расположена на возвышении и поэтому высота над уровнем мора в среднем составляет 135-150 м. Из-за этого в столице России обычно пониженное давление и равняется в среднем 746-749мм ртутного столба.

Но этот показатель нельзя считать точной величиной, так как Москва имеет неравномерный ландшафт. К тому же на показатель атмосферного давления также влияет сезон. В холодное время года (осень и зима) норма атмосферного давления в Москве чуть ниже, а вот в теплое время года (весна, лето) соответственно — выше.

В целом, человек, постоянно проживающий на территории столицы Российской Федерации, будет чувствовать себя достаточно комфортно при давлении атмосферы от 746 до 756 мм ртутного столба.

В отличие от Москвы, Санкт-Петербург расположен ниже уровня моря. Соответственно и показатели нормального АД будут отличаться.

Нормой АД в Санкт-Петербурге считают величину в размере 754-756 мм рт. ст., то есть выше, чем в Москве. Но считать этот показатель полностью достоверным не стоит, так как он может достаточно сильно колебаться и порой достигать 780 мм ртутного столба.

Для сравнения приведем несколько показателей для разных городов Российской Федерации:

• Нормальное АД для Перми считается показатель от 744 до 745 мм рт. ст.;
• Нормальное АД для Кисловодска – 690 мм рт. ст.;
• Норма АД для Екатеринбурга – 736-740 мм рт. ст.;
• Норма АД для Ярославля – 750-752 мм рт. ст.;
• Норма АД для Челябинска – 738-745 мм рт. ст.

Идеальный показатель давления – 760 миллиметров ртутного столба или 1013,25 миллибар. В таких условиях человек не чувствует никакого дискомфорта.

Так как в разных странах разный рельеф, то все жители планеты приспособлены к своей норме давления. Например, жители Мехико плохо переносят показатель, считающийся нормой, так как у них давление не бывает выше 580 мм рт. ст.

Изменения до 5 мм считаются нормальными, и наш организм абсолютно спокойно с ними справляется. При этом у человека не возникает дискомфорта или неприятных ощущений.

Колебания от 5 до 10 миллиметров ртутного столбика могут принести дискомфорт людям со слабым здоровьем.

Более резкие изменения могут привести к летальному исходу.

Давление ртутного столба (норма зависит от климатической зоны)  варьируется от региона, где производится замер показателя. Человек адаптируется к тому значению, где проживает. Поэтому при перемене места жительства с другими климатическими условиями, часто  происходит ухудшение самочувствия.

Названия регионов	Средние показатели за год	Максимальные отклонения
Ижевский	747	753
Ленинградский	755	762
Московский	748	755
Пермский	745	751
Приморский	755	766
Ростовский	741	748
Самарский	753	760
Свердловский	738	755
Тульский	747	755
Тюменский	771	775
Челябинский	741	756
Ярославский	736	758

В зависимости от сезона года показатель давления может изменяться в большую или меньшую сторону.

Другие виды манометров

Жидкостный манометр дает возможность точных измерений, но у него есть большой недостаток: конструкция боится ударов и вибраций. Поэтому сегодня такие приборы используются в основном в лабораториях. С развитием промышленности возникли другие типы манометров, которые могут измерять давление в любых условиях — на подвижных механизмах, при сильных вибрациях и т. д. По конструкции выделяют деформационные и поршневые (грузопоршневые) приборы.

Деформационные манометры

Манометр деформационного типа — это компактное механическое устройство, измеряющее давление сразу в паскалях (без перевода из других единиц). Его рабочим элементом является дугообразная или спиральная трубка Бурдона, в которую накачивается газ. Если давление внутри трубки повышается, она начинает распрямляться, и это движение через систему тяг передается на стрелку. При снятии давления она возвращается в свое первоначальное положение.

Вместо трубки может быть использована пружина, мембрана или другой чувствительный элемент, который деформируется под давлением. Принцип действия манометра остается тем же: деформация передается на стрелку, движущуюся по шкале.

Деформационные металлические манометры чаще всего используются в быту и на производстве. Они компактны, отлично переносят вибрации, не требуют строго вертикальной установки. Если нужно выбрать, к примеру, автомобильный манометр, он будет именно такого типа.

