Gdzie jest burza? Kiedy będzie burza? Radar burzowy na żywo z wyładowaniami elektrycznymi i grzmotami na mapie!
Polecane produkty zoologiczne dla psów i kotów! Porównaj kilka tysięcy ofert na Leonzoo.pl
Idź do strony ↗
Najdokładniejszy radar burzowy na żywo! Obserwuj pioruny, błyskawice i grzmoty...
Kiedy będzie burza? Jak określić czy będzie burza i opady deszczu? Zjawiska pogodowe poprzedzające burzę i deszcz!
Czasem okazuje się, że nie musimy śledzić prognozy pogody aby dowiedzieć się czy wystąpi burza i ulewa. Wystarczy, że zaczniemy obserwować pojawiające się zjawiska pogodowe poprzedzające burzę i ulewę.
Po pierwsze oznaką burzy będą szybko przemieszczające się w nocy chmury kłębiaste. Ponadto rano wystąpi gęsta mgła, która będzie powoli ustępowała, unosząc się do góry. Zjawiskiem pogodowym, które zwiastuje wystąpienie burzy i ulewy będzie silny rozwój chmur kłębiastych w kierunku pionowym. Będą one dobrze widoczne i ich kontury dostrzegalne na niebieskim niebie. Do kolejnego zjawiska zaliczyć należy widoczne kowadło z chmur pierzastych powyżej już dobrze rozwiniętych chmur kłębiasto - deszczowych. Ostatnim charakterystycznym zjawiskiem będzie występowanie dużej wilgotności powietrza odczuwalnej przez człowieka, potocznie mówiąc duszności.
Co to jest burza? Jak tworzą się burze i kiedy występują? Radar burzowy online. Sprawdź gdzie jest teraz burza?!
Burza to zjawisko pogodowe, które dostrzegamy na powierzchni Ziemi jako wyładowania elektryczne zachodzące w określonych chmurach lub pomiędzy nimi a powierzchnią kuli ziemskiej. Burze występują w chmurach Cumulonimbus. W trakcie burz dochodzi często do nagłych i silnych wzrostów prędkości wiatru, przelotnych opadów deszczu, śniegu, gradu lub krupy śnieżnej. Zwłaszcza w ostatnich latach możemy także zaobserwować w trakcie burz trąby powietrzne. Burze stanowią zagrożenie dla nas ludzi ale także dla zwierząt i naszego dobytku (infrastruktury). Mając tak podstawową wiedzę o burzach, zachęcam Cię do obserwowania w czasie rzeczywistym wyładowań atmosferycznych, które pokazywane są na mapie na stronie internetowej MoboBlog. Jeśli brakuje Ci nadal szczegółowej wiedzy o burzach, możesz dalej zapoznać się z naszym poradnikiem o burzach!
Burze. Rozwój chmury burzowej Cumulonimbus. Cumulonimbus to rozbudowane chmury kłębiasto - deszczowe powstające w określonych warunkach, w których tworzy się zjawisko pogodowe zwane burzą. Do tych warunków zaliczamy po pierwsze silną konwekcję termiczną czyli różnicę temperatur różnych miejsc atmosfery. Drugim warunkiem sprzyjającym dla tworzenia się chmur burzowych jest duża oraz dynamiczna wilgotność powietrza. O kompletności zjawiska zwanego burzą mówimy w momencie pojawienia się wyładowań elektrycznych (błyskawice; pioruny), połączonych z krótkotrwałymi ale za to obfitymi opadami deszczu i porywistymi wiatrami. Do tych charakterystycznych zjawisk pogodowych przy burzy mogą ponadto dojść opady gradu. Jeśli chodzi o czas występowania burzy to zaliczamy je do zdarzeń krótkotrwałych, trwających w przedziale od kilku minut do kilku godzin.
Możemy wyróżnić trzy etapy tworzenia się burzy: stadium rozwoju, stadium dojrzałości i stadium zaniku lub inaczej mówiąc stadium rozpadu burzy. Pierwsza faza - rozwoju (wzrostu burzy) - charakteryzuje się dominującymi prądami wznoszącymi. Wtedy też postępuje rozbudowywanie się chmury burzowej Cumulonimbus w kierunku pionowym. Może ona wtedy osiągnąć wysokość kilku kilometrów (od 6 do 8 km) w jej wierzchołkach. Również zwiększa się jej średnica z 1-4 kilometrów aż do 10 kilometrów. W fazie rozwoju burzy w chmurze zaczyna się pojawiać większa ilość wody w postaci ciekłej jako krople i stałej jako kryształki lodu.
W pierwszym etapie burzy, powietrze wewnątrz chmury Cumulonimbus zaczyna unosić się do góry ponieważ jest cieplejsze niż powietrze otaczające. Wraz ze wzrostem wysokości chmury rośnie także prędkość wznoszenia powietrza. Dochodzi do tego, że wierzchołek chmury zaczyna znajdować się w strefie, gdzie temperatury są ujemne. Prędkość prądów ku górze w partiach górnych osiąga do 10 m/s. Chmura od góry zbudowana jest już z kropel wody i płatków śniegu. Natomiast od dołu chmury burzowej oraz przez jej boki napływa para wodna do jej wnętrza. Proces rozwoju chmury burzowej zajmuje od 10 minut do 15 minut.
W drugim etapie tworzenia się chmur burzy - stadium dojrzałości - rozpoczyna się silny, ulewny deszcz lub grad, które są efektem kondensacji pary wodnej. Po prostu krople wody i kryształki lodu zaczynają być tak duże i ciężkie, że nie są w stanie utrzymać się we wnętrzu chmury. Okres dojrzałości trwa od 15 minut do 30 minut a oznaką momentu kulminacyjnego jest właśnie opad. Wtedy to rozpoczynają się w chmurze burzowej Cumulonimbus prądy zstępujące obok prądów wstępujących oraz zaczynają pojawiać się wyładowania atmosferyczne. Prądy zstępujące zaczynają pojawiać się wraz z postępem czasu od dołu, przez część środkową chmury i potem w górze. W partiach górnych i środkowych osiągają one prędkość do 30 m/s. Same prądy zstępujące mają to do siebie, że rozchodzą się nad powierzchnią ziemi. Ponadto są one bardzo wilgotne, chłodne i na dodatek silne.
W trzeciej fazie określanej jako stadium rozpadu zauważalne są już tylko prądy zstępujące. Opady zaczynają słabnąć a na dodatek różnice temperatur chmury i otoczenia zaczynają się zrównywać. Ponadto chmura burzowa zaczyna się rozpadać. Burza jest zjawiskiem pogodowym, które rozwija się zazwyczaj w całym kompleksie chmur. Rzadko kiedy dochodzi do tego, że burza powstaje w jednej chmurze. Oczywiście burza w całym zespole chmur jest o wiele bardziej skomplikowana od tej w jednej chmurze. Wtedy też opisane wcześniej procesy z prądami wstępującymi i zstępującymi rozwijają się na o wiele większym obszarze.
W górnej części chmury burzowej znajdują się kryształki lodu, które położone są powyżej poziomu -10 stopni C. To one mają ładunki elektryczne dodatnie. Poniżej, w części środkowej chmury, znajdują się natomiast ładunki elektryczne ujemne. Tam też znajdują się większe kryształki lodu niż na górze a także zauważalne są przechłodzone krople wody. Z kolei dolna warstwa chmury burzowej znajduje się w strefie z temperaturami dodatnimi. I tu też występują kropelki wody, które są naelektryzowane ładunkami dodatnimi. To właśnie ta część jest aktywna elektrycznie stanowiąc tym samym ośrodek burzowy.
Poziom zamarzania ma wpływ na to, jak wysoko położona jest aktywność elektryczna chmury burzowej. W strefach równikowych poziom ten jest o wiele wyżej licząc od powierzchni Ziemi niż w strefie klimatu umiarkowanego. Prowadzi to do tego, że w strefach tropikalnych wyładowania elektryczne zachodzą wewnątrz chmury. Jest to odmienne dla regionów znajdujących się w umiarkowanych szerokościach geograficznych na kuli ziemskiej.
Wiemy zatem, że powstawanie burzy uzależnione jest od różnoimiennych ładunków elektrycznych znajdujących się w chmurze. Ale ich powstawanie nie zostało jeszcze dostatecznie wyjaśnione przez naukę. Przypuszczenia są takie, że mechanizm ich powstania uzależniony jest od różnych procesów fizycznych, które towarzyszą kondensacji - jest to proces powstawania kropel wody i kryształków lodu w chmurze burzowej.
W pierwszym etapie rozwoju chmury burzowej ładunki różnoimienne - dodatnie i ujemne - są wymieszane. Dopiero w bardzo rozbudowanej chmurze o kłębiastym wyglądzie, kiedy występują intensywne prądy pionowe, na pewnej wysokości tak jak to zostało opisane wcześniej następuje rozdzielenie ładunków różnoimiennych. Mówimy wtedy, że zachodzi dość ciekawy efekt Lenarda z meteorologicznego punktu widzenia. Krople wody są unoszone ku górze i wtedy łączą się one ze sobą w większe. Jeśli zachodzące prądy są silne takie krople wody są wypychane na wysokość nawet 6 - 8 kilometrów. A tam obserwowana temperatura może wynosić nawet -20 stopni C. Na tej wysokości chmury burzowej krople wody zamarzają tym samym tworząc grad i krupę. Zarazem ich ciężar jest tak duży, że prądy powietrzne wznoszące nie są w stanie ich utrzymać na takich wysokościach. Naturalnie zaczynają więc spadać w dół, gdzie temperatura już rośnie i wtedy ponownie zaczynają topnieć i zamieniać się w krople wody ale już będąc o wiele większymi nic na początku całego procesu. Tu jednak następuje coś ciekawego ponieważ te duże krople wody ponownie zaczynają być porywane ku górze przez prądy pionowe i w czasie ruchu wznoszącego są dalej rozbijane na mniejsze. Zewnętrzne mniejsze krople mają ładunek ujemny, a wewnętrzna część kropli wytworzona z tych dużych posiada ładunek dodatni. Ilość tych kropli jest bardzo duża, dlatego w chmurze burzowej występuje bardzo dużo kropel o ładunkach ujemnych i podobnie bardzo dużo kropel o ładunkach dodatnich.
Występujące w chmurze burzowej prądy pionowe niejako grupują poszczególne krople wody i kryształki w zależności od ich wielkości. Dlatego w każdej chmurze powstają obszary gdzie grupowane są dane ładunki elektryczne. W praktyce okazuje się, że w górnej i dolnej części chmury są ładunki dodatnie, gdzie w dolnej części ładunki dodatnie są tylko tam gdzie występują prądy wstępujące. Natomiast w części środkowej mamy ładunki ujemne oraz w tych częściach podstawy, gdzie nie występują ładunki dodatnie.
W momencie kiedy różne części chmury burzowej wykazują maksymalne napięcie pomiędzy tak naładowanymi ładunkami, dochodzi do iskrowego wyładowania, które prowadzi do chwilowego wyrównania ładunków.
Jak dzielimy burze? Jakie są rodzaje burz?! Dowiedz się z nami gdzie jest burza i gdzie może wystąpić...
Na tym etapie mojego praktycznego poradnika o burzach wiesz już co to jest chmura Cumulonimbus, co to jest burza i jak powstaje. Teraz zajmiemy się kolejnym tematem klasyfikacji burz, który również jest ciekawy i rozbudowany. Według podstawowego podziału rozróżniamy burze frontowe i wewnątrzmasowe. Wszystko zależy od tego w jakim miejscu rozwijają się burzowe chmury Cumulonimbus. Czy ma to miejsce w jednorodnych masach czy na frontach atmosferycznych. Burze wewnątrzmasowe dzielimy na: burze adwekcyjne i burze konwekcyjne. Burze frontowe dzielimy na: fontu chłodnego i frontu ciepłego.
Opisując ogólnie burze wewnątrzmasowe można powiedzieć, że występują one w jednolitej masie powietrza. Ich występowanie jest bardzo lokalne i odnotowuje się je latem w upalne dni, przeważnie w godzinach popołudniowych. Burze wewnątrzmasowe powstają dzięki silnej konwekcji termicznej wynikającej bezpośrednio z chwiejnej równowadze atmosfery.
Burze wewnątrzmasowe adwekcyjne powstają w chłodnej masie powietrza, która napływa bezpośrednio za frontem chłodnym. Chmury kłębiasto - deszczowe Cumulonimbus powstają ponieważ napływające chłodne powietrze o wilgotnym charakterze zaczyna się nagrzewać od ciepłego powietrza. Po tym zaczynają występować burze i silne przelotne opady. W przypadku burz adwekcyjnych chmury są od siebie izolowane. Takie burze powstają przy niskich temperaturach i przemieszczają się szybciej niż burze konwekcyjne. Burza ta jest tym większa im większy jest kontrast termiczny między napływającą masą powietrza (niska temperatura) a podłożem (wysoka temperatura).
Burze wewnątrzmasowe konwekcyjne występują w godzinach popołudniowych kiedy odnotowuje się maksymalne temperatury. Również mają lokalny charakter, a rozwijają się w piękne i upalne, pogodne dni. Do głównej przyczyny powstawania burz konwekcyjnych zaliczyć należy chwiejność równowagi w atmosferze. Latem przy dobrej pogodzie następuje nagrzewanie podłoża, które oddaje swoją temperaturę przez co nagrzewa się również powietrze. Rośnie także wilgotność powietrza. Zaczyna się rozwijać konwekcja termiczna i zarazem wstępują silne prądy wznoszące. W pierwszym momencie na niebie zaczynają powstawać chmury Cumulus, które następnie przekształcają się w dobrze znane nam już chmury burzowe Cumulonimbus.
Wtedy burze powstają i zaczynają się szybko przemieszczać ale również szybko zanikają. Kolejnego dnia ponownie tworzy się burza. Działalność burz ustaje w momencie kiedy następuje wyrównanie temperatur powietrza i podłoża w wyniku parowania. Tuż przed burzą rośnie temperatura i wzrasta wilgotność powietrza. Ciśnienie spada aż do momentu wystąpienia burzy, po czym zaczyna ponownie rosnąć. Wiatr zaczyna wiać z większą prędkością w kierunku od burzy z dużą siłą na wszystkie strony, co prowadzi do powstawania nowych chmur. W przypadku burz wewnątrzmasowych konwekcyjnych obserwujemy ich dużą intensywność z wieloma wyładowaniami elektrycznymi (błyskawicami). Również występują duże opady deszczu i gradu. Takie burze konwekcyjne przemieszczają się stosunkowo powoli z prędkością około 5 - 20 km/h.
Burze frontu chłodnego to kolejna kategoria tych zjawisk pogodowych, które rozwijają się na czole frontu chłodnego. Zauważyć można tu mocne wypychanie ciepłego powietrza zwrotnikowego ku górze przez chłodne masy polarne. Kiedy nastąpi moment, kiedy ciepłe powietrze będzie na tyle wilgotne i będzie chwiejne, zaczynają się tworzyć chmury burzowe Cumulonimbus. W tym przypadku nie ma żadnej zależności od pory dnia czy od rodzaju podłoża, ponieważ burze te związane są bezpośrednio z ośrodkami niżowymi. Występują one w niewielkiej strefie około 50 km szerokości, ale za to ciągną się kilkaset kilometrów. Charakterystyczne jest to, że przed takimi burzami, rozwijają się chmury Cirrostratus w odległości 100 - 180 km. Pojawiają się one od 1 do 2 godzin przed burzą. W momencie samej burzy wiejące wiatry są bardzo porywiste i często przechodzą w szkwały.
Burze frontowe rozwijające się na froncie ciepłym są o wiele rzadsze niż na froncie chłodnym. Powodem tego jest fakt, że powietrze cieplejsze znacznie wolniej przesuwa się ku górze, raptem o kilka centymetrów na sekundę. Dopiero kiedy wślizgujące się tam powietrze ma charakter chwiejny, istnieją szanse na wytworzenie się chmur Cumulonimbus znanych z burzowego charakteru. Podstawa chmur jest bardzo wysoko i nie widać ich z Ziemi. Jedynie można rozpoznać burzę po wyładowaniach elektrycznych, słyszalnych grzmotach i pojawiającym się opadzie.
Burza w chmurach Cumulonimbus - wyładowania elektryczne, błyskawice i ich rodzaje, grzmoty
Dla każdego z nas burza kojarzy się w dużym stopniu z błyskawicami połączonymi w efektowne zjawiska audio wizualne. Na naszej mapie prezentowane są wszystkie wyładowania elektryczne na żywo, których odwzorowaniem są właśnie błyskawice i grzmoty. W tej części postaram się omówić tą część zagadnień związanych z burzami.
W chmurach istnieją miejsca silnie naelektryzowane, które indukują na powierzchni naszej planety ładunki przeciwnego znaku. Prowadzi to w konsekwencji do wyładowań elektrycznych w atmosferze. Wyładowania elektryczne powstają w dwóch miejscach - jedne wyładowania elektryczne zachodzą między różnymi częściami chmury, drugie między chmurami a powierzchnią Ziemi.
Wyładowania elektryczne w atmosferze objawiają się dla naszych uszu i oczy w postaci efektów audio wizualnych jakimi są grzmoty i błyskawice. Z fizycznego punktu widzenia, między dwoma obszarami koncentracji ładunków o przeciwnych znakach tworzy się kanał silnie zjonizowanego powietrza. I to właśnie wzdłuż tego kanału płynie prąd elektryczny. I to właśnie błyskawice i grzmoty towarzyszą temu przepływającemu prądowi. Przepływa wtedy prąd wyładowania o natężeniu od 10 000 do 100 000 A. Długość takiego kanału, który przewodzi prąd w chmurze burzowej, osiąga średnio od 15 km do 20 km. Natomiast długość takiego kanału od chmury do Ziemi to raptem od 2 km do 3 km.
Średnica kanału wynosi niewiele bo raptem 15 - 20 centymetrów. Oczywiście istnieją od tego odstępstwa i takie kanały mają większą średnicę. Czas przez który widoczna jest pojedyncza błyskawica - wyznacznik trwania wyładowania elektrycznego - wynosi od 0,2 do 1,5 sekundy. Przepływ prądu w czasie burzy w powietrzu prowadzi do natychmiastowego jego ogrzania i temperatura powietrza w kanale wzrasta wtedy do 15 000 - 30 000 K. Widoczne dla nas błyskawice będące wyładowaniami elektrycznymi w atmosferze, połączone z grzmotami (efekty dźwiękowe) nazywamy piorunami.
Rodzaje błyskawic - wizualne efekty przepływu prądu - w czasie burzy
W praktyce błyskawica to potężna iskra elektryczna, która długość wynosi kilku kilometrów. Potężna pojedyncza błyskawica jest oscylacyjna, na którą składa się wiele impulsów - od jednego do pięciu - trwających ułamek sekundy. Zapewne już wiecie ale warto dodać, że błyskawica pojawiająca się w strefie od chmury burzowej do Ziemi biegnie najkrótszą drogą. Przebiega ona wtedy przez najbardziej zjonizowane obszary. Wyróżniamy kilka błyskawic, których kształt zależy od intensywności elektryczności. Będą to błyskawice: płaskie, liniowe, wstęgowe i kuliste.
Wygląd błyskawicy płaskiej (burze) można opisać tak jakby cała chmura była rozpalona - błyskawica rozświetla duży obszar. Błyskawice płaskie mogą być iskrowe i tworzą się wewnątrz chmury i tym samym nie będą widoczne dla oka. Ponadto błyskawica płaska może wystąpić w górnej części chmury burzowej (Cumulonimbus) lub na jej szczycie. Kiedy pojawia się taka błyskawica? Błyskawice płaskie pojawią się, kiedy w chmurze burzowej jest odpowiednia napięcie do wyładowania elektrycznego, ale nowe ładunki napływają powoli. Zazwyczaj błyskawica płaskie pojawiają się w burzach słabych, a takie występują w okresie wiosennym oraz zimą.
Kolejnym rodzajem błyskawicy jaką odróżniamy jest błyskawica liniowa, dość charakterystyczny obraz na niebie w trakcie burzy. Można ją zilustrować jako potężną i sfalowaną iskrę elektryczną, rozciągającą się pionowo, z licznymi rozgałęzieniami po swoich bokach. To właśnie błyskawice liniowe (zwane także piorunami) są szkodliwe dla człowieka i jego otoczenia, ponieważ błyskawice liniowe uderzają w powierzchnię Ziemi - grunt, wodę, drzewa, inne obiekty - a tym samym wzniecają pożary czy w ostateczności prowadzą do śmierci.
Rozpatrując ten rodzaj błyskawicy pod kątem nauk fizycznych, uderzenie pioruna do Ziemi postępuje wąskim kanałem mającym średnicę kilkudziesięciu centymetrów. Duże napięcie elektryczne znajdujące się lokalnie w powietrzu powoduje, że wolne elektrony nabierają prędkości i dalej jonizują powietrze na swojej drodze. Proces ten zwiększa swoją siłę, podobnie jak powiększająca się kula śnieżna, ponieważ w trakcie pojawiają nowe elektrony powodujące przyśpieszenie. W efekcie powstaje kanał wypełniony dobrze przewodzącym zjonizowanym powietrzem. Taki kanał zwany jest liderem i jego tworzenie może nastąpić od chmury (przeważnie) lub od ziemi, bądź zaczynają się jednocześnie tworzyć dwa kanały od ziemi i od chmury po czym łączą się w jeden. Trwa to ułamki sekundy, po czym przebiega przez niego widoczna dla naszego oka błyskawica czyli wyładowanie główne. Również ono trwa ułamki sekundy liczone w tysięcznych. Następnie rozwija się kolejny kanał ze zjonizowanym powietrzem aby sprowadzić ładunki elektryczne z wyższych partii chmury. Może ich być kilka bądź kilkadziesiąt, a odstępny pomiędzy wyładowaniami są tak krótkie, że wręcz niezauważalne dla ludzkiego oka. Natomiast jeśli chodzi o długość błyskawicy liniowej to wynosi ona standardowo kilka kilometrów a jeśli takie wyładowanie jest między chmurowe to błyskawica osiąga długość nawet kilkanaście kilometrów. Przy uderzeniu pioruna wytwarza się temperatura dochodząca nawet do 30 000 stopni C, natężenie oscyluje pomiędzy 10 000 A - 100 000 A, więc prądy przy zjawisku burzy są ogromne.
Najgroźniejszym wyładowaniem elektrycznym w czasie burzy jest błyskawica wstęgowa czyli kilka następujących zaraz po sobie wyładowań, biegnących równolegle. Na zewnątrz takich kanałów znajdują się słabsze iskry a główne uderzenie biegnie po środku. Czasem następuje nawet więcej niż jedna błyskawica wstęgowa z tej samej chmury. Wyglądem przypomina latającą na wietrze wstęgę. Praktycznie w każdym przypadku kiedy błyskawica wstęgowa uderzy w dowolny obiekt na powierzchni Ziemi (zabudowania, drzewa, itd.) to wznieca pożar.
Rzadkim i zarazem ciekawym zjawiskiem jest błyskawica kulista o różnej wielkości - jak pięść człowieka bądź jak jego głowa. Porusza się przeciwnie do wiejącego wiatru po krętych drogach. Co ciekawe jej prędkość jest stosunkowo mała co pozwala na jej obserwacje. Powstało kilka teorii na jakiej podstawie tworzy się błyskawica kulista.
Według Meissnera błyskawica kulista to kula rozżarzonego gazu w ruchu obrotowym, która powstaje na drodze dwóch błyskawic biegnących w odwrotnych kierunkach. Błyskawica kulista jest podtrzymywana przez siły ciśnienia powietrza zewnętrznego oraz wewnętrzne siły wywołane ruchem obrotowym gazów. Jeśli do wnętrza błyskawicy kulistej dostanie się powietrze z zewnątrz następuje jej rozpad a przy tym następuje duży huk, tym większy im większa jest błyskawica.
Druga teoria powstawania błyskawicy kulistej, według Biełohonia, zakłada że powstaje ona w momencie uderzenia błyskawicy liniowej w dowolny obiekt. W momencie silnego uderzenia w dowolny przedmiot powstaje fala uderzeniowa, która po odbiciu się tworzy wirujący pierścień plazmowy. Taka błyskawica kulista utrzymuje się przez intensywność wiru oraz dzięki siłom elektromagnetycznym. Sama błyskawica kulista utrzymuje się aż do momentu istnienia jonizacji gazów a po zmniejszeniu rozpada się. Przy powierzchni Ziemi błyskawica kulista porusza się z prędkością 2 m/s, a jej rozpad prowadzi do głośnej detonacji i silnego zapachu ze słabym dymem. Natomiast powietrze znajdujące się we wnętrzu dla kuli o średnicy 10 metrów wiruje z prędkością około 2300 km/h.
Trzeba uważać ponieważ błyskawice kuliste wpadają do wnętrza domów czy innych budynków przez otwarte okna, drzwi czy inne szpary. Powodują przy tym duże zniszczenia i wywołują pożary. Również bezpośrednie zetknięcie takiej błyskawicy z ciałem człowieka prowadzi do poparzeń i często prowadzą do śmierci.
Obok klasycznych błyskawic wymienionych w tym dziale, odróżniamy także wyładowania koronowe zwane ogniami św. Elma. Występują one w obszarach burzowych i w przeciwieństwie do wcześniejszych błyskawic, tym nie towarzyszą grzmoty ani huki (są to ciche wyładowania). Ognie św. Elma powstają przez zgrupowanie ładunków elektrycznych w powietrzu. Wizualnie są to smugi świetlne, często widoczne w pobliżu przedmiotów o ostrym zakończeniu jak wieże, maszty, noże. Nieraz tworzą aureolę wokół głowy człowieka... W starożytności ognie św. Elma uznawane były raczej za dobry omen. Pojawiają się one w miejscach, gdzie natężenie pola elektrycznego osiągnie 30 000 V/cm. Wtedy elektrony zaczynają osiągać dużą prędkość i same jonizują napotkane powietrze. Trzeba jednak uważać na ognie św. Elma, bo choć jest to zjawisko efektowe to często poprzedza uderzenie błyskawicy w dany przedmiot lub obiekt.
Na sam koniec omawiania konkretnie zjawiska burzy poruszymy temat grzmotów czyli efektów dźwiękowych, jakie towarzyszą każdej iskrze elektrycznej. Siła huku (grzmotu) jest proporcjonalna do wielkości błyskawicy. Grzmot powstaje w momencie kiedy powietrze wewnątrz kanału błyskawicy gwałtownie się nagrzeje i zaczyna wtedy drgać. Po spłynięciu ładunków powietrze bardzo szybko się ochładza i wtedy oziębienie prowadzi do skurczenia się powietrza. Powietrze ponownie zaczyna drgać i wywołuje falę akustyczną.
Grzmoty powodowane są także przez wybuch gazu, który jest uwalniany w procesie chemicznym rozpadu paru wodnej na tlen i wodór i rozpadu powietrza (wywołanego wysokim napięciem błyskawicy o temperaturze 10 000 - 30 000 stopni C). Początkowo dźwięk grzmotu rozchodzi się z prędkością 5 000 m/s, a po ułamku sekundy jego prędkość zrównuje się z normalną prędkością dźwięku wynoszącą 333 m/s.
Burze nad obszarami lądowymi występują częściej niż nad oceanami. Można ich wyjątkowo dużo zaobserwować w okolicach równika. W strefie umiarkowanej na morzach burze mogą wystąpić przez cały rok a na wybrzeżach raczej w okresie letnim.
Co to jest szkwał? Chmury cumulonimbus a szkwał? Czy szkwał pojawia się razem z burzami?!
Szkwał w żeglarstwie, a pojawiająca się burza nad zbiornikiem wodnym... Trzeba wiedzieć, że powiewy wiatru nigdy nie są regularne. Można tylko stwierdzić, że na pewnym poziomie utrzymuje się z tą samą siłą. Wyróżnić można jednak wiatr, który wieje w różnych kierunkach o zmiennej prędkości - mówimy wtedy, że jest wiatr porywisty lub wiatr szkwałowy! Dodatkowo szkwał jest związany z pojawiającymi się w okresie letnim burzami.
Szkwał o dużych prędkościach występuje najczęściej w godzinach popołudniowych oraz w okresie letnim, rzadziej zimą. Najprościej szkwał można zdefiniować wiatr, który w krótkim czasie zwiększa swoja prędkość oraz jednocześnie kierunki. Wiatr zwiększa swoją prędkość 30-40 m/s w ciągu kilku czy kilkunastu minut. A zmiany kierunków wiatru zmieniają się o nawet 90 stopni. Powstaje on na styku miejsc o ścierających się masach z dużymi różnicami temperatur. W trakcie trwania szkwału temperatura zazwyczaj się obniża.
Tuż przed chmurą cumulonimbus pojawia się charakterystyczny wir o osi poziomej zwany kołnierzem burzowym (arcus). Obrazowo można go zilustrować jako postrzępiony wał pojawiający się tuż przed chmurą i z nią się przemieszczający. Kołnierz pędzi jakieś od 1 do 2 kilometrów przed strefą największych opadów. Wysokość takiego kołnierza nie przekracza 500 - 600 metrów. Pojawienie się szkwału następuje wraz z pojawieniem się kołnierza burzowego.
Bezpieczeństwo w czasie burzy. Jak się zachować podczas burzy? Gdzie uderza piorun (błyskawica)? Odkryj gdzie będzie burza i kiedy to nastąpi?!
Śledząc informacje o burzach najważniejsza dla nas jest informacje o tym, gdzie jest burza i potencjalnie w jakim miejscu możemy się jej spodziewać. Po drugie będąc w strefie burzy warto wiedzieć gdzie uderzy piorun z perspektywy człowieka i całej infrastruktury. Na powierzchni Ziemi i w chmurach znajdują się różnoimienne ładunki, które przyciągają się. Dlatego uderzenia pioruna następują w tych miejscach, gdzie izolacja powietrza jest najcieńsza czyli tam gdzie są największe obiekty. Na otwartych przestrzeniach piorun uderzy w wieże, samotnie stojące drzewa, budynki.
Sztuka przetrwania w czasie burzy. Jak zachować się w czasie nawałnic, burzy i klęsk żywiołowych? Inną ważną kwestią w czasie burzy to odpowiednie zachowanie, aby minimalizować wszelkie zagrożenia dla życia człowieka. Jest to kluczowa sprawa w trakcie wszelkiego rodzaju klęsk żywiołowych, a szczególnie w czasie burzy! Wiedz też, że kilka piorunów może uderzyć w ten sam przedmiot w krótkich odstępach ponieważ wywołany pożar za pierwszym razem jonizuje powietrze i następuje w tym miejscu wzrost przewodności.
Charakterystycznym elementem każdej burzy są oczywiście wyładowania elektryczne o bardzo dużym natężeniu. Obrazowo mówiąc, energia dostarczona przez piorun, umożliwiła by zasilenie 100- watowej żarówki przez 3 miesiące. Dlatego porażenie człowieka przez piorun jest bardzo niebezpieczne i w wielu przypadkach prowadzi do jego śmierci.
Ryzyko pojawienia się burzy wzrasta wraz z tworzeniem się kłębiastych chmur o ciemnej barwie u podstawy. To jak szybko znajdziesz się w miejscu gdzie jest burza, można określić poprzez czas rozchodzenia się dźwięku grzmotu. Przyjmuje się, że od uderzenia pioruna dźwięk grzmotu rozchodzi się z prędkością 340 metrów na sekundę. Zatem jeśli usłyszymy grzmot po 2 sekundach od uderzenia pioruna to znaczy, że znajdujemy się w odległości 680 metrów od miejsca, gdzie doszło do wyładowania elektrycznego. Pod względem bezpieczeństwa zakłada się, że czas jaki upłynął od uderzenia pioruna do usłyszenia grzmotu powinien wynosić aż 30 minut.
Jak działa uderzenie pioruna w trakcie burzy na człowieka? Człowiek może być rażony piorunem w trakcie burzy na dwa sposoby. Możemy mówić o porażeniu bezpośrednim i pośrednim. Raczej rzadko się zdarza, aby człowiek otrzymał uderzenie bezpośrednie. O wiele częściej zdarza się, że piorun uderza w ziemię w pobliżu człowieka.
Co dzieje się z ciałem człowieka uderzeniu pioruna? Piorun wybiera najkrótszą drogę przemieszczania się i zarazem o najmniejszych oporach. Dlatego po uderzeniu przechodzi przez nerwy, naczynia krwionośne i tkankę łączną ponieważ są one bogate w wodę i elektrolity. Może dojść także do tzw. wyładowania iskrowego, kiedy prąd przechodzi po skórze człowieka. Objawem tego są liczne poparzenia na ciele, uszkodzone ubrania i urazy mechaniczne spowodowane falą uderzeniową.
Burza może zastać Cię w różnych miejscach: w domu i poza nim, w górach, nad wodą czy na wolnej przestrzeni. Warto wiedzieć jak zachować się w odpowiedniej sytuacji dlatego przygotowałem listę podstawowych zasad, aby się ochronić przed piorunami. Przebywając w domu podczas burzy w pierwszej kolejności musisz zamknąć okna i drzwi, tak aby nie znajdować się w przeciągach powietrza z zewnątrz. Stając w otwartym oknie narażasz się na porażenie piorunem. Ponadto w trakcie burzy nie trzymaj w ręku noża, widelca ani innych metalowych przedmiotów zakończonych ostrzem.
Kolejną ważną zasadą bezpieczeństwa w budynkach podczas burzy jest odłączenie wszystkich urządzeń elektrycznych od źródła prądu poprzez wyciągnięcie wtyczki elektrycznej z kontaktów. Pamiętaj o odłączeniu telewizora, komputera, laptopa, pralki, lodówki, innych sprzętów RTV i AGD i itp. Wynika to z faktu, że jeśli piorun uderzy w naziemną sieć elektroenergetyczną, może dojść do porażenia ciała, a także do uszkodzenia sprzętu.
Zapamiętaj aby przed burzą, dla własnej wygody, naszykować latarkę z zapasowymi bateriami bądź świeczkę jakby doszło do przerw w dostawie prądu.
Wraz z burzą pojawiają się krótkotrwałe ale silne wiatry dlatego zabezpiecz luźne przedmioty na zewnątrz. Pochowaj krzesła, stoły, doniczki z parapetów czy balkonów. W sumie wszystko to co może spaść z wysokości powinno być zabrane ponieważ uderzenie takim przedmiotem może nawet doprowadzić do śmierci drugiej osoby.
Będąc poza domem w trakcie burzy musisz jak najszybciej znaleźć schronienie. Jednak chowanie się pod drzewami skutkuje jeszcze większym zagrożeniem. Zazwyczaj są one częstym celem piorunów ponieważ górują nad otoczeniem. Będąc w ich okolicy narażasz się na porażenie prądem od uderzającego pioruna. Również może dojść do złamania ciężkiego konara od silnego wiatru. Jeśli chodzi o rodzaje drzew, gdzie narażeni jesteście bardziej na pojawienie się pioruna, to szczególnie omijaj wiązy, dęby, topole, modrzewie.
Piorun prawie nigdy nie uderzy w klony, brzozy i akacje. Zakłada się, że zależy to od rodzaju gleby na jakich rosną dane drzewa oraz systemu ich ukorzenienia (im większy i głębszy tym częściej dane drzewo jest ofiarą pioruna). Ponadto piorun uderza w te drzewa, które są nasycone dużą ilością soków i tym samym lepiej przewodzą. Po uderzeniu pioruna w drzewo generuje się duża temperatura, soki zaczynają parować i wrząca para rozsadza drzewo. Będąc już jednak w lesie, znajdź takie miejsce, gdzie poszycie jest gęste.