Интересный факт!
Деформационный манометр был изобретен случайно. В 1845 году швейцарский ученый Р. Шинц наблюдал, как на производстве рабочие восстанавливали сплющенную металлическую трубку, заглушив один ее конец и закачав внутрь воду. Под действием давления трубка разогнулась, а ученому пришла в голову мысль использовать такой же элемент для измерений, но работать с воздухом, а не с водой.

Поршневые манометры

Несмотря на то, что поршневые манометры были созданы раньше деформационных, они получили меньшее распространение. Сегодня такие приборы используются для исследования скважин в нефте- и газодобывающей промышленности, а также для сверки показаний в лабораториях.

На рисунке ниже можно увидеть, из чего состоит манометр поршневого типа. В самом простом варианте это емкость с маслом, соединенная при помощи штуцера с измеряемой средой. В емкость погружен цилиндр с тщательно притертым поршнем (зазор между стенками цилиндра и поршнем должен быть минимальным). На торце поршня закреплена тарель, на которую могут укладываться грузы.

Снизу на поршень действует измеряемое давление Р, сверху оно уравновешивается некой силой, создаваемой весом самого поршня и грузов G₁+ G₂.

Давление под поршнем рассчитывается по формуле:

где G₁— масса грузов, G₂— масса поршня с тарелью, g — ускорение свободного падения, F — площадь поршня.

Также давление можно выразить через силу согласно закону Паскаля:

P = F / S, где F — сила, действующая на поршень, S — площадь поршня.

С помощью поршневых маномеров впервые измеряли давление ученые-физики Георг Паррот и Эмиль Ленц. Но широкое распространение эти приборы получили благодаря некому Рухгольцу, который запустил их в массовое производство.

Влияние атмосферного давления на человека

Долгое время медицина не признавала связи между погодными явлениями и здоровьем. Только за последние 50 лет благодаря всестороннему изучению влияния погодных условий на организм человека доказано — атмосферное давление и здоровье человека тесно связаны, и на любые погодные изменения люди реагируют осложнением в самочувствии. Ситуация, когда погодные условия влияют на физическое состояние человеческого организма, называется метеопатией.

Метеопаты — это люди, организм которых реагирует даже на минимальные отклонения атмосферного давления от нормы. Также к ним относятся люди с некоторыми хроническими заболеваниями (в частности, сердечно-сосудистыми, нервной системы и т. д.).

В год атмосферное давление колеблется в пределах 30 мм рт. ст. В течение дня значения могут колебаться от 1 до 3 мм рт.ст. Здоровый человек не ощущает этих изменений, но метеозависимые люди с любыми проблемами со здоровьем эти отклонения могут ощущать.

Гипертония и гипотония — вот два основных заболевания, для которых характерна метеорологическая зависимость.

Высокое атмосферное давление крайне небезопасно для гипертоников, людей с сердечной патологией. Всем, у кого имеется гипертония и чувствительность к переменам погоды придется столкнуться с такими симптомами: сердце бьется быстрее, на фоне чего растет артериальное давление (АД); кожа начинает краснеть; наблюдается слабость; в ушах появляется шум, перед глазами – мушки, в голове – пульсация.

Сильно ощущают перемены погоды люди с гипертонической болезнью в пожилом возрасте. Их организм ослаблен возрастными изменениями, накопленными болезнями, в результате возникает риск гипертонического криза, поражения сердца и сосудов.

Падение атмосферного давления в первую очередь влияет на здоровье людей с гипотонией и патологиями органов дыхания. В воздухе повышается процент углекислого газа, а кислорода – наоборот, уменьшается. Такие изменения погодных условий из-за недостатка кислорода у гипотоников вызывает недомогания: циркуляция крови замедляется и слабеет пульс, кровь хуже поступает к органам, падает АД; дыхание затрудняется; появляется сонливость и быстрая утомляемость, головокружение и тошнота; внутричерепное давление растет, на фоне этого возникают спазмы, превращающиеся в головные боли.

Зависимость самочувствия людей от атмосферного давления касается не только скачков артериального давления. У людей с психическими расстройствами усиливается проявление навязчивых состояний, страхов и различных фобий.