W czasie pojawiających się piorunów odejdź jak najdalej od metalowych obiektów, ponieważ przyciągają one wyładowania elektryczne. Również nie chowaj się pod metalowymi konstrukcjami jak np. metalowe mosty czy choćby ceglane mosty. Unikaj w trakcie burzy także kominów lub wysokich dźwigów. Jednym słowem wszystkich obiektów, które są wysokie a pioruny mają do nich względnie krótką drogę.
W trakcie burzy zaleca się, aby osoba szukająca schronienia nie biegła. Udając się w bezpieczną przestrzeń nadal należy kontynuować marsz. Postaraj się być jak najbliżej podłoża. Dlatego jadąc rowerem, motocyklem czy na koniu, musisz z nich obowiązkowo zejść! Pozostaw je na boku w odległości 3 metrów od siebie i możesz następnie przykucnąć ze złączonymi nogami.
Jeżeli jesteście akurat w podróży lub otoczeniu miejskim, dobrym schronieniem będzie samochód, ponieważ zapewnia on skuteczną ochronę przed piorunami. Konstrukcja samochodu tworzy tak zwaną klatkę Faradaya czyli prąd będzie przemieszczał się po jego zewnętrznej stronie i nie przeniknie do jego wnętrza.
Będąc na otwartej przestrzeni najlepiej jest znaleźć obniżenie terenu, zagłębienie czy rów. Zejdź z wysokich punktów. Podczas uderzenia pioruna blisko Ciebie, przyjmij pozycję bezpieczną. Należy wtedy skulić się, przyciągnąć kolana do klatki piersiowej. Po uderzeniu pioruna lub tuż przed, niczego nie dotykaj. Oznaką uderzenia pioruna w najbliższej okolicy są stojące włosy. Postaraj się przy tym odizolować od podłoża czymś nieprzewodzącym elektryczności. Może to być śpiwór, materac, plecak, jakimś sznurem. Tym samym musicie mieć jak najmniejszy kontakt z podłożem i otoczeniem.
Innym środowiskiem naturalnym gdzie możesz się znajdować podczas burzy jest woda i jej otoczenie. Pamiętaj, że woda jest bardzo dobrym przewodnikiem elektrycznym, dlatego przebywanie w niej w trakcie burzy wiąże się z dużym ryzykiem porażenia piorunem.
Jeśli pływasz w tym czasie łódką po wodzie lub w niej, natychmiast dobij do brzegu i znajdź bezpieczne schronienie (np. samochód). W trakcie burzy nad wodą, może dojść do szkwału, o czym napisałem wcześniej.
Podczas wędkowania, zwiń sprzęt wędkarski i odłóż go na bok na ziemi. Wędka wykonana z włókna szklanego jest dobrym przewodnikiem prądu i nie wolno ich stawiać na sztorc.
Na sam koniec warto także omówić środowisko górskie. Obecnie bardzo dużo osób wędruje w górach, dlatego warto wiedzieć jak postępować w takiej sytuacji, tym bardziej że burza w górach jest szczególnie niebezpieczna. Piorun w górach uderza nie tylko w szczyty! Jeśli zauważysz nadciągającą burzę lub sprawdzisz to w prognozie pogody, najszybciej jak to możliwe zejdź najbliższym szlakiem z grani lub ze szczytu w dolinę bądź do schroniska. Pioruny mogą uderzyć w górach nie tylko w trakcie burzy, ale jeszcze przed nią, gdy panują wyśmienite warunki pogodowe z niebieskim niebem i słońcem. Mówimy wtedy, że uderzył grom z jasnego nieba. Piorun (wyładowanie dodatnie) wędruje wtedy górnymi partiami atmosfery, oddalając się od chmury burzowej nawet o 50 kilometrów i uderza w ujemnie naładowane partie ziemi. Takie uderzenia są bardzo potężne i niebezpieczne, przez siłę uderzenia oraz przypadkowość.
W trakcie burzy w górach nie chowaj się w jaskiniach oraz w źlebach, szczególnie mokrych. Nie opieraj się o skałę oraz nie podchodź pod okapy skalne. Często podczas burzy dochodzi do silnych opadów i aby się nie wychłodzić, okryj się czymś ciepłym i zabezpiecz odzież przed deszczem.
Pierwsza pomoc przy rażeniu piorunem w trakcie burzy. Porażenia prądem elektrycznym i uderzeniem pioruna
Już wiesz jak tworzy się burza oraz znasz podstawowe zasady bezpieczeństwa w trakcie jej trwania. Teraz przyszła kolei na to, aby omówić zasady udzielania pierwszej pomocy osobie, która została rażona piorunem. Udzielanie pomocy osobie porażonej piorunem w trakcie burzy jest takie samo, jak w przypadku porażenia prądem elektrycznym. Wszystko zależy także od rozległości urazu.
Przyczyna porażenia piorunem w trakcie burzy jest łatwa do analizy. Oczywiście w przypadku porażenia prądem elektrycznym przyczyn może być wiele. Od wadliwych urządzeń elektrycznych, przełączników po uszkodzone przewody elektryczne pozostawione bez opieki i należytego zabezpieczenia.
W przypadku udzielania pierwszej pomocy osobom porażonym prądem lub piorunem w trakcie burzy jest analiza rozległości odniesionych ran przez osobę poszkodowaną. Wszystko zależy od wysokości napięcia, natężenia prądu oraz od rodzaju podłoża, na którym znajdował się porażony piorunem.
Co się dzieje z człowiekiem po porażeniu piorunem? Przepływ prądu przez ciało człowieka może doprowadzić do tego, że nasze serce przestanie pracować oraz dojdzie do wstrzymania procesu oddychania. Porażenia prądem elektrycznym czy piorunem z burzy wiążą się także z oparzeniami. Takie rany powstają w miejscu, gdzie prąd wnika do organizmu człowieka. Dodatkowo oparzenia powstają w tych miejscach, gdzie prąd spływa do ziemi.
Podczas porażenia prądem zmiennym w organizmie dochodzi do skurczu mięśni. Takie zachowanie ciała człowieka powoduje to, że nie jesteśmy w stanie odrzucić przewodu elektrycznego. Skurcz mięśni ustępuje dopiero wtedy, kiedy zostanie wyłączony prąd.
Zatem pierwszym zadanie ratownika w czasie udzielania pierwszej pomocy przy porażeniu prądem elektrycznym lub piorunem jest zadbanie o własne bezpieczeństwo i także poszkodowanego w zdarzeniu. Potem należy przerwać obwód prądu w sieci głównej. Najlepiej jest wyłączyć bezpieczniki.
Czasem zdarza się, że ratownik nie ma możliwości wyłączenia bezpieczników dlatego musi się posiłkować innymi metodami ratowania osoby rażonej prądem. Postaraj się odizolować siebie od podłoża. Stań na drewnianej płycie lub macie izolacyjnej. Następnie odciągnij ratowanego od źródła prądu, nie dotykając go. Można to zrobić poprzez założenie liny na jego nogi i pociągnięcie jego ciała. W ostateczności załóż na ręce rękawiczki lub inny materiał izolacyjny. Jeśli ratowany dotyka źródła prądu, pamiętaj aby jako ratownik nie dotykać poszkodowanego.
Jeśli poszkodowany poprzez porażenie prądu znajduje się już w bezpiecznym miejscu, rozpocznij udzielanie mu pierwszej pomocy. Po pierwsze sprawdź tętno i to czy poszkodowany oddycha. Jeśli nie przywróć mu czynności życiowe. Następnie możesz schłodzić jego rany od poparzeń. Następnie opatrz je odpowiednim opatrunkiem. Jeśli poszkodowany jest nieprzytomny, połóż go w pozycji bocznej bezpiecznej. Jeśli u ratowanego ponownie wystąpi brak oddechu i tętna należy powrócić do działań w postaci resuscytacji krążeniowo - oddechowej. Następnie zaopiekuj się poszkodowanym aż do czasu przyjazdu lekarza / ratowników medycznych / pogotowia.
Podstawowe czynniki meteorologiczne w pogodzie. Co to jest pogoda i jak przewiduje się przyszłe warunki atmosferyczne?
W życiu codziennym słowo pogoda nie jest zbyt ściśle zdefiniowane i przypisuje się mu różne znaczenia. Najczęściej używamy je do określenia warunków atmosferycznych , którym towarzyszy małe zachmurzenie i łagodny wiatr, albo też przez dodanie odpowiedniego przymiotnika chcemy scharakteryzować jakiś wyróżniający się czynnik meteorologiczny - mówimy wtedy np. pogoda wietrzna , pogoda dżdżysta ; wreszcie mówi się ogólnie o złej lub ładnej pogodzie , nie podając ścisłego znaczenia tych określeń.
Przy naukowym traktowaniu zagadnienia takie dowolności nie mogą mieć miejsca. W meteorologii słowo pogoda oznacza zespół stanów i zmian czynników meteorologicznych obserwowanych w określonym czasie i miejscu . Czynników tych jest dużo: ciśnienie atmosferyczne , temperatura powietrza (na wysokości 2 metrów nad powierzchnią Ziemi) , pionowy rozkład temperatury powietrza , zawartość pary wodnej w powietrzu , przejrzystość powietrza , skłonność do tworzenia się kropelek wody lub kryształków lodu w powietrzu lub na powierzchni gruntu , stan zachmurzenia nieba , wysokość na jakiej występują chmury , rodzaj występujących chmur , opady i ich odmiany , kierunek, prędkość i struktura ruchu powietrza i inne.
Określenie pogody ma najczęściej znaczenie praktyczne w gospodarce. Potrzeby różnych instytucji są jednak bardzo różne. Lotnictwo np. interesuje się przede wszystkim ruchami powietrza, jego przejrzystością i procesami kondensacji pary wodnej w atmosferze. Dotyczy to głównie warstw powietrza zalegających na wysokościach kilkuset lub kilku tysięcy metrów nad powierzchnią Ziemi w rejonie . Rolnictwo jest zainteresowane ilością promieniowania słonecznego dochodzącego do powierzchni Ziemi, ilością opadów i temperaturą powietrza przy powierzchni Ziemi. Żeglugę morską interesuje siła wiatrów przy powierzchni wód, przejrzystość powietrza itd. W tych warunkach praktyczne określenie stanu pogody dla w różnych przypadkach musi uwzględniać inny zespół czynników meteorologicznych w regionie .
Trzeba sobie jeszcze uświadomić i to, że w meteorologii nie mają sensu tak popularne określenia, jak pogoda ładna lub brzydka , albo dobra lub zła , gdyż ta sama pogoda może być dobra dla jednych celów, a zła dla innych. Meteorolog musi więc ściśle określić, jaka jest pogoda , tzn. jakie są stany poszczególnych jej elementów, natomiast zalety lub wady takiego stanu pogody może ocenić tylko użytkownik.
Szczegółowe omówienie zagadnień związanych z pogodą tj. wielu procesów fizycznych zachodzących w atmosferze i wywierających bezpośredni lub pośredni wpływ na nasz tryb życia, stanowi tak obszerny temat, że wymaga napisania dużej książki. Poruszymy tu tylko najważniejsze problemy dotyczące pogody: ogólną charakterystykę podstawowych czynników meteorologicznych, warunki występowania zmian pogody i sposoby ich przewidywania oraz zasady pracy służby pogody.
Do podstawowych czynników meteorologicznych zalicza się temperaturę powietrza , ciśnienie atmosferyczne , ruchy powietrza , zawartość pary wodnej i produkty jej kondensacji w atmosferze.
Temperatura powietrza w dolnych warstwach atmosfery zależy głównie od temperatury powierzchni Ziemi, a więc od natężenia padającego na nią promieniowania słonecznego i właściwości fizycznych tej powierzchni . Im większa jest szerokość geograficzna (poza pasem międzyzwrotnikowym), tym bardziej ukośnie padają na Ziemię promienie słoneczne i mniej przynoszą energii na jednostkę powierzchni w rejonie . Kąt padania promieni zależy ponadto od pory roku, pory dnia i nachylenia zboczy wzniesień terenowych względem kierunku padania promieni słonecznych. Ponadto biorąc pod uwagę, że w nocy powierzchnia ziemska nie otrzymuje energii wprost od słońca i że sama wypromieniowuje energię w ciągu całej doby, przy czym chmury stanowią poważną przeszkodę w przenikaniu promieni, łatwo uprzytomnić sobie, że dopływ energii promienistej do powierzchni gruntu z reguły jest bardzo różne, z tym jednak, że na ogół maleje ze wzrostem szerokości geograficznej.
Temperatura gruntu zależy również od jego właściwości fizycznych, a więc od pojemności cieplnej, przewodnictwa cieplnego, zdolności pochłaniania i innych. Tak np. suche grunty szybko ogrzewają się i szybko stygną, a ich temperatury w ciągu roku wahają się w średnich szerokościach geograficznych w granicach sięgających 80C i więcej. W tych samych szerokościach geograficznych temperatura powierzchni oceanów w ciągu roku waha się w granicach zaledwie około 10C, a w ciągu doby zmienia się znikomo.
Temperatury powierzchni oceanów są zatem dość wyrównane i mało zmienne w czasie, natomiast temperatury powierzchni kontynentów wykazują znaczne różnice nawet w sąsiednich miejscowościach i szybko zmieniają się w czasie. Dlatego w lecie temperatura oceanu jest znacznie niższa od temperatury kontynentu w tych samych szerokościach geograficznych, w zimie natomiast jest na odwrót.
Struktura termiczna podłoża wywiera duży wpływ na temperaturę dolnych warstw powietrza, które przepływając nad różnie nagrzanym gruntem albo oddają mu swoje ciepło, albo pobierają. Temperatura powietrza w rejonie jest zwykle wynikiem szeregu takich procesów wymiany ciepła między podłożem i powietrzem.
Na temperaturę powietrza , zwłaszcza w jego wyższych warstwach, ma wpływ i inny czynnik, mianowicie dynamiczne zmiany temperatury w okolicach . Jak wiadomo z fizyki, rozprężenie gazu towarzyszy obniżanie się jego temperatury, a sprężaniu - jej podwyższanie się, jeżeli tylko nie zachodzi zbyt szybka wymiana ciepła z otoczeniem (ten warunek w atmosferze jest na ogół bardzo dobrze spełniony). Ponieważ więc ciśnienie powietrza w atmosferze ziemskiej maleje wraz z wysokością, powietrze unoszące się ku górze rozpręża się i ochładza, natomiast opadające ku dołowi ogrzewa się. W wyniku takich procesów temperatura powietrza suchego zmienia się o jeden stopień na każde 100 metrów zmiany wysokości. Tak więc powietrze, którego temperatura uformowała się w warstwie przyziemnej pod wpływem temperatury gruntu, odpływając ku wyższym warstwom stopniowo się ochładza. Z tej to przyczyny temperatura powietrza w granicach tzw. troposfery, tj. do wysokości kilkunastu kilometrów, im wyżej tym jest niższa. Zdarzają się odstępstwa od tej reguły, mianowicie występują w troposferze stosunkowo cienkie warstwy, w których temperatura powietrza z wysokością wzrasta. Są to tzw. warstwy inwersyjne, powstające wskutek napływu cieplejszego powietrza górą, opadania powietrza ku dołowi bądź też ochładzania się jakiejś warstwy powietrza od dołu.
Zmiany temperatury powietrza przy ziemi , stanowiące jedną z charakterystyk pogody, mogą być spowodowane działaniem czynników lokalnych lub też napływem powietrza znad chłodniejszych lub cieplejszych obszarów.
Warunki termiczne w przyziemnych warstwach powietrza (na wysokości 2 metrów na gruntem) zobrazować można na podstawie znajomości najwyższych i najniższych temperatur dotychczas notowanych na kuli ziemskiej.
Ciśnienie atmosferyczne tj. siła, z jaką atmosfera ziemska ciśnie na 1 cm2 powierzchni w niej zanurzonej, jest skutkiem działania siły ciążenia ziemskiego na gazy zawarte w atmosferze. Wielkość ciśnienia w jakimś punkcie atmosfery zależy od masy gazów znajdujących się powyżej tego punktu. Tak więc ciśnienie powietrza maleje ze wzrostem wysokości. Zależy ono również od gęstości powietrza, a zatem i od jego temperatury, bo im powietrze jest cieplejsze tym mniejsza jest jego gęstość. Ponieważ temperatura powietrza w jakimś punkcie atmosfery ulega ciągłym zmianom i masy powietrza ciepłego lub chłodnego poruszają się względem Ziemi, może to powodować lokalny wzrost gęstości powietrza lub jej zmniejszanie się, wskutek czego ciśnienie powietrza na ogół ma różne wartości w różnych punktach atmosfery, a w każdym jej punkcie z biegiem czasu zmienia się.
Średnia wartość ciśnienia atmosferycznego na poziomie morza w naszych szerokościach geograficznych (ciśnienie normalne) wynosi 1013,2 milibarów. Jest to ciśnienie nieco większe od 1 kG na 1 cm2. Ale wielkość ta zmienia się w naszych warunkach mniej więcej od 935 milibarów do blisko 1055 milibarów. Występują więc obszary o ciśnieniu mniejszym od normalnego, w których ciśnienie ku środkowi maleje, tzw. niże, oraz obszary o ciśnieniu wyższym i wzrastającym ku środkowi obszaru, zwane wyżami.
Ruch powietrza względem powierzchni ziemskiej wywoływany jest przez odpowiednią różnicę ciśnienia w sąsiednich punktach atmosfery. Pozioma składowa tego ruchu nosi nazwę wiatru. W naszych szerokościach geograficznych powietrze płynie w ten sposób, że obszar wyższego ciśnienia pozostaje po prawej stronie względem kierunku ruchu, zaś obszar niższego ciśnienia - po lewej. Tak więc w wyżu krąży ono w kierunku zgodnym z kierunkiem ruchu wskazówek zegara, natomiast w niżu - w kierunku przeciwnym. Na półkuli południowej te kierunki ruchu są odwrotne. Ponadto ruch powietrza jest tym szybszy, im większe są różnice ciśnienia na jednostkę odległości (im większa jest pozioma składowa gradientu ciśnienia). Tak więc kierunki i prędkości wiatrów są ściśle związane z poziomym rozkładem ciśnienia atmosferycznego i na podstawie znajomości rozkładu ciśnienia oraz ruchu niżów i wyżów można określić kierunki i prędkości rozległych prądów powietrza płynących wzdłuż powierzchni ziemskiej.
W dolnych warstwach atmosfery przeważają poziome ruchy powietrza, niemniej jednak występują tu również ruchy pionowe, zarówno skierowane ku górze (prądy wstępujące), jak i ku dołowi (prądy zstępujące). Prędkość tych prądów jest na ogół znacznie mniejsza niż prędkość wiatrów, jednakże odgrywają one bardzo ważną rolę, jeśli chodzi o pogodę, z nimi bowiem wiąże się sprawa tworzenia się i zanikania chmur.
Para wodna występuje w powietrzu w stosunkowo bardzo małych i zmiennych ilościach. Niemniej jednak, jeżeli chodzi o kształtowanie się pogody, woda odgrywa bardzo ważną rolę, stanowi bowiem jedyny składnik powietrza, który w warunkach, jakie panują w przyziemnej atmosferze, może występować w trzech stanach skupienia (jako niewidoczna para, jako kropelki wody lub jako kryształki lodu). Podczas ochładzania się powietrza, np. przy napływie powietrza nad chłodniejsze podłoże lub podczas wznoszenia się powietrza ku górze, zawarta w nim para wodna zbliża się do stanu nasycenia, a następnie ulega kondensacji, tj. przechodzi w mikroskopijne kropelki wody lub kryształki lodu, zależnie od panującej temperatury. W ten sposób powstają mgły lub chmury, a przy dalej postępującej kondensacji niektóre kropelki lub kryształki mogą na tyle wzrosnąć, że nie utrzymują się już w powietrzu, lecz spadają na ziemie, powodując opady mżawki, deszczu, śniegu, krupy lub gradu. Gdy zmiana stanu skupienia wody zawartej w powietrzu zachodzi na powierzchni Ziemi lub znajdujących się na niej ciał stałych, tworzą się tzw. osady (rosa, szron, szadź, gołoledź).
Znając choćby wymienione tu procesy, można już zorientować się, jak wielkie znaczenie dla stanu pogody ma zawarta w atmosferze woda. Od niej zależy wielkość zachmurzenia, wielkość opadów, występowanie mgieł, ilość promieniowania słonecznego dochodzącego do Ziemi i promieniowania ziemskiego odpływającego w przestrzenie międzyplanetarne, a pośrednio i temperatura powietrza. Przy dużym zachmurzeniu dobowe wahania temperatury są znacznie mniejsze niż przy niebie pogodnym.
Ubytek wody w atmosferze, spowodowany przez przez opady i osady, jest uzupełniany przez parowanie wód oceanów, mórz, jezior, rzek i wilgotnych gruntów. Para rozprowadzana jest w głąb atmosfery i nad inne rejony kuli ziemskiej przez prądy powietrza. Tak więc wiatry wiejące od strony oceanów i mórz niosą powietrze wilgotne, z dużą ilością chmur, mgieł i opadów, natomiast wiatry znad kontynentów przynoszą z sobą pogodę o małym zachmurzeniu.
Jak przewiduje się pogodę? Meteorologia czyli prognozowanie pogody.
Ten bardzo ogólnikowy opis i charakterystyka podstawowych czynników meteorologicznych pozwala już naszkicować zasady, na jakich opiera się przewidywanie pogody na kilkadziesiąt godzin naprzód w regionie .
Ogólny stan pogody na określonym obszarze i w określonym przedziale czasu zależy od właściwości fizycznych powietrza, jakie tam wówczas napływa oraz ewentualnych zakłóceń, jakie mogą wystąpić w przypadku graniczenia ze sobą dwu mas powietrza o odmiennych cechach charakterystycznych. Na tego rodzaju granicach powietrze cieplejsze i rzadsze unosi się ponad powietrze chłodniejsze i gęstsze, co w konsekwencji prowadzi do wzmożonej kondensacji pary wodnej, a więc większego zachmurzenia i intensywniejszych opadów. Towarzyszy temu zazwyczaj wzmożony ruch powietrza. Te aktywne granice między masami powietrza w meteorologii noszą nazwę frontów, z tym że przy nasuwaniu się powietrza cieplejszego na miejsce ustępującego powietrza chłodniejszego mówi się o froncie ciepłym, a przy odwrotnym biegu zjawisk mamy front chłodny. Trzeba zauważyć, że przebieg zjawisk meteorologicznych w obu tych przypadkach jest różny i że w przypadku frontów chłodnych jest on bardziej burzliwy, często zaś rozwija się po prostu w burze. Fronty występują w obszarach niskiego ciśnienia atmosferycznego.
Aby zatem przewidzieć pogodę, jaka będzie panowała nad jakimś obszarem, trzeba znać dokładnie właściwości mas powietrza, ich położenie geograficzne oraz kierunki i prędkość przemieszczania się względem powierzchni ziemskiej. Dlatego też muszą być wykonywane dla całej kuli ziemskiej obserwacje i pomiary meteorologiczne, których wyniki dostarcza się do wszystkich instytucji zajmujących się opracowaniem prognozy pogody dla ustalonych regionów. W tym celu została zorganizowana sieć stacji meteorologicznych. Na oceanach i morzach stacje znajdują się na statkach handlowych. Ponadto istnieje specjalna międzynarodowa łączność do przekazywania wyników obserwacji. W centrach prognostycznych wnosi się je na odpowiednie mapy, zwane mapami synoptycznymi. W ten sposób powstaje obraz poziomego rozkładu ciśnienia atmosferycznego, a więc i ogólnych prądów powietrza, jak również poziomy rozkład wielkości charakterystycznych dla poszczególnych czynników meteorologicznych, który umożliwia rozpoznanie właściwości poszczególnych mas powietrza, położenie tych mas i położenie frontów. Na podstawie tych danych meteorolodzy opracowują kierunki i wielkości zmian mających nastąpić w danym okresie, czyli sporządzają mapę prognostyczną i na jej podstawie określają przewidywaną pogodę.
Rozszerzając tą część przyjrzymy się teraz meteorologii, która jest częścią geofizyki, jedną z licznej rodziny nauk o fizyce Ziemi. Zajmuje się ona badaniem atmosfery - powłoki powietrznej otaczającej nasz glob, podobnie jak hydrologia bada wody pokrywające Ziemię - hydrosferę, a jeszcze inne nauki geofizyczne - jej wnętrze, barysferę, lub sztywną skorupę skalną - litosferę.
Meteorologię można określić jako fizykę atmosfery, tzn. naukę badającą procesy i zjawiska fizyczne zachodzące w atmosferze. Wielkości charakteryzujące stany fizyczne atmosfery nazywają się elementami meteorologicznymi. Do nich należy przede wszystkim promieniowanie słoneczne. Docierające do powierzchni Ziemi bezpośrednio lub rozproszone w powietrzu atmosferycznym, promieniowanie słoneczne stanowi źródło energii, praprzyczynę wszystkich procesów fizycznych atmosfery. Dlatego jest ono nie tylko elementem meteorologicznym, lecz i czynnikiem wywierającym bezpośredni lub pośredni wpływ na pozostałe elementy, takie jak temperatura i wilgotność powietrza, zachmurzenie, opady atmosferyczne, ciśnienie powietrza, wiatr i inne. Wszystkie elementy meteorologiczne są powiązane wzajemnymi zależnościami, tworząc wspólnie bardzo skomplikowany układ zjawisk i procesów, to co krótko nazywamy pogodą.
Do zadań meteorologii należą obserwacje i pomiary wymienionych elementów, niezbędne do wyjaśnienia różnych procesów zachodzących w atmosferze, takich np. jak powstawanie burz, rozwój czy zanik mgieł, chmur i wielu innych. Jednym z najważniejszych problemów meteorologii jest poznanie ogólnej cyrkulacji atmosferycznej.
Odpowiednio do obiektów badań, odpowiednio do naukowych i praktycznych zadań określających kierunki rozwoju, meteorologia dzieli się na szereg gałęziL aerologia zajmuje się badaniem wyższych warstw atmosfery, tzw. wolnej atmosfery, w której ruch powietrza nie podlega już wpływowi tarcia o nierówną powierzchnię Ziemi. Dynamika atmosfery zmierza do poznania i teoretycznego określenia prawidłowości zjawisk ruchu powietrza. Pogodoznawstwo (inaczej meteorologia synoptyczna lub krótko synoptyka) stworzyło podstawy naukowe przewidywania przyszłej pogody (prognozy meteorologiczne).
Klimat na Ziemi. Jak kształtuje się klimat na Ziemi? Jaki mamy klimat w Polsce?
Klimatem nazywamy charakterystyczny dla danego obszaru przebieg rocznych warunków atmosferycznych, określony na podstawie wieloletnich obserwacji.
Czynniki i elementy klimatologiczne. To wszystko, co warunkuje zjawiska klimatyczne - szerokość geograficzna, wysokość nad poziomem morza, odległość od oceanów i mórz oraz lądów i gór, rodzaj gruntu (skały, gleby, bagna, wody, lodowce), pokrycie terenu przez różne szaty roślinne, szatę śnieżną, wystawę czyli ekspozycję terenu względem stron świata, najczęstszych wiatrów, kierunku napływy wilgotnych bądź suchych mas powietrznych itp. - nazywamy czynnikami klimatologicznymi (klimatu).
To, na co wpływają wymienione czynniki - usłonecznienie, temperaturę, wilgotność powietrza, zachmurzenie, opady atmosferyczne, kierunek i prędkość wiatru itp., określone w przekroju wieloletnim - nazywamy elementami klimatologicznymi.
Można jednak inaczej określić elementy klimatu. Ponieważ taki lub inny układ wyżej wymienionych elementów w krótkim okresie czasu stanowi jednocześnie o określonym typie pogody (np. ciepła, bezchmurna, sucha i bezwietrzna lub pochmurna, dżdżysta, chłodna itp.), można traktować te typy pogody, tzn. pełne układy elementów meteorologicznych, jako zespołowe, kompleksowe elementy klimatu. W tym przypadku całokształt typów pogody - ich różnorodność, następstwo i częstość występowania, rozkład roczny itd. - składa się ostatecznie na to, co nazywamy klimatem danego obszaru.
Tak rozumiany stosunek klimatu do jego elementów (typów pogody) doprowadził do powstania kierunku w omawianej nauce - klimatologii kompleksowej. Za słusznością jego przemawia to, że wpływ klimatu (będącego skomplikowanym układem różnych typów pogody) na jakieś zjawisko lub przedmiot, np. na roślinę, polega właściwie na łącznym, jednoczesnym oddziaływaniu wszystkich elementów meteorologicznych, a nie jednego z nich, wybranego, z pominięciem pozostałych.
Takie oddziaływanie zmienia się oczywiście wraz ze zmianami pogody właściwymi dla danego klimatu i doprowadza po wielu latach do widocznego utrwalenia się w krajobrazie, w naturalnej szacie roślinnej, a nawet w rzeźbie terenu, specyficznych rysów charakteru danego klimatu.
Stąd pochodzą tak bardzo różne krajobrazy (rzeźba, roślinność itp.) pustyń, stepów, tundry, a nawet sąsiadujących ze sobą obszarów. Pomijając zasadniczy wpływ budowy geologicznej oraz ludzkiej działalności gospodarczej na krajobraz, krainy o podobnych klimatach mają cechy wspólne, widoczne w ich krajobrazie.
Daleko idący wpływ klimatu doprowadził dlatego do wyodrębnienia się wielkich stref klimatyczno - geograficznych na Ziemi. Różnice klimatyczne charakterystyczne dla terenów górskich, uwarunkowane przede wszystkim ich wysokością, przyczyniły się podobnie do powstania górskich pięter florystyczno - krajobrazowych.
Klimatologia jako nauka. Tak jak na klimat składają się (w znaczeniu omówionym) różne układy pogody i ich elementy (meteorologiczne), tak z drugiej strony klimat, obok innych, jest jednym z elementów środowiska geograficznego. Stąd siłą rzeczy nauka o klimacie - klimatologia, mająca wyraźnie określony własny przedmiot badań i będąca samodzielną nauką, jest spokrewniona zarówno z meteorologią, jak i geografią fizyczną.
W klimatologii rozróżniamy dwa zasadnicze odgałęzienia: ogólne i regionalne. Klimatologia ogólna zajmuje się badaniem praw rządzących kształtowaniem się klimatów w ogóle, poznawaniem wspólnych cech współczesnych klimatów podobnie uwarunkowanych przyczynowo, np. kraju, określonego rodzaju: górskich, nadmorskich i innych. Zadaniem klimatologii regionalnej jest klasyfikacja klimatów oraz regionizacja klimatyczna, tzw. wykrywanie różnic klimatycznych w obrębie większych obszarów i wydzielenie w nich określonych mniejszych regionów klimatycznych. Zależnie od potrzeb, od celu, dla którego ma służyć dana klasyfikacja lub dany podział na regiony, dobiera się odpowiednie kryteria. Inne są zasady klimatycznej regionalizacji upraw rolnych, np. kukurydzy, inne dla potrzeb turystyki i wczasów leczniczych, lub wreszcie dla celów ogólno fizjograficznych. Pod omawianym względem klimatologia regionalna zbliża się najbardziej do nauk geograficznych.
W regionalizacji klimatów, zwłaszcza do celów rolniczych, pomocna jest bardzo fenologia ( po grecku znaczy to nauka o zjawiskach). Jej celem jest badanie okresowości zjawisk występujących w świecie roślinnym i zwierzęcym jako skutku okresowości w rocznym przebiegu pogody. Wieloletnie obserwacje główniejszych fraz rozwojowych w życiu roślin i zwierząt - np. pór zakwitania, owocowania itp., przelotu, lęgu, odlotu ptaków itp. oraz wielu podobnych zjawisk - pozwalają na podział roku na fenologiczno - klimatologiczne pory. Obserwacje z poszczególnych lat informują natomiast o odchyleniach badanych zjawisk od normy wieloletniej. W tym przypadku organizmy roślinne i zwierzęce spełniają w badaniach rolę instrumentów żywych, reagujących na całokształt zjawisk meteorologicznych bądź klimatologicznych.
Fenologia przerzuca most pomiędzy naukami biologicznymi - przede wszystkim ekologią a omawianymi w tym artykule. Zgodnie z kierunkiem badań, metody fenologiczne stosowane w klimatologii interesują szczególnie specjalistyczną gałąź tej nauki, agroklimatologię. Ta ostatnia jest jednocześnie częścią bioklimatologii, obejmującą szeroki zakres zagadnień m. in. badanie wpływu klimatu na organizmy ludzkie. Jest rzeczą wiadomą, że człowiek inaczej odczuwa przebywanie w różnych klimatach. Wybitnie suchy bądź wilgotny klimat, ciepły lub chłodny, górski czy nizinny wpływa różnie na zdolność do pracy i ogólne samopoczucie człowieka, odporność na choroby itp. Stąd wynika zagadnienie aklimatyzacji, przyzwyczajenia się, dostosowania organizmu człowieka czy roślin czy zwierząt do określonych warunków, oraz zdolności do zmiany tych przystosowań w odmiennych, nowych warunkach klimatu w innym kraju.
Uzyskane w bioklimatologii wyniki badań dotyczące człowieka wiążą tę naukę z częścią nauk medycznych (np. terapia, higiena). Obok bio- lub agroklimatologii rozwinęły się również inne specjalistyczne gałęzie klimatologii, służące określonym zainteresowaniom naukowym lub praktycznym. Ze względu na metody zmierzające do poznania klimatu można wyróżnić we współczesnej klimatologii, poza poprzednio wspomnianą kompleksową, również klimatologię dynamiczną lub synoptyczną. Wprowadzają one próby analizy klimatologicznego materiału obserwacyjnego pochodzącego z okresu wieloletniego, przy pomocy metod stosowanych w fizyce atmosfery czy w meteorologii synoptycznej. Pozwala to niewątpliwie na lepsze poznanie genezy i struktury klimatu.
Makroklimat i mikroklimat. Badania prowadzone przez stacje klimatologiczne wykazują znaczne różnice wyników obserwacji, w zależności od wyboru miejsca na stację i sposobu ustawienia przyrządów. Otwarte pole, obszar zadrzewiony, szczyt pagórka czy dno doliny mają swój odrębny klimat. Przyrządy ustawione nisko nad powierzchnią gruntu lub parę metrów nad nią wykazują również ważne różnice warunków termicznych, wilgotności powietrza, prędkości wiatru itp. panujących na różnych wysokościach w przyziemnej warstwie atmosfery. Stąd wynikła potrzeba określenia warunków, w jakich powinny być prowadzone badania zmierzające do poznania klimatu wielkiego obszaru - makroklimatu. Każda normalna stacja klimatologiczna powinna być położona w miejscu możliwie charakterystycznym (reprezentacyjnym) dla makroklimatu danego regionu. Przy zakładaniu stacji unikamy miejsc nadmiernie osłoniętych przez drzewa i budowle, terenów śródmiejskich itp.; termometry i higrometry służące do określenia wilgotności powietrza umieszcza się w specjalnych budkach - przewiewnych żaluzjowych klatkach meteorologicznych - na wysokości 2 metrów nad płaskim zadarnionym poletkiem obserwacyjnym (sposoby ustawienia przyrządów określają przepisy ustalone przez Światową Organizację Meteorologiczną). W ten sposób unika się wpływu bezpośredniego działania na przyrządy promieniowania słonecznego i wpływu różnych lokalnych czynników, podłoża i otoczenia stacji.
Poznanie makroklimatu nie wystarcza jednak dla wielu potrzeb specjalnych. Znaczna część ludności zamieszkuje i pracuje w gęsto zabudowanych osiedlach miejskich, w ośrodkach przemysłowych, w warunkach zupełnie odmiennych od klimatu panującego w okolicy.