При болезнях суставов повышается вероятность болевых приступов в местах переломов и там, где существуют проблемы.

Значительные отклонения от нормы почувствует абсолютно любой человек, даже здоровый. Это относится как к высокому, так и к низкому давлению.

Влияние пониженного атмосферного давления на самочувствие человека, находящегося, например, в горах, проявляется в учащении дыхания и пульса, головных болях, приступах удушья и носовых кровотечениях. Симптомы проходят по мере привыкания человека к окружающим условиям. Часто возникает необходимость в медицинской помощи людям, имеющим признаки кислородного голодания.

Альпинисты при восхождении на горные вершины, во избежание смерти от недостатка кислорода, вынуждены брать с собой кислородные баллоны.

Восхождение на Эверест

При повышенном давлении пульс у человека замедляется, а дыхательная функция угнетается. Кроме того, повышается свертываемость крови и происходит сокращение стенок кишечника. Влияние внешнего давления на самочувствие человека увеличивается пропорционально расстоянию, на которое человек спускается. Наиболее подвержены воздействию повышенного давления люди, выполняющие работы на глубине. Количество растворенных газов в крови достигает максимального значения, повышается работоспособность и концентрация. Однако, в то же время, большое количество кислорода оказывает токсическое действие и провоцирует возникновение заболеваний легких. Подъем рабочих с глубины осуществляется специальным образом в соответствии с принятыми методиками. В случае нарушения скорости подъема пузырьки газа закупоривают кровеносные сосуды, и может наступить смерть.

Распределение тепла на Земле

Общая схема распределения тепла на Земле
обычно затруднений не вызывает: к экватору —
жарче, к полюсам — холоднее. Но изображение
этого на карте потребует того, чтобы было
повторено или введено понятие изолиния. Это
общее понятие встречается лишь в одном учебнике
6-го класса (Лобжанидзе, с. 32); еще в одном
(Крылова 6) даны частные понятия — изогипсы и
изобаты. Обычно об изолинии говорят, что она
соединяет точки с одинаковыми значениями
какого-либо показателя, например температуры
(изотерма), давления воздуха (изобара), глубины
(изобата) и т. д. Но вот мы хотим провести
изотерму 15° на карте погоды и не находим точки с
температурой ровно 15°; есть точки с температурой
больше или меньше этой, но чтобы ровно — ни одной.
Это нередко вызывает затруднения. Дадим другое
определение.Изолиния — линия на карте, отделяющая области,
в которых значение данного показателя выше
некоторой величины, от тех, где это значение ниже.
Дайте ученикам задание провести изотермы 10, 15, и
20° на условном участке карты, где проставлены
точки с указанием температур; проверьте, какое
определение легче для учеников (рис. 1). Нужно
объяснить, что изотермы можно провести по
температурам, которые наблюдались в какой-то
определенный момент, а можно и по средним.
Убедитесь, что ученики понимают, что такое
средняя температура. Дайте несложную задачу —
вычислить среднюю суточную температуру по
четырем срокам наблюдения, например:
1 час — 10°; 7 часов — 9°; 13 часов — 16°; 19 часов — 13°;
все температуры положительные.

Рис. 1. Точки с указанием температур (а) и возможный вариант рисовки изотерм (б)

По температурам выделяют тепловые
пояса, положение которых на земном шаре
подтверждает уже упомянутый тезис: ближе к
экватору — теплее. Жаркий пояс ограничен по
обе стороны экватора — с севера и с юга —
годовыми изотермами 20°. (Напомните ученикам, что
у цифр, означающих положительные температуры,
плюс можно не ставить; значит, если знак не стоит,
температура выше нуля.) Умеренные пояса
ограничены со стороны полюсов уже не годовыми
изотермами, а изотермами 10° самого теплого
месяца. Нужно напомнить школьникам, что для
Северного полушария это июль, а для Южного —
январь (хорошо бы они вспомнили это сами).
Выделяются еще пояса мороза (их называют еще
поясами вечного мороза, но это добавление,
как сейчас увидим, излишне), они ограничены
изотермами 0° — тоже самого теплого месяца.
Попросите учеников определить словесно, что же
это за пояса. Должно получиться примерно так.В жарком поясе средние годовые температуры
выше 20°.
В умеренном поясе средние температуры самого
теплого месяца выше 10°, но средние годовые ниже
20°.
В холодном поясе средние температуры самого
теплого месяца от 0° до 10°.
В поясе мороза средние температуры всех месяцев
отрицательны. Но это только средние месячные
температуры; в отдельные моменты температура
может подниматься выше нуля, поэтому название
«пояс вечного мороза» неточно. (Более того, в
отдельные годы летом могут быть положительны и
средние месячные температуры, однако средние
многолетние для всех месяцев отрицательны;
впрочем, для уроков это, наверное, слишком сложно,
разве что класс очень сильный.)