Ludzie, a zwłaszcza dzieci, żyją, poruszają się w warstwie poniżej dwóch metrów wysokości. Nisko przy powierzchni gruntu rozwijają się wszystkie kultury rolne. Dlatego zainteresowanie bio i agroklimatologii skierowane są w dużym stopniu również na badania szczególnych warunków klimatu przygruntowej warstwy powietrza, zalegającej poniżej 2 metrów czyli tzw. mikroklimatu, uzależnionego właśnie od różnych - ważnych dla żywych organizmów - wpływów podłoża i najbliższego otoczenia. Badania mikroklimatyczne sięgają coraz częściej do gęsto zabudowanych śródmieść, do pomieszczeń zamkniętych - szpitali, żłobków, fabryk. Wyniki podobnych badań są coraz lepiej rozumiane i uwzględniane przy [pszukiwaniach lepszych rozwiązań w planowaniu osiedli, a nawet przy projektowaniu poszczególnych większych budowli.
Obok makroklimatu i mikroklimatu istnieje również pojęcie mezoklimatu czyli klimatu miejscowego (lokalnego) danego obiektu terenowego, doliny, kotliny, kompleksu jezior lub wzniesień. Niezależnie od jednorodności klimatu jakiegoś większego obszaru, każdą kotlinę czy dolinę rzeczną przecinającą dany region cechuje indywidualny klimat lokalny. W obniżeniach terenowych gromadzi się podczas nocy, zwłaszcza w zimie i gdy nie ma silnych wiatrów, chłodne, cięższe powietrze. Tak powstają słabo wentylowane zastoiska chłodu, wypełniane często przez mgły i dymy, które nie tylko utrudniają dopływ tak potrzebnych dla zdrowia promieni słonecznych, ale niekiedy, w przypadku dymów przemysłowych wręcz zatruwają powietrze.
Przy zakładaniu osiedli i ośrodków przemysłowych trzeba się naturalnie liczyć z łatwym dostępem do wody i warunkami komunikacyjnymi. Zwykle są one bardziej dogodne w dolinach, na dnie których niestety panuje zazwyczaj gorszy klimat miejscowy. Często jednak można znaleźć w danej okolicy rozwiązanie lokalizacyjne i pozwalające na szczęśliwe wyzyskanie warunków fizjograficznych, w tym również właściwości miejscowego klimatu. Czasem wystarczyłoby przesunąć zabudowę nieco dalej od dna doliny na jej zbocza i tak ją rozlokować, aby uniknąć szkodliwych wpływów lokalnego klimatu. Wskazują na to liczne błędy w rozmieszczeniu różnych inwestycji (sanatoriów itp.) popełnione w przeszłości u nas i za granicą.
Z tych względów przy projektowaniu rozbudowy istniejących zakładów przemysłowych, osiedli mieszkaniowych i uzdrowisk, a tym bardziej przy zakładaniu nowych ośrodków, bierze się obecnie coraz bardziej pod uwagę - oprócz innych czynników fizjograficznych - również warunki klimatu miejscowego. Jest to np. nieodzowne przy budowie zakładów wyzyskujących lub produkujących energię jądrową lub zakładów wydzielających szczególnie szkodliwe dymy i gazy.
Klimaty świata. Koncepcje podziału klimatów świata są bardzo liczne, przy tym różnią się znacznie między sobą. W jednych koncepcjach podział opiera się głównie na różnicach stosunków termicznych i opadowych; szereg klimatologów przyjmuje przy tym izotermę najchłodniejszego miesiąca około +20 stopni za granicę klimatów gorących, a izotermę najcieplejszego miesiąca około +10 stopni za granicę stref umiarkowanych i chłodnej ( zbiega się ona mniej więcej z granicą lasu i tundry). W innych klasyfikacjach podstawą podziału klimatów jest, oprócz kryteriów fizyczno - klimatologicznych, zróżnicowanie głównych zespołów szaty roślinnej (klimaty puszczy równikowej, sawanny, pustyni, roślinności śródziemnomorskiej, stepu, lasów liściastych i mieszanych, lasów iglastych, tundry wiecznych śniegów i lodowców podbiegunowych).
Z klasyfikacji polskich autorów najbardziej znany jest podział klimatów świata W. Gorczyńskiego. Za podstawę podziału przyjmuje on tzw. stopień suchości - kombinację amplitudy rocznej temperatury powietrza oraz wskaźnika zmienności opadów (stosunek różnicy najwyższych i najniższych miesięcznych sum opadów do średniej sumy rocznej), z uwzględnieniem współczynnika wpływu szerokości geograficznej na amplitudę rocznych wahań temperatury i współczynnika stałego, tak dobranego, aby stopień suchości dla centralnej Sahary wynosił równo 100%. Podział Gorczyńskiego wyróżnia następujące grupy klimatów:
I klimaty gorące (temperatura najchłodniejszego miesiąca ponad +21 stopni), wilgotne;
II klimaty suche (temperatura najchłodniejszego miesiąca ponad -5 stopni), stopień suchości ponad 20%;
III klimaty umiarkowane (temperatura najchłodniejszego miesiąca od +21 stopni do -5 stopni), stopień suchości nie większy niż 20%;
IV klimaty skrajne (temperatura najchłodniejszego miesiąca poniżej -5 stopni, najcieplejszy poniżej +10 stopni);
V klimaty śniegowe (temperatura najcieplejszego miesiąca nie większa niż +10 stopni);
Klimaty Polski. Polska położona jest wraz z większą częścią Europy w strefie umiarkowanej. Charakteryzuje ją przewaga wiatrów zachodnich. Wraz z nimi przemieszczają się w głąb naszego kontynentu morskie, atlantyckie masy powietrzne. Polska znajduje się w atlantycko - europejskim obszarze klimatycznym, obejmującym północną Francję, południową Skandynawię i szereg innych krajów. Do Polski docierają często również kontynentalne masy powietrzne. Klimat Polski jest więc klimatem przejściowym pomiędzy morskim, łagodnym Europy zachodniej oraz kontynentalnym Europy wschodniej.
Przy większej przewadze wpływu morskich mas powietrza mamy w Polsce łagodniejszą zimę albo chłodniejsze i bardziej wilgotne lato. Jak przeważają masy kontynentalne - zima jest u nas surowa i mroźna, lato - suche i upalne. Wpływy te różnicują również klimat obszaru Polski, co jest szczególnie widocznie w zimie. Morskie masy powietrzne częściej docierają do zachodnich ziem polskich, kontynentalne - odpowiednio do wschodnich. Dzięki temu w styczniu prawie na całym obszarze dorzecza Odry średnie wieloletnie temperatury są wyższe od -2 stopni, a przy ujściu Nysy Łużyckiej nawet wyższe od -1 stopień. Natomiast na wschodzie kraju jest znacznie chłodniej. Temperatury stycznia wynoszą tu poniżej -4 stopni, a miejscami dochodzą prawie do -5 stopni. Stosunkowo ciepło jest nad Bałtykiem, co zawdzięczamy wpływami tego morza. Chłodno, poniżej -4 stopni i -6 stopni jest w górach. Im wyżej tym chłodniej. Ten wpływ wysokości zaznacza się w górach również w lecie, izoterma lipca na terenach górskich wynosi +17 stopni. W tum czasie na ziemiach środkowej Polski i w obniżeniach podgórskich temperatury dochodzą miejscami do +19 stopni.
Chłodniejsze są obszary pojezierne, nadmorskie. Wpływ morza nie tylko łagodzi, jak widać z tego, chłody zimowe, lecz również hamuje letnie ocieplenie. Jest to zrozumiałe, gdyż wody stygną i ogrzewają się wolniej aniżeli ląd. Ponadto falowanie i prądy przenoszą w lecie w głąb wody znaczną ilość ciepła, które w chłodnej porze roku morze zwraca atmosferze. Ciepło jest zużywane również na parowanie wody morskiej. Bardziej wilgotne powietrze znad morza sprowadza większe zachmurzenie i opady, zwłaszcza gdy musi wznieść się wyżej, przekraczając wyniosłości terenowe. Dlatego mamy w Polsce większe opady na pojezierzach, szczególnie na Pomorzu, bardziej wysuniętym na wiatry zachodnie i północno - zachodnie. Suma rocznych opadów sięga tu wielkości ponad 700 mm. Tak duże opady spotykamy tylko na znacznych wyniosłościach wyżyn południowej Polski i w górach, gdzie roczne sumy opadów przekraczają 1000 mm.
Podobnie jak i w pasie północnych pojezierzy, obfitsze opady występują w zachodniej części wyżyn i gór, bardziej wystawionej na działanie wiatrów zachodnich (morskich mas powietrznych). Najmniej opadów otrzymują niziny centralnej Polski (poniżej 500 mm), miejscami o przeszło 25% mniej niż nadmorska część środkowego Pomorza. Obszar najmniejszych opadów odpowiada mniej więcej obszarowi najwyższych temperatur letnich, sprzyjających intensywnemu parowaniu. W warunkach klimatycznych panujących w centralnej Polsce jedynie w latach o normalnym rozkładzie opadów ilość wody w glebie wystarcza do uzyskania dobrych plonów rolnych. Niedobory opadów, zwłaszcza wiosennych, pojawiające się co kilka lat, grożą częściej klęską posuchy rolnictwu. W ogóle duża zmienność pogody w Polsce, komplikuje poważnie bieg robót rolnych w polu, jest jedną z głównych cech naszego klimatu.
Oprócz morskich i kontynentalnych mas powietrznych tzw. polarnych, właściwych dla średnich wielkości szerokości geograficznych, kształtujących u nas głównie pogodę i klimat, napływają czasem nad polskie ziemie również masy zwrotnikowe i arktyczne. Przeważnie pojawiają się u nas wiosną i jesienią. Napływowi pierwszych towarzyszy okres ciepłych i pogodnych dni wiosennych albo okres złotej jesieni i babiego lata. Pojawienie się masy arktycznej powoduje wystąpienie okresu późnych przymrozków wiosennych albo wczesnych jesiennych, często także przy dość słonecznej pogodzie, ale wyraźnie chłodnej.
Zarówno wiosna jak i jesień dzielą się w warunkach klimatu polskiego na dwa podokresy: przedwiośnie (o przykrej marcowej pogodzie) i wiosnę właściwą (bardziej słoneczną) oraz jesień właściwą (również dość pogodną) i przedzimie lub szarugę jesienną (przeważnie słotną i chłodną). To wyróżnienie dwóch dodatkowych pór roku, charakterystycznych dla klimatu naszego kraju i terenów sąsiednich, oprócz czterech ogólnie znanych w klimatach strefy umiarkowanej, jest zasługą wielkiego klimatologa i geografa polskiego E. Romera. Według jego koncepcji podział Polski na regiony klimatyczne przedstawia się w ogólnych zarysach następująco:
- na północy, wzdłuż Wybrzeża wraz z deltą Wisły, region klimatu bałtyckiego bardzo łagodnej zimie, niezbyt ciepłym lecie i przewadze opadów jesiennych w stosunku do wiosennych;
- na obu pojezierzach Pomorskim i Mazurskim, klimat pojezierny o wyraźnie chłodniejszej zimie w porównaniu do klimatu bałtyckiego oraz klimatu nizin sąsiadujących od południa; wpływ morza zaznacza się tu podobną jak na północy przewagą opadów jesiennych nad wiosennymi;
- równoleżnikowy pas środkowych nizin polskich obejmuje region klimatu wielkich dolin o łagodniejszej zimie na zachodzie i surowszej na wschodzie, o lecie cieplejszym niż na północy; region ten, zwłaszcza jego środkową część, charakteryzują najmniejsze w Polsce opady;
- klimat wyżyn środkowych, obejmujący Wyżynę Śląsko - Małopolską i część Lubelskiej z Roztoczem; cechuje go surowsza zima i obfitsze opady;
- klimat podgórskich nizin i kotlin (Śląska, Oświęcimska, Sandomierska); charakteryzują go mniejsze opady, wyższe temperatury zarówno w lecie, jak i w zimie, zwłaszcza nad Odrą;
- na samym południu klimat górski, o chłodnym lecie; na większych wysokościach występują w ogóle najniższe średnie temperatury i największe opady;
- klimat zaciszy śródgórskich, który cechują przede wszystkim wielkie kontrasty termiczne dnia i nocy.
Można tu dodać, że na północnym zachodzie naszego kraju oraz na południu w górach, obserwuje się często silne wiatry, występujące głównie w chłodnej porze roku. Z powyższego opisu widać, że klimat Polski jest - jak na stosunkowo niewielki obszar kraju - bardzo zróżnicowany. Świadczy o tym m. in. obraz występowania szaty śnieżnej. Nad Środkową Odrą, nad dolnym biegiem Nysy Łużyckiej, na wybrzeżu bałtyckim, szczególnie zachodnim, pokrywa śnieżna zalega zwykle tylko 30 - 40 dni. Tak jak i w całej zachodniej części kraju, nie jest tu ona trwała. Zanika i odnawia się kilkakrotnie w ciągu zimy. Na wschód od Wisły ilość dni z pokrywą śnieżną wzrasta do ponad 60, a miejscami np. na Suwalszczyźnie, zalega zwykle ponad trzy miesiące. Jest przy tym znacznie trwalsza, rzadziej zanika w czasie zimy.
Oczywiście w górach południowej Polski, w ich partiach szczytowych, śniegi leżą bez porównania dłużej (około 150 - 200 dni). Obraz stosunków śnieżnych w porze zimowej w Polsce zmienia się rzecz jasna z roku na rok. W wieloleciu trafiają się czasem zimy śnieżne, jak i bardzo ubogie w śnieg.
Klimat Polski ma również dużo walorów. Dzięki pięknej zazwyczaj pogodzie panującej na Wybrzeżu latem, zwłaszcza w lipcu, nasze miejscowości nadbałtyckie (mające doskonałe piaszczyste plaże) zaliczane są do poszukiwanych wypoczynkowych miejscowości nadmorskich. Dość pogodne lato i słoneczna jesień w naszych górach, a może jeszcze bardziej pogodny okres obejmujący drugą połowę zimy i początek wiosny, wyjątkowo bogaty w promieniowanie słoneczne, stwarza doskonałe warunki lecznicze, wypoczynkowe i turystyczne.
Cechy dodatnie naszego klimatu stanowią pewien rodzaj bogactwa naturalnego, które umiejętnie wskazane, może być źródłem różnych korzyści (pielęgnowanie zdrowia ludności, a nawet zwiększenie dochodu narodowego). Coraz lepsza znajomość klimatu może ułatwić w wielu dziedzinach prowadzenie bardziej racjonalnej gospodarki.
Kształtowanie się klimatów na poszczególnych kontynentach. Klimat Afryki. Klimat Ameryki Południowej i Północnej. Klimat Australii. Klimat Antarktydy. Klimat Azji. Klimat Europy.
Klimat Afryki jest najgorętszym kontynentem świata. Jej jednostajnie gorący klimat różni się w poszczególnych strefach nie tyle przebiegiem temperatury, która jest tam we wszystkich porach roku stale wysoka, ile ilością opadów atmosferycznych. Jednakowe warunki nasłonecznienia przy słabym rozczłonkowaniu pionowym sprawiają, że po obydwóch stronach równika układają się równoleżnikowo podobne strefy klimatyczne. Ciągną się one prawie przez całą szerokość kontynentu z zachodu na wschód, ulegając lokalnym odchyleniom jedynie w górach i na wyżynach, zwłaszcza na obszarach leżących na wschodzie od linii wielkich jezior tektonicznych.
W strefie równikowej wysoka temperatura powietrza utrzymuje się prawie niezmiennie przez cały rok, a opady atmosferyczne wahają się w granicach 1500 - 3000 mm rocznie. Toteż panuje tu niepodzielnie puszcza tropikalna. Największe opady, bo osiągające 4000 mm, występują nad Zatoką Gwinejską, zwłaszcza w Kamerunie i w dolnej Nigerii, gdzie wiejące od Atlantyku wiatry oddają największą część swej wilgoci. Równie obfite opady występują na wschodnich krańcach Madagaskaru. Wilgoć i ciepło sprawiają, że uprawa roślin znajduje się w tej strefie klimatycznej w miejscach wykarczowanych dobre warunki rozwoju. Jednakże, jak dotąd, zajmuje tu ona znikomo małe obszary.
W miarę oddalania się od równika na północ i południe ilość opadów maleje, okres suszy wydłuża się, lato staje się gorętsze niż na równiku, przy czym amplituda wahań temperatury rośnie, puszcza tropikalna rzednie i jaśnieje, a tam gdzie opady nie dosięgają 1000 mm rocznie, ustępuje lasom parkowym i sawannie. Największe obszary tej strefy klimatycznej leżą w Afryce wschodniej oraz w wilgotnych południowych częściach Sudanu. Mają one wprost idealne warunki do rozwoju produkcji roślinnej i hodowli, toteż są stosunkowo gęsto zaludnione i dość intensywnie zagospodarowane.
Dalej na północ, gdzie deszcze padają tylko w lecie i utrzymują się w granicach 500 - 250 mm, sawanna przechodzi w ubogi step trawiasty, całkowicie wysychający na zimę, gdzie utrzymują się z trudem wędrowne pasterskie plemiona. Jeszcze dalej na północy, na pograniczu Sahary, przechodzi w półpustynię. Lato jest tam jeszcze gorętsze, a roczna i dobowa amplituda wahań temperatury bardzo wielka. Wreszcie obszary pustynne Sahary z opadami poniżej 100 mm rocznie obejmują ponad 7 mln km2 powierzchni i rozciągają się, z wyjątkiem Atlasu, prawie do samego Morza Śródziemnego.
Na południu kontynentu strefy sawanny, stepów suchych, półpustyń i pustyń układają się nieco inaczej aniżeli na północy. Tutaj w związku z górzystością wybrzeża wschodniego, obficie zraszanego opadami przynoszonymi przez wschodni pasat, opady maleją w kierunku południowo - zachodnim. Obszary suche są tu o wiele mniejsze aniżeli na północy. Kalahari jest raczej półpustynią. Właściwa pustynia rozciąga się dopiero dalej na zachodzie w bezpośrednim sąsiedztwie morza. Ciągnie się ona stosunkowo wąskim pasmem wzdłuż południowo - zachodniego wybrzeża kontynentu i obejmuje przede wszystkim krainy Dama i Nama. Temperatura powietrza nie osiąga tu nigdy takiej wysokości jak w Sudanie lub na Saharze, gdyż powietrze jest stale ochładzane przez zimny Prąd Benguelski, płynący wzdłuż brzegów od południa z wód Antarktydy.
Wreszcie na obu krańcach kontynentu Afryki znajduje się wąski pas klimatu etezji, tupu śródziemnomorskiego o bardzo łagodnej, deszczowej zimie i gorącym, suchym lecie. Na północy obejmuje on północne krańce Maroka, Algierii i Maroka i Tunezji, a na południu RPA. Jego łagodność sprzyja osadnictwu europejskiemu, które osiągnęło tu szczytowy punkt rozwoju.
Klimat Ameryki Południowej. Prawie dwie trzecie Ameryki Południowej ma jednostajnie gorący, wilgotny klimat tropikalny lub subtropikalny. Na nizinnych obszarach Amazonki i Orinoko gdzie jest najgorętszy i najwilgotniejszy, średnie temperatury dzienne utrzymują się prawie przez cały rok na wysokości 25 - 26 stopni C. Ta jednostajność w połączeniu z niesłychaną wilgotnością czyni go dla Europejczyków wprost nie do zniesienia. O wiele zdrowszy jest klimat na wyżynach, w sawannach i w pampasach. W prawdzie dzięki większej słoneczności temperatura podnosi się tam w dzień jeszcze wyżej aniżeli na nizinach, ale jej większa zmienność, a zwłaszcza przewiewność i suchość powietrza sprawiają, że Europejczycy czują się w nim stosunkowo dobrze.
Południowe krańce Brazylii, Urugwaj i region dolnego biegu La Platy w Argentynie, mają klimat bardziej umiarkowany. Pory roku zaczynają się tam wyraźniej, temperatura lata i zimy oraz dnia i nocy waha się w dużych granicach a opady atmosferyczne tylko w pobliżu wybrzeży są obfite.
Całkiem inaczej układają się stosunki klimatyczne w Andach i zachodnim wybrzeżu kontynentu. Od Panamy aż do przylądka Horn występują wszelkie typy klimatów, jakie tylko istnieją na kuli ziemskiej, od gorąco - wilgotnego w Kolumbii i Ekwadorze, do gorąco - pustynnego na wybrzeżach południowego Peru i północnego w Chile, i od umiarkowanie ciepłego śródziemnomorskiego w środkowym Chile do wybitnie zimnego w Ziemi Ognistej, gdzie lodowce spływają z gór do samego morza. Zbocza wschodnie są wilgotne, toteż i roślinność jest na nich bardzo różnorodna i obfita. Zbocza zachodnie są przeważnie suche i bezleśne, a na południe częściowo zupełnie pustynne. Przyczyną tego niezwykle charakterystycznego zjawiska jest przybrzeżny zimny Prąd Peruwiański, nad którym wiejące od Pacyfiku wiatry tracą swoją wilgoć i docierają do lądu całkowicie wysuszone. Suchość klimatu jest tu większa, aniżeli na Saharze. Na pustyni Atacama, sięgającej od wybrzeża Pacyfiku aż do wysokości 1000 m w górach, deszcze padają raz na kilka lat.
Na znacznej części wybrzeża na skutek ubogich opadów krótkie rzeki andyjskie nie docierają do Oceanu, lecz wsiąkają w podłoże, a rolnictwo może być prowadzone jedynie przy pomocy sztucznego nawadniania.
Klimat Ameryki Północnej. Przeważająca część Ameryki Północnej leży w strefie umiarkowanej. Tylko południowe krańce kontynentu leżą w strefie tropikalnej i mają klimat gorący. Na północy Archipelag Arktyczny, Alaska i polarna strefa Kanady, a na północnym wschodzie Grenlandia i cały Labrador do szerokości geograficznej Warszawy mają klimat bardzo surowy i zimny. Zimne wody Prądu Labradorskiego wdzierają się daleko na południe, powodując ogólne oziębienie i częste zmiany pogody. Nawet północne krańce ciepłej Florydy pozostają pod ich wpływem i nie są wolne od przymrozków, które swego czasu wyparły z nich kulturę owoców południowych do słonecznej Kalifornii. Ten zimny prąd morski sprawia, że Ameryka Północna jest znacznie zimniejsza od Europy. Nowy Jork, choć leży na szerokości geograficznej Neapolu, ma zimę taką, jak nasza Warszawa, a południowe krańce Michiganu, choć położone na szerokości Riviery francuskiej, mają zimę z mrozami przekraczającymi często -20 stopni C.
Południkowy układ gór sprawia, że na wielkie niziny kontynentu, rozciągające się pomiędzy Appalachami i Górami Skalistymi, wdzierają się od północy bez żadnych przeszkód zimne masy powietrza arktycznego, które często sięgają aż do Zatoki Meksykańskiej, powodując śnieżyce i dotkliwe mrozy. Skutki gwałtownych blizzardów przybierają nieraz rozmiary katastrofy: wymrażają oziminy i sady, zasypują drogi i osiedla, gubią pod śniegiem na zimowych pastwiskach stada owiec i bydła.
Z drugiej znów strony w lecie pojawiają się od południa znad Zatoki Meksykańskiej gwałtowne tornada, które z niezmierną siłą i szybkością pędzą wzdłuż Missisipi i Ohio, siejąc po drodze straszliwe spustoszenia.
Cały ten obszar, z wyjątkiem wąskiego pasa niziny nad atlantyckiej, Florydy i pobrzeża meksykańskiego ma klimat typowo kontynentalny, z ostrą zimą i bardzo upalnym latem. Dzięki bardzo obfitym opadom wiosennym i letnim, zwłaszcza we wschodniej części dorzecza Missisipi, klimatyczne warunki dla rolnictwa są tu nad wyraz korzystne, toteż jest to największy na kuli ziemskiej obszar uprawy bawełny, kukurydzy i tytoniu i jeden z największych obszarów uprawy pszenicy.
Na zachodnich krańcach prerii, w Górach Skalistych i na wyżynach środkowego zachodu kontynentalizm klimatu jeszcze bardziej wzrasta, ale temperatury, ile w rozkładzie opadów atmosferycznych. Są one tam bardzo skąpe, w związku z czym roślinność jest uboga, góry przeważnie bezleśne, a granica wiecznego śniegu w górach przebiega bardzo wysoko.
Na południu: w Nevadzie, Kolorado i w Arizonie klimat jest na wpół pustynny, lato niezmiernie gorące i bardzo suche, toteż rolnictwo tamtejsze wymaga prawie wszędzie sztucznego nawadniania. Północ jest wilgotniejsza i znacznie bardziej leśna, ale też o wiele zimniejsza.
Zachodnie krańce kontynentu pozostają pod wpływem Pacyfiku, lecz jego zasięg jest niewielki, gdyż kończy się na linii Kordylierów Nadbrzeżnych. Pobrzeża Alaski, cała Kolumbia Brytyjska i Oregon mają klimat wybitnie oceaniczny. Zimy są tam znacznie łagodniejsze aniżeli w głębi lądu, lata natomiast o wiele chłodniejsze i bez porównania wilgotniejsze. W związku z tym roślinność w tej części Ameryki jest bardzo bujna, a tamtejsze lasy należą do najwspanialszych na kuli ziemskiej.
Na wybrzeżu kalifornijskim klimat ma cechy śródziemnomorskie, lecz lato jest tam niezbyt upalne i dość późne, średnio o 9 stopni C chłodniejsze niż nad Atlantykiem. Przyczyną tego zjawiska są zimne prądy północne, które sprawiają, że nawet w San Francisco, a więc na szerokości Sycylii, wysokie temperatury letnie ustalają się na dobre dopiero w sierpniu. Południowe krańce Kalifornii w Stanach Zjednoczonych oraz cały Półwysep Kalifornijski w granicach Meksyku leżą już w strefie subtropikalnej i mają klimat wybitnie gorący i suchy. Obszary te należą do najgorętszych na kuli ziemskiej. Równie suche, lecz mniej gorące jest wyżynne wnętrze Meksyku, zwłaszcza w jego części północnej na pograniczu ze Stanami Zjednoczonymi. Natomiast południowe części Meksyku oraz reszta Ameryki Środkowej wraz z Antylami mają klimat tropikalny, a więc bardzo wilgotny i bardzo gorący.
Klimat Antarktydy. Klimat antarktyczny stanowi osobny typ, zwany glacjalnym. Czynnikiem decydującym o pogodzie jest stały wyż (antycyklon) antarktyczny nad kontynentem, otoczony rozległymi bruzdami niskiego ciśnienia nad sąsiednimi oceanami. Możemy scharakteryzować klimat tej olbrzymiej lodówki jako typ wyjątkowy, o średniej rocznej przekraczającej we wnętrzu lądu -50 stopni C i niskiej, bo dochodzącej do 30 stopni C poniżej zera, a nie przekraczającej 0 stopni C temperaturze lata. Klimat to o względnie małej rocznej amplitudzie termicznej z nikła ilością opadu atmosferycznego (20 - 40 cm rocznie). Obserwowano tu temperatury dochodzące do -90 stopni C. Nie spotykamy tu takiej amplitudy termicznej jaka charakteryzuje klimat arktyczny. W niektórych obszarach pogranicznych między dziedzinami wyżu i niżu, o dużych gradientach (różnicach) barometrycznych, spotyka się wyjątkowo silne wiatry, a częste są mgły.
Antarktyda jest jedynym lądem na globie, gdzie nie ma rzek i prawie zupełnie brak jezior i deszczu. Zaledwie około 1% powierzchni kontynentu nie ma lodowej pokrywy.
Klimat Arktyki. Region polarny zalega stale potężna ruchoma masa chłodnego powietrza, warunkująca w dużej mierze stan pogody w Europie, Azji i Ameryce Północnej. Najcharakterystyczniejszą cechą okolic arktycznych są niskie temperatury, zwłaszcza w zimie. Najniższe spotyka się jednakże nie w okolicy bieguna na obszarze morskim, ale na lądzie azjatyckim w obrębie Gór Czerskiego, na południe od koła podbiegunowego północnego., gdzie klimat kontynentalny powoduje bardzo surowe zimy z temperaturami spadającymi nawet poniżej -70 stopni C i stosunkowo wysokimi, dochodzącymi do +20 stopni C temperaturami w lecie. Natomiast region bieguna północnego odznacza się niskimi (poniżej -20 stopni C) średnimi temperaturami rocznymi. Innymi cechami klimatu arktycznego są stosunkowo niskie ilości opadu, spadającego naturalnie przede wszystkim w postaci śniegu.
W krajach arktycznych występuje jeszcze dzisiaj na poważną skalę zlodowacenie. Zachowały się tutaj relikty plejstoceńskiej epoki lodowej, kiedy ta zwarta czapa lądolodu sięgała głęboko w kontynent amerykański i euroazjatycki. Z reliktów tych na pierwsze miejsce wysuwa się lodowa czapa grenlandzka. Jest to potężna masa lodowa. Spływa ona jak ciasto ku brzegom otaczających mórz, gdzie się cieli. Cieleniem nazywamy odrywanie się gór lodowych od lądolodu. Taka to góra lodowa spowodowała głośne swego czasu zatonięcie statku Titanic w 1912 roku na Atlantyku. Wielokrotnie mniejsze obszary lądolodu zalegają niektóre z wysp arktycznych. Inne wyspy nie mają już lodowców na skutek braku wystarczającej do stworzenia lodowców ilości opadu śnieżnego, a tym samym wielkiej suchości klimatu arktycznego. Reliktem epoki lodowej jest także szeroka cirkumpolarna strefa wiecznej zmarzliny, tj. gruntu, utrzymującego w ciągu całego roku temperaturę poniżej 0 stopni C. W obszarze wiecznej zmarzliny ziemia jest zmarznięta nawet do głębokości kilkuset metrów. W lecie taje przy powierzchni ziemi do głębokości kilku metrów.
Klimat Australia i Oceania. O klimacie Australii utarła się opinia, że jest jednostajnie gorący i suchy. Rzeczywiście blisko 3/4 kontynentu ze względu na zbyt małe i bardzo nieregularne opady nie nadaje się pod uprawy. Przy pomocy różnych metod można jednak - pomijając tzw. martwe serce Australii w głębokim wnętrzu kontynentu - zdobyć takie ilości wody, jakie są niezbędne przynajmniej do rozwoju hodowli.
W suchym wnętrzu Australii, odciętym od deszczonośnych pasatów bariery gór wschodnich, najbardziej gorący jest północ - zachód. Upały letnie trwają tu po kilka miesięcy, przy średnich temperaturach dobowych dochodzących niemal do 40 stopni C. Średnie temperatury miesięcy zimowych nie spadają poniżej 30 stopni C. Na nizinie południowej lato jest ciepłe (średnia stycznia 20 stopni C). Zdarzają się jednak nagłe skoki temperatur dobowych spowodowane wiatrami. Wdzierające się od południa wichury antarktyczne obniżają w ciągu niewielu minut temperaturę o kilkanaście stopni, podczas gdy upalne, porywiste wiatry pustynne podnoszą ją gwałtownie.
Zupełnie odmienne warunki klimatyczne panują na wybrzeżu wschodnim, północnym i południowo - zachodnim. Na wschodzie obfite deszcze padają przez cały rok, przy wyraźnym natężeniu w ciągu lata, sumując się średnio do 2000 mm. Lato w strefie nadmorskiej nie jest tak upalne jak we wnętrzu, niemniej jednak średnie temperatury stycznia w części północnej utrzymują się w granicach 26 - 30 stopni C, na południu zaś 20 - 26 stopni C. Zima, w zależności od szerokości geograficznej, zmieniła się od nieco chłodnej na południu po zupełnie ciepłą na północy. Na wybrzeżu północnym panuje gorący klimat monsunowy (średnia temperatura stycznia 30 stopni C, lipca 20 stopni C, opady w porze letniej 1000 mm). Nieduży skrawek wybrzeża południowo - zachodniego o typowym klimacie śródziemnomorskim otrzymuje rocznie ponad 1000 mm opadów, z czego na porę jesienno - zimową przypada około 3/4. Temperatury kształtują się tu podobnie jak na wschodzie w tym samym pasie szerokości.
Porównując regiony klimatyczne Australii z okręgami gospodarczo - osadniczymi, można stwierdzić, że najdogodniejsze warunki dla człowieka ma południo - wschód. Tu tez powstał wszechstronnie rozwinięty kompleks gospodarczy z intensywnym rolnictwem, różnorodnym przemysłem i dużą ilością miast. Na północy rozwój osadnictwa europejskiego utrudniają nadmiar wilgoci i zbyt wysokie temperatury, we wnętrzu zaś - niedobór i wielka nieregularność opadów oraz nadmierne upały letnie. Południo - zachód ma wprawdzie dogodny klimat, nie może jednak odgrywać większej roli w gospodarce całego kontynentu z powodu zbyt małej powierzchni.
Klimat Azji. Silne nagrzewanie się lądu w lecie i jego ochładzanie w zimie wytwarza charakterystyczne układy ciśnienia atmosferycznego nad Azją. W zimie wielki wyż znajduje się w Azji centralnej, drugi, podrzędny, w północno - zachodniej części Niziny Hindostańskiej. Stąd rozchodzą się wiatry we wszystkich kierunkach, ulegając zboczeniu w prawo pod wpływem wirowego ruchu Ziemi. Niemal cała Azja jest wtedy pod wpływem kontynentalnych, suchych mas powietrza. Jedynie od strony Morza Śródziemnego dochodzą wędrowne cyklony przez Azję Mniejszą do Iranu i Afganistanu. Przeciwnie w lecie, kiedy nad lądem tworzy się niż baryczny, nad ląd napływają masy powietrza morskiego. Jeśli jednak napotykają na górską przeszkodę, wtedy bardzo szybko tracą wilgoć i do wnętrza lądu przynoszą suche powietrze. Stąd to na wschodnich i południowych obszarach Azji występuje przeważnie klimat monsunowy, wewnątrz zaś lądu - klimat skrajnie kontynentalny. Ze względu jednak na ogromną rozciągłość południkową Azji wyróżnić w niej trzeba kilka stref klimatycznych, podkreślonych w zachodniej i środkowej części jeszcze silniej wskutek klimatycznej bariery, jaką tworzą równoleżnikowo ciągnące się łańcuchy gór.
Wyspy Indonezji i Półwysep Malajski oraz południowa część Cejlonu mają klimat równikowy morski ze słabo zaznaczającym się wpływem monsunowego krążenia powietrza. Wyróżnia się on wysokimi (25 - 27 stopni C) średnimi temperaturami roku, bardzo małymi rocznymi (do 3 stopni C) i dobowymi (do 10 stopni C) wahaniami temperatury, stałą dużą wilgotnością powietrza (ponad 80%) i dużą ilością opadów w postaci ulewnych deszczów. Pas klimatu podrównikowego (subterytorialnego, czyli równikowych monsunów) obejmuje Półwysep Indyjski i wschodnią część Niziny Hindostańskiej, Półwysep Indochiński i południowe Chiny po główny grzbiet Gór Południowochińskich. Od listopada do lutego trwa chłodniejsza pora roku, ale bez przymrozków, z wiatrami od lądu i z średnią temperaturą 15 - 20 stopni C. Już od marca temperatura się podnosi i w maju lub czerwcu osiąga roczne maksimum, około 30 stopni C. Nastaje okres upałów z dokuczliwą suszą. Gdy zmienia się kierunek wiatru i od strony morza napływa letni monsun, niosący nieco chłodniejsze powietrze, nastaje pora ulewnych deszczów. Zmianie wiatru towarzyszą na Filipinach, Półwyspie Indochińskim, a zwłaszcza na Morzu Południowochińskim, katastrofalne tajfuny. Suma opadów jest różna, zależnie od wystawy względem wiatru, osłonięcia pasmami górskimi i odległości od morza. W tym jednak obszarze zdarzają się najwyższe miesięczne i roczne sumy opadów na całym świecie. We wrześniu opady ustają, a w wielu miejscowościach notuje się wtórny okres upałów, stopniowo jednak nadchodzi chłodniejsza, sucha pora roku. Półwysep Arabski, południowe wybrzeża Persji i Beludżystanu oraz zachodnia część Niziny Hindostańskiej obejmuje klimat zwrotnikowy, czyli tropikalny, o cechach wybitnie kontynentalnych. Przez cały rok panuje tu susza, z wyjątkiem gór Jemenu i Omanu, które otrzymują nieco opadów późnym latem. Średnia temperatura roku przekracza 25 stopni Ci, ale roczne i dobowe jej wahania są bardzo duże. W niektórych okolicach trafiają się nocne przymrozki, a w letnie dnie temperatura przekracza nawet 50 stopni C. Omówione dotychczas obszary należą do gorącej strefy klimatycznej.