Общие сведения о климате Африки

Благодаря расположению в экваториальной и субтропических широтах Северного и Южного полушарий, Африка имеет несколько различных типов климата. Континент, в основном лежит в пределах внутритропической зоны конвергенции между тропиком Рака и тропиком Козерога. Теплые и жаркие типы климата преобладают на всей территории Африке, но северная часть является наиболее засушливой и имеет самые высокие температуры. Только в северных и южных окраинах континента преобладает средиземноморский климат. Экватор проходит практически через середину Африки, что делает ее наиболее тропическим континентом мира. Северной тропик Рака (23,5° с.ш.) и южный тропик Козерога (23,5° ю.ш.) также пересекают Африку. Климат Африки более изменчив по количеству осадков, чем по температурам, которые стабильно высокие.

Наиболее жаркие температуры Африки наблюдаются в Сахарских регионах Алжира и Мали, а самые холодные на юге и высокогорных районах вдоль восточных и северо-западных участков континента. Самые высокие показатели среднегодовой температуры на Земле зарегистрированы в регионе Даллол, Эфиопия, и составляют 33,9° С.

Самая низкая температура, зафиксированная в Африки составляла -24° С в Ифране, Марокко, 11 февраля 1935 года. Тем не менее, большая часть Африки испытывает теплые температуры в течение большей части года, особенно в пустынях, степях и саваннах. Африканские пустыни, возможно, самые горячие места на Земле, особенно Сахара и Данакиль, расположенная в районе Африканского Рога.

Климатические пояса

В тропосфере к ним относят пассаты, муссоны, а также переносы воздушных масс, связанные с циклонами и антициклонами. В наиболее прогреваемых местах нагретый воздух имеет меньшую плотность и поднимается вверх, таким образом образуется зона пониженного атмосферного давления. Аналогичным образом образуется зона повышенного давления в более холодных местах.

Так как чем ближе к экватору и дальше от полюсов расположена местность, тем лучше она прогревается, в нижних слоях атмосферы существует преобладающее движение воздуха от полюсов к экватору. В верхних слоях тропосферы образуется обратное движение воздушных масс: от экватора к полюсам.

География экватора Земли

Карта мира с линией экватора

Можно считать, что наша планета имеет форму шара со средним радиусом в 6371,3 км. Но такое представление является не совсем правильным и не всегда подходит для точных вычислений. Если брать научные понятия и цифры, то Земля не является идеальным шаром, в мире экспертов ее форма описывается понятиями геоид или же эллипсоид.

Неидеальность формы нашей родной планеты открыли еще в далеком 17 веке Исаак Ньютон и Христиан Гюйгенс. За счет вращения вокруг своей оси и возникающей из-за этого центробежной силы, которая достигает пика на экваторе и нуля на полюсах, планета скорее имеет форму сплюснутого шара. Из-за этого полярный радиус меньше экваториального на 21,38 км.

Интересный факт: река Конго, протекающая в Центральной Африке, является самой полноводной и второй по длине на территории континента. Но самое интересное в ней то, что это единственная река в мире, которая пересекает экватор два раза.

Наибольшей скорости вращения планета достигает на нулевой широте. Этот факт легко объяснить максимальным радиусом Земли именно на экваторе. Так длина экватора равна 40 075 км, и если это число разделить на 24 часа (время, за которое планета совершает один оборот), то можно узнать скорость вращения Земли на нулевой широте. Таким образом на экваторе она равна примерно 1670 км/ч. Чем ближе к полюсам, тем меньше скорость.