Wybrzeża Izraela, Syrii, Cypru i Azji Mniejszej oraz wyżyny Iranu i Afganistanu mają klimat podzwrotnikowy o pewnych cechach klimatu śródziemnomorskiego: zimowa pora roku zaznacza się tu wędrownymi cyklonami, przynoszącymi obfite opady na wybrzeżu i w górach. Pozostałe obszary mają opady znacznie mniejsze i klimat ich przedstawia skrajnie suchą odmianę klimatu śródziemnomorskiego. Przeciwnie - na czarnomorskich wybrzeżach Azji Mniejszej pora deszczowa jest znacznie dłuższa i główne jej natężenie przypada na jesień, we wschodniej zaś części Gór Pontyjskich i w otoczeniu Niziny Kolchidzkiej opady są wyjątkowo obfite i brak tu pory suchej. W górach często spada śnieg, na nizinach jest on rzadkością. Na wyżynach, zwłaszcza w Armenii, notowane są długie okresy mrozu, ale na wybrzeżu nawet przymrozki są rzadkie. Lato jest tam upalne i na ogół suche. Inny typ klimatu podzwrotnikowego, mianowicie podzwrotnikowy klimat monsunowy obejmuje środkowe Chiny aż o góry Cinling-szan i południową część wielkiej Niziny Chińskiej, południowy skrawek Korei i znaczą część wysp Japonii (bez Hokkaido). Deszcze przynosi tu monsun letni. Panuje wtedy ciepła i dżdżysta pora roku z temperaturą około 25 stopni C. Zimowy monsun nie dochodzi tu z pełną siłą, bo albo napotyka górską przeszkodę, albo przechodząc nad morzem (morze Żółte i Japońskie) ogrzewa się i nabiera wilgoci. Mimo to trafiają się sporadyczne przymrozki w części północnej. Średnia temperatura stycznia utrzymuje się między 0 stopni C a 10 stopni C.
W pasie klimatu umiarkowanego przeważają w Azji obszary o klimacie zdecydowanie kontynentalnym. W zimie tworzy się masa powietrza mroźnego i suchego. Panuje wtedy bezchmurna pogoda, bez wiatru, z bardzo małymi opadami śnieżnymi. Mrozy są silne nawet w Tybecie, mimo jego niskiej szerokości geograficznej, bo jest to obszar bardzo wysoko położony. Na Nizinie Turańskiej już na wiosnę, dalej na północ i wschód dopiero w lecie dopływa z zachodu morskie powietrze, które jednak po drodze ulega przekształceniu w powietrze lądowe. Przynosi ono opady, malejące ku wschodowi. Tylko w górach wystarczają one do rozwoju bujnej roślinności. Lata są upalne, z wyjątkiem obszarów górskich i wyżynnych. Wyróżnia się tutaj wschodnią część pasa umiarkowanego. Obejmuje ona północne Chiny wraz z Mandżurią, Koreę z wyjątkiem południowego krańca, północną część wysp Japonii oraz góry i niziny nad środkowym Amurem. Zimy wyróżniają się tu silnymi wiatrami, przynoszącymi z głębi lądu mroźne, suche powietrze, w lecie natomiast wieją wilgotne wiatry od morza, przynoszące dostateczną ilość opadów. Roczne wahania temperatury przekraczają przeważnie 40 stopni C.
Olbrzymi obszar Azji północnej ma klimat chłodny, borealny. Zimy są tu mroźne i właśnie w tym pasie notuje się najniższe na globie (obok Antarktydy) miesięczne temperatury (Wierchojańsk) i najniższe skrajne temperatury (Ojmiakon) w obszarze zwanym biegunem zimna. Powietrze jest wtedy suche, a pogoda bezwietrzna. W lecie przynajmniej przez 3 miesiące temperatura przekracza 10 stopni C, a miejscami dochodzi prawie do 20 stopni C. Opady są nieduże (100 - 500 mm), z letnim maksimum, ale przy słabym parowaniu przeważnie wystarczają dla lasów szpilkowych.
W wąskim północnym pasie Azji panuje klimat arktyczny. W zimie jest tu powietrze mroźne, a często wieją silne wiatry. Cieplejsza pora roku trwa zaledwie 2 - 4 miesiące i temperatura wtedy waha się w granicach 0 - 10 stopni C, co nie pozwala na rozwój drzew. W najzimniejszych częściach tego pasa panuje wieczna zima i wyspy Ziemi Północnej pokryte są wielkimi czaszami lodowców mimo małych opadów śniegu.
Klimat Europy. Prawie cała Europa leży w północnej strefie umiarkowanej. Zachodnia część podlega wpływom morskich mas powietrza, których przesuwanie się zależy od względnie stałych obszarów wysokiego i niskiego ciśnienia. Dla Europy takimi szczególnie ważnymi ośrodkami są: maksimum azorskie oraz minimum islandzkie. W zimie zaznacza się, zwłaszcza we wschodniej i środkowej Europie, działanie wyżu północno - azjatyckiego, czyli syberyjskiego, który w lecie zanika. Obserwujemy wówczas wpływ maksimum azorskiego.
Rozkład ciśnień atmosferycznych sprawia, że w Europie zachodniej przeważają w zimie wiatry południowo - zachodnie i zachodnie, w lecie zaś wiatry zachodnie i południowo - zachodnie. Tej właśnie przewadze mas powietrza znad Oceanu oraz wpływowi ciepłego Prądu Zatokowego płynącego wzdłuż wybrzeży Norwegii Europa zawdzięcza swoje klimatyczne uprzywilejowanie. Wyraża się ono m. in. średnią roczną temperaturą o kilkanaście stopni wyższą niż temperatury miejscowości leżących na tych samych szerokościach geograficznych na kontynentach azjatyckim i amerykańskim. Na szerokości geograficznej, na której znajdują się w Europie przemysłowe i rolnicze ośrodki Anglii i północnych Niemiec, leży w Ameryce Północnej prawie bezludna tundra i lasy szpilkowe Labradoru, zaś na szerokości geograficznej fiordów Norwegii rozciągają się śnieżne pustynie Grenlandii.
Średnie temperatury zimy obniżają się w miarę oddalania od Atlantyku, tj. w kierunku z zachodu na wschód. W tym kierunku wzrasta również kontynentalność, której miarą są amplitudy najcieplejszego i najzimniejszego miesiąca. Wynoszą one np. w Irlandii i na zachodnich wybrzeżach Anglii i Breatanii 8 - 10 stopni C, na równinie rosyjskiej 25 stopni C, a na krańcach wschodniej Europy 35 stopni C.
Wpływ Atlantyku i ciepłego Prądu Zatokowego na układ temperatur jest silniejszy, niż wpływ szerokości geograficznej (kąta padania promieni słonecznych, który maleje w miarę przesuwania się na północ).
Znajduje to swoje odzwierciedlenie przede wszystkim w izotermach stycznia, które zwłaszcza w zachodniej części kontynentu europejskiego mają przebieg nie równoleżnikowy, lecz południkowy lub zbliżony do południkowego. Tym tłumaczy się dziwne na pozór zjawisko, że np. Trondheim w Norwegii ma średnią temperaturę stycznia prawie taką samą jak Berno, położone o 2000 km na południe. Na północy kontynentu europejskiego niskie temperatury notujemy tylko w wewnętrznych regionach Skandynawii i Finlandii, oddzielonych od Oceanu barierą gór. Izotermy lipca natomiast wykazują większą zależność od szerokości geograficznej, toteż ich przebieg jest bardziej zbliżony do równoleżnikowego.
W silnie zróżnicowanej pod względem rzeźby Europy zachodniej obserwuje się wielką różnorodność rzeczywistych temperatur. Są one bowiem zależne od wzniesienia ponad poziom morza. Mniejsze różnice wykazuje oczywiście jednostajna, równinna Europa wschodnia. Dla południowych regionów kontynentu europejskiego charakterystyczny jest kontrast pomiędzy gorącym i suchym latem oraz łagodną i deszczową zimą. Są to właściwości tzw. klimatu śródziemnomorskiego.
Klimat Europy odznacza się znaczną wilgotnością i dostateczną ilością opadów. Obszary zachodnie, położone bliżej Atlantyku, mają ich więcej niż kontynentalna, oddalona od mórz, Europa wschodnia. I tutaj jednak ilość opadów jest na ogół wystarczająca dla potrzeb rolnictwa. Obfitość opadów zależy nie tylko od bliskości morza, ale również od rzeźby terenu. Kontrasty wynikające z różnicy wzniesień są niekiedy bardzo jaskrawe. Np. zachodnie zbocza Gór Skandynawskich otrzymują 4000 mm opadów rocznie, a doliny, położone w najbliższym sąsiedztwie - dziesięć razy mniej. Znaczną ilość opadów otrzymują góry, zwłaszcza ich stoki zwrócone w stronę Oceanu Atlantyckiego lub Morza Śródziemnego. Najmniej opadów w zachodniej Europie mają obszary północne, co pozostaje w związku z niską temperaturą i słabym parowaniem. Mało deszczów otrzymują też południowe krańce zachodniej Europy, z powodu przewagi antycyklonalnego stanu atmosfery na tym obszarze. Skrawki południowej Hiszpanii, zasłonięte górami od zachodnich wiatrów, otrzymują np. zaledwie 120 mm opadów w roku, co stanowi minimum dla Europy.
Część opadów we wschodniej i środkowej Europie ma postać śniegu, który utrzymuje się tu w zimie przez dłuższy czas. Natomiast w zachodniej Europie względnie trwała pokrywa śnieżna istnieje tylko na północy i w górach, w których panują zresztą specyficzne warunki klimatyczne. Klimat górski odznacza się między innymi znaczną wilgotnością, swoistymi układami wiatrów oraz kontrastami wynikającymi z różnicy naświetlenia stoków.
Biorąc pod uwagę temperatury i rozkład opadów można wyróżnić najogólniej w Europie trzy następujące wielkie obszary klimatyczne. Śródziemnomorski z gorącym i suchym latem oraz wilgotnością i stosunkowo łagodną zimą. Umiarkowany z morskim klimatem na zachodzie i coraz bardziej kontynentalnym na wschodzie. Północny odznaczający się chłodnym latem i niską temperaturą w zimie.
Atmosfera ziemska i jej wpływ na pogodę dla danego obszaru kuli ziemskiej.
Według wszelkiego prawdopodobieństwa wszystkie większe ciała niebieskie, a więc gwiazdy, planety i księżyce są otoczone warstwą gazów. Te warstwy gazowe noszą nazwę atmosfer. Skład chemiczny atmosfer ciał niebieskich jest różny, zależy bowiem od panujących tam warunków fizyko - chemicznych, a przede wszystkim od temperatury, gdyż od niej zależy stan skupienia poszczególnych pierwiastków i związków chemicznych, a także powstawanie i rozkład różnych substancji chemicznych. Istnieją więc np. atmosfery składające się w przeważnej części z dwutlenku węgla, z amoniaku lub metanu; istnieją też atmosfery nie zawierające tlenu.
Grubość i gęstość atmosfer jest również rozmaita, gdyż zależy od siły przyciągającej gazy przez dany glob, od składu chemicznego atmosfery i od temperatury tych gazów. Należy pamiętać, że siła przyciągająca jest wypadkową siły grawitacyjnej, tym większej, im większa jest całkowita masa globu oraz siły odśrodkowej, która jest zależna od prędkości obrotowej globu wokół własnej osi i od jego wymiarów. Wynika stąd, że im masa globu jest mniejsza i szybkość jego obrotu wokół własnej osi większa, tym mniejsza jest wypadkowa siła przyciągania i tym mniejsza gęstość i grubość atmosfery. Znane są atmosfery bardzo cienkie i niezmiernie rzadkie, jak np. atmosfera Merkurego lub Księżyca, lub też znacznie gęstsze od ziemskiej np. w przypadku Jowisza. Warto wreszcie zauważyć, że atmosfery poszczególnych ciał niebieskich zmieniają się z biegiem czasu, gdy warunki fizyczne ulegają tam zmianie.
Dzieje atmosfery ziemskiej. W przypadku atmosfery ziemskiej brak jest dowodów na to, że uległa ona istotniejszym przemianom, niemniej jednak mamy podstawy do przypuszczeń, że Ziemia w swej młodości przeżywała jeżeli nie okres stadium gazowego, to w każdym razie - stadium ciała ciekłego, i że temperatura jej musiała wobec tego wynosić kilka tysięcy stopni. W takich warunkach atmosfera ziemska nie mogła mieć takiego składu chemicznego jak obecnie. Wiele związków chemicznych, które obserwujemy obecnie na Ziemi, nie mogło istnieć przy tak wysokich temperaturach. Istniały natomiast inne, które obok pierwiastków nie połączonych występowały w dużych ilościach w stanie gazowym, a tym samym wchodziły w skład atmosfery. W tych czasach atmosfera nasza prawdopodobnie była znacznie gęstsza i wywierała na Ziemię bez porównania większe ciśnienie.
Są przypuszczenia, że pierwotna atmosfera Ziemi składała się w dużym stopniu z cyjanu, tj. związku azotu z węglem (CN). W miarę stygnięcia Ziemi swobodny tlen zaczął się łączyć z innymi pierwiastkami, wskutek czego w pewnym okresie historii Ziemi było go bardzo mało w atmosferze. Ponowne pojawienie się swobodnego tlenu jest w dużej mierze przypisywane działalności świata roślinnego, który rozkłada dwutlenek węgla na tlen i węgiel.
W tych warunkach termicznych związek H2O nie mógł istnieć, czyli na Ziemi nie mogło być wody w żadnej postaci. Zaczęła ona tworzyć się w atmosferze w okresie powstawania różnych tlenków, i to wyłącznie jako gaz. Dopiero przy obniżeniu się temperatury atmosfery poniżej temperatury krytycznej wody (374 stopni C) mogła rozpocząć się jej kondensacja, ale przy ciśnieniu atmosferycznym wyższym od 217 atmosfer. W miarę dalszego stygnięcia Ziemi kolosalne ilości pary wodnej zawartej w atmosferze skraplały się i woda obficie spadała na Ziemię tworząc rzeki, jeziora, morza i oceany.
Ten krótki szkic przemian zachodzących w atmosferze ziemskiej może w pewnym stopniu wyjaśnić przyczyny, dla jakich różne atmosfery mają różny skład chemiczny. Zależy on bowiem od warunków fizycznych tam panujących.
Skład atmosfery ziemskiej. W stadium obecnym atmosfera ziemska jest mieszaniną gazów, zwaną powietrzem. Do wysokości około 70 km skład powietrza jest prawie stały: 78,09% jego objętości stanowi azot, 20,95% to tlen, a na pozostały niespełna 1% objętości składają się argon i drobne ilości innych gazów, jak neon, hel, krypton, wodór, ksenon, radon. Występują one w dolnej atmosferze w prawie niezmiennym stosunku. Ponadto są jeszcze ciała gazowe występujące w zmiennych ilościach - dwutlenek węgla i przede wszystkim para wodna. Mimo że woda stanowi bardzo nikłą część składową powietrza, rola jej w atmosferze jest wyjątkowo ważna. Jest ona bowiem jedynym ciałem, które w warunkach atmosferycznych może występować we wszystkich trzech stanach skupienia i w związku z tym jest przyczyną występowania chmur, mgieł, opadów i szeregu innych zjawisk stanowiących ważne czynniki pogody.
Ciśnienie atmosferyczne. Ciśnienie atmosferyczne jest skutkiem działania siły przyciągającej ku Ziemi cząsteczki gazów zawartych w powietrzu. Wartość tego ciśnienia mierzy się w milibarach, przy czym jeden milibar odpowiada sile tysiąca dyn, działającej na jeden centymetr kwadratowy.
Przy powierzchni Ziemi ciśnienie atmosferyczne ulega ciągłym zmianom, co jest skutkiem nieustannie zmieniającego się przestrzennego rozkładu masy gazów wchodzących w skład atmosfery. Na poziomie morza wielkość ciśnienia wynosi średnio 1013 mb, może się jednak zmieniać w granicach od ok. 890 mb w środku cyklonów tropikalnych do 1075 w środku wyżu syberyjskiego. Normalnie zakres tych zmian jest znacznie mniejszy, 960 - 1040 mb.
Ze wzrostem wzniesienia nad poziomem morza ciśnienie powietrza maleje w sposób regularny według funkcji logarytmicznej. W pewnym przybliżeniu można przyjąć, że co 5500 m wielkość jego zmniejsza się dwukrotnie, a więc na wysokości 5,5 km średnio wynosi ono około 500 mb, na 11 km - 250 mb itd. Na wysokości 100 km powietrze jest tak rozrzedzone, jak w żarówkach elektrycznych, od 300 km wzwyż rozrzedzenie jego odpowiada najidealniejszym próżniom otrzymywanym w naszych laboratoriach przy zastosowaniu najlepszych pomp próżniowych. Niemniej jednak atmosfera i tam jeszcze nie kończy się.
Pionowy rozkład temperatury powietrza . W wyniku bezpośrednich pomiarów temperatury powietrza, normalnie wykonywanych do wysokości około 30 km, a w ostatnich czasach nawet do wysokości kilkuset kilometrów, oraz w wyniku wniosków wyciąganych ze zjawisk fizycznych obserwowanych w wyższych warstwach atmosfery - można skonstruować schemat pionowego rozkładu temperatury powietrza dla . Otóż biorąc pod uwagę warunki panujące w średnich szerokościach geograficznych oraz uwzględniając tylko średnie wartości temperatury dla poszczególnych poziomów atmosfery w rejonie , otrzymuje się krzywą pionowego rozkładu temperatury w atmosferze ziemskiej. W warstwie przyziemnej, do wysokości 11 km, temperatura powietrza obniża się mniej więcej o 6 stopni C na każdy kilometr. Następnie zachodzi wyraźna zmiana rozkładu temperatury powietrza i w warstwie od około 11 km do około 30 km temperatura zmienia się bardzo mało. Powyżej tej warstwy, aż do wysokości 50 - 60 km, następuje wyraźny wzrost temperatury do około +70 stopni C, zaś wyżej, do wysokości około 80 km, obserwuje się ponowny stopniowy spadek temperatury do około -80 stopni C. Od tej wysokości temperatura powietrza rośnie w miarę oddalania się od powierzchni Ziemi, by u granic atmosfery przekraczać nawet wielkości odpowiadające 1500 stopni C. Należy jednak zaznaczyć, że w tych wysokich, ogromnie rozrzedzonych warstwach powietrza pojęcie temperatury ma odmienne znaczenie niż w naszych warunkach. Mówiąc o panującej tam temperaturze ma się na myśli odpowiadającą jej energię kinetyczną cząsteczek gazu.
Wyróżnione warstwy atmosfery ziemskiej. W poprzednich punktach omówiono ważniejsze elementy budowy atmosfery. Biorąc pod uwagę wszystkie znane szczegóły dotyczące jej fizycznej i chemicznej budowy, meteorolodzy wyróżnili w niej szereg charakterystycznych warstw. Istnieją rozmaite sposoby dzielenia atmosfery, jednak najbardziej rozpowszechniony jest podział następujący:
Troposfera - przyziemna warstwa atmosfery grubości około 8 km nad biegunami do 18 km nad równikiem, w której temperatura powietrza kształtuje się pod wpływem temperatury powierzchni lądów i mórz i wraz ze wzrostem wysokości, średnio rzecz biorąc maleje. Taki rozkład temperatury sprzyja powstawaniu pionowych prądów powietrza, co w przypadku prądów wstępujących prowadzi do kondensacji zawartej w powietrzu pary wodnej, tworzenia się chmur i opadów.
Stratosfera - warstwa zalegająca nad troposferą do wysokości ściśle nie określonej, przypuszczalnie do około 30 km. Temperatura powietrza w tej warstwie nie zmienia się ze wzrostem wysokości i nie obserwuje się tu zjawisk kondensacji pary wodnej. Warstwę przejściową między troposferą i stratosferą nazywa się tropopauzą.
Ozonosfera - warstwa zawarta mierzy 20 i 80 km wysokości. Panują tu warunki sprzyjające tworzeniu się ozonu, mającego dużą zdolność pochłaniania nadfioletowej części widma słonecznego, w wyniku czego obserwuje się w tej warstwie podwyższoną temperaturę powietrza. W górnej części warstwy, gdzie temperatura ze wzrostem wysokości spada, istnieją ponownie warunki do występowania prądów pionowych i prawdopodobnie kondensacji pary wodnej. Na tych wysokościach, w większych szerokościach geograficznych, obserwuje się świecące w nocy obłoki, które są tak rzadkie, że za dnia niedostrzegalne. Natomiast gdy zapadnie noc, a obłoki są jeszcze oświetlone promieniami Słońca, lśnią one intensywnie na tle ciemnego nieba. Na wysokościach tych najczęściej spalają się meteoryty wpadające w głąb atmosfery, znane pospolicie pod nazwą spadających gwiazd.
Jonosfera - warstwa zawarta między ozonosferą i egzosferą, wyróżniająca się dużym stopniem zjonizowania gazów atmosfery. Zjonizowane gazy nadają tej warstwie właściwości przewodnika, wskutek czego fale radiowe odbijają się od niej i tym samym mają możność obiegania kuli ziemskiej. W warstwie tej powstają zorze polarne obserwowane najczęściej w odległości dwudziestu paru stopni od magnetycznych biegunów Ziemi. Istnieją silne związki między stanem elektrycznym jonosfery, polem magnetycznym i elektrycznym Ziemi i dolnej atmosfery oraz aktywnością Słońca.
Ściślejsza analiza zjawisk fizycznych występujących w atmosferze, zwłaszcza w górnych jej warstwach, wykazuje, że większość tych zjawisk zależy od promieniowania elektromagnetycznego lub korpuskularnego biegnącego od Słońca ku Ziemi. Wiąże się z tym również skomplikowana pionowa budowa atmosfery ziemskiej.
Geofizyka jako nauka o fizyce Ziemi, fizyce wód i fizyce atmosfery
Geofizyka jest nauką, która za pomocą metod matematyczno - fizycznych zajmuje się badaniem zjawisk i procesów zachodzących we wnętrzu Ziemi, w jej warstwach powierzchniowych, w hydrosferze (wewnątrz i na powierzchni wód) oraz w atmosferze. W związku ze stosowaniem różnorodnych metod w badaniach globu ziemskiego (jego kształtu, budowy, własności sprężystych, cieplnych, elektrycznych, magnetycznych itp.), hydrosfery (ruchu wód, ich własności chemicznych, biologicznych itp.) oraz atmosfery (ruchu powietrza, jego własności akustycznych, optycznych, jonizacji itp.). Geofizykę dzieli się zwykle na trzy części: fizykę Ziemi, fizykę wód i fizykę atmosfery. Każda z nich z kolei dzieli się na działy, posługujące się odmiennymi metodami badań. Fizyka Ziemi obejmuje sejsmologię, geotermię, magnetyzm ziemski, grawimetrię. Fizyka wód - oceanologię i hydrologię. Fizyka atmosfery - termohydrodynamikę atmosfery (meteorologia), optykę, budowę wysokich warstw atmosfery.
Fizyka Ziemi. Głównym przedmiotem fizyki Ziemi jest badanie budowy i własności wnętrza Ziemi, jej warstwy powierzchniowej, tzw. litosfery, czyli skorupy Ziemi oraz figury Ziemi.
Badania bezpośrednie składu i własności Ziemi, oparte na pobieraniu próbek z różnych głębokości, prowadzić można jedynie w cienkiej, zewnętrznej warstwie litosfery. Z badań tych wynika, że spośród ogromnej ilości różnorodnych minerałów znanych na kuli ziemskiej jedynie niewielka ilość odgrywa rolę w tworzeniu litosfery. Są to tzw. minerały skałotwórcze. Należą do nich przede wszystkim związki krzemu - kwarc, wapnia - kalcyt, magnezu - dolomit, minerały litowe - tlenki Si i Al, skalenie - glinokrzemiany.
Po zbadaniu próbek wielu minerałów określono średnią ich gęstość, twardość, własności sprężyste, cieplne i magnetyczne, przewodnictwo elektryczne itp. Wyniki tych pomiarów posłużyły następnie do badań geofizycznych podłoża. W ten sposób powstała geofizyka poszukiwawcza, która bada płytkie podłoże w celu uzyskania nowych surowców, np. węgla kamiennego.
Głębsze warstwy litosfery i wnętrze Ziemi są niedostępne dla pomiarów bezpośrednich. Ich budowę i własności fizyczne bada się jedynie przy pomocy metod pośrednich. Procesy naturalne zachodzące w Ziemi można sztucznie wywołać na jej powierzchni, a rejestrację i analizę tych procesów wykonuje się przy pomocy odpowiedniej aparatury pomiarowej.
Część fizyki Ziemi, która bada na podstawie zjawisk sejsmicznych skład wnętrza Ziemi i panujące tam warunki fizyczne, nosi nazwę sejsmologii.
Badania sejsmologiczne prowadzone w ciągu długiego czasu przez wiele badawczych stacji sejsmologicznych, umieszczonych w różnych miejscach Ziemi, doprowadziły do stwierdzenia, że we wnętrzu Ziemi istnieje kilka warstw o wyraźnie różnych właściwościach fizycznych. Różnice dotyczą przede wszystkim prędkości rozchodzenia się fal sejsmicznych i gęstości, inaczej mówiąc - sprężystości i składu chemicznego materii wewnątrz Ziemi.
Drugim charakterystycznym dla kuli ziemskiej faktem jest (pomijając kilkukilometrową warstwę powierzchniową) wzrost temperatury w skorupie Ziemi wraz z jej głębokością. Część geofizyki, która zajmuje się analizą tego zagadnienia, nazywa się geotermią. Pomiary wykonane w otworach wiertniczych do różnych głębokości wykazują, że wspomniany wzrost temperatury nie jest wszędzie jednakowy. W skałach dobrze przewodzących jest on mały, natomiast w skałach źle przewodzących - znaczny. Wartość tego wzrostu w obszarze Polski wynosi średnio około 1 stopień C na 35 metrów przyrostu głębokości.
Stwierdzony doświadczalnie wzrost temperatury w skorupie Ziemi pozwala przypuszczać, że coraz głębiej położone warstwy globu ziemskiego są stopniowo coraz gorętsze. Przypuszczenie to potwierdzają wybuchy wulkanów, w czasie których wydostająca się z głębi Ziemi lawa wykazuje temperaturę do 120 stopni C. Na tej podstawie nie możemy jeszcze wyciągnąć wniosków, jaka jest wysokość temperatury w miejscu, skąd ona pochodzi, i jaka jest temperatura w płaszczu Ziemi i jądrze. Zdania geologów są pod tym względem podzielone. Jedni przypuszczają, że lawa wulkaniczna pochodzi ze stosunkowe małych, bo nie przekraczających kilkudziesięciu km, głębokości. Inni sądzą, że głębokość ta sięga płaszcza Ziemi. Na tej podstawie uważają, że temperatura jądra Ziemi jest znacznie wyższa i wynosi około 5000 - 6000 stopni C.
Pozostawiając właściwie nie rozstrzygnięte zaganienie wysokości temperatury w jądrze Ziemi i płaszczu, geofizycy poszukiwali przyczyny tych wysokich temperatur. Dawniej wiązano ją przede wszystkim z pochodzeniem Ziemi i z mechanizmem jej powstawania. Obecnie - z obecnością substancji promieniotwórczych, których pewne ilości występują zawsze, zwłaszcza w skałach ogniowych. Wydzielane w czasie rozpadów promieniotwórczych ciepło, występuje w ilościach dostatecznych, aby wyjaśnić nie tylko wysokie temperatury law wulkanicznych, lecz również wysokie temperatury wnętrza Ziemi, tj. płaszcza i jądra.
Następstwem stałego ogrzewania wnętrza Ziemi jest powstawanie i utrzymywanie się dwu systemów ruchów konwekcyjnych w rozgrzanej masie Ziemi na dużych głębokościach. Jeden z nich, występujący w jądrze Ziemi, może stanowić podstawę do próby współczesnej teorii magnetyzmu ziemskiego. Drugi - zachodzący w płaszczu Ziemi - do wyjaśnienia procesów górotwórczych i niektórych anomalii pola grawitacyjnego Ziemi, występujących zwłaszcza nad oceanami.
Następny ważny dział fizyki Ziemi - to magnetyzm ziemski. Ziemia jako całość jest magnesem, którego bieguny nie odpowiadają swym rozmieszczeniem biegunom geograficznym. Oś magnetyczna z osią obrotu Ziemi tworzy kąt około 12 stopni. Elementy pola magnetycznego Ziemi, rejestrowane w ciągu długiego czasu na stacjach magnetycznych rozmieszczonych na całej kuli ziemskiej, wykazały dla każdej stacji skomplikowaną zmienność. Zmienność ta jest dwu rodzajów: regularna, tj. periodyczna (dobowa, roczna, wiekowa) oraz nieregularna.
Ostatni wreszcie problem fizyki Ziemi - to geometryczny kształt naszej planety, inaczej mówiąc - figura Ziemi. Rozwiązać ten problem można wykonując pomiary geometryczne powierzchni Ziemi (pomiary geodezyjne) w licznych punktach Ziemi i redukując otrzymane wyniki do średniego poziomu morza. Wykonanie programu pomiarowego dla całej Ziemi i redukowanie wyników do poziomu morza połączone jest z wieloma trudnościami doświadczalnymi. Wyznaczenie figury Ziemi - geoidy - jest więc problemem bardzo skomplikowanym nawet w obecnych warunkach wyposażenia instrumentalnego. Dodać tu jeszcze należy, że przyspieszenie ziemskie na powierzchni geoidy wykazuje pewne anomalie wartości i kierunku, stanowiące punkt wyjścia w rozważaniach obok metod sejsmicznej i magnetycznej jeszcze jedno ważne ogniwo w badaniu wnętrza Ziemi.
Fizyka wód. Fizyka wód stanowi część geofizyki zajmującą się wszechstronnym badaniem wód w wielkich naturalnych zbiornikach, jakimi są oceany i morza oraz wód śródlądowych (powierzchniowych i podziemnych). Problematyka fizyki wód dotyczy przede wszystkim krążenia wód w morzach i oceanach (powierzchniowego i na dużych głębokościach), pionowego rozkładu temperatury wody, średniego poziomu wód, wahania poziomu wód wskutek przypływów i odpływów, wymiany wody i ciepła z atmosferą.
Jeśli chodzi o wody śródlądowe, przedmiotem badań są takie zagadnienia, jak bilans wodny rzek i jezior, powodzie i okresy suszy (przewidywanie czasu ich występowania i przebiegu), zasoby wód powierzchniowych i wgłębnych oraz erozja gleby (transport minerałów przez wodę, zamulanie rzek i transformacja gleby).
Pewne problemy fizyki wód są rozwiązywane w połączeniu z problemami fizyki atmosfery. Dotyczy to w szczególności bilansu wodnego w części odnoszącej się do parowania wody, wielkich opadów atmosferycznych mających wpływ na tworzenie się powodzi oraz długotrwałych okresów słonecznej bezdeszczowej pogody, pozostających w związku z okresami posuchy.
Fizyka atmosfery. Fizyka atmosfery zajmuje się wszechstronnym badaniem atmosfery Ziemi. Historycznie najwcześniejsze badania odnosiły się do najniższej warstwy - troposfery - w której zachodzi większość zjawisk dostępnych bezpośredniej obserwacji przez człowieka. Do takich zaliczamy np. niektóre zjawiska optyczne związane z występowaniem cząsteczek wody lub lodu w powietrzu (jak tęcza, halo), zjawiska elektryczne (wyładowania w chmurach), akustyczne (grzmoty), termohydrodynamiczne (chmury, opady, wiatry). W związku z rozwojem meteorologii pomiary w atmosferze wyszły poza granice troposfery. Równocześnie rozwinęły się badania zmierzające do ilościowej analizy zjawisk atmosferycznych. Powstały nowe metody badania atmosfery, oparte na pomiarach ważniejszych elementów meteorologicznych, wykonywanych jednocześnie w wielu stacjach badawczych. W związku z tym rozwinęły się dwie samodzielne gałęzie fizyki atmosfery: meteorologia synoptyczna i aerologia, których głównym zadaniem jest poznanie aktualnego i przewidywalnego przyszłego czasowego przebiegu najważniejszych elementów meteorologicznych, takich jak ciśnienie, temperatura powietrza, zachmurzenie, opady atmosferyczne i wiatry.
W szerokim zakresie stosuje się obecnie metody identyfikowania mas atmosferycznych przy pomocy tzw. substancji śladowych, jak ozon, dwutlenek węgla, izotopy promieniotwórcze. Dzięki tym metodom możemy wyznaczać co pewien czas położenie mas powietrza, a tym samym dokładnie poznać kierunki ich przemieszczania się.
Następna faza w rozwoju metod pomiarowych w atmosferze - to zastosowanie rakiet. Duży zasięg pionowy różnego typu rakiet meteorologicznych i innych stwarza obecnie dogodne warunki poznania ruchu mas powietrza w górnej części stratosfery, co w mechanizmie ogólnej cyrkulacji atmosfery odgrywa ważną rolę.
Równocześnie ze wspomnianym wyżej rozwojem badań termohydrodynamicznych rozwinęły się inne działy fizyki atmosfery. Szczególnie ważne są badania chemiczne, zmierzające do poznania koncentracji substancji chemicznych pochodzenia naturalnego i przemysłowego, w zależności od warunków istniejących w atmosferze. Z kolei zastosowanie pewnych substancji chemicznych umożliwiło czynne oddziaływanie człowieka na przebieg naturalnych procesów atmosferycznych, takich jak deszcze, gradobicia itp. Rozwinął się także dział fizyki atmosfery, o charakterze doświadczalnym na skalę regionalną, mający na celu transformację chmur i opadów atmosferycznych.
Zastosowanie rakiet badawczych o dużym zasięgu pionowym oraz sztucznych satelitów Ziemi umożliwia prowadzenie bezpośrednich badań nad elektrycznymi i optycznymi własnościami stratosfery i jonosfery. Bezpośrednie pomiary wysokości i struktury jonosfery, koncentracji nośników nabojów elektrycznych i ich czasowych zmian w poszczególnych warstwach jonosfery potwierdziły wyniki wcześniej uzyskane przez sondowanie jonosfery z powierzchni Ziemi. Bezpośrednie badania optyczne wysokich warstw atmosfery (tzw. świecenia nieba) prowadzą do lepszego poznania budowy najwyższych warstw atmosfery Ziemi (składu i gęstości) i panujących tam warunków fizycznych, obecności atomów i cząsteczek poszczególnych składników, stopnia ich dysocjacji, rekombinacji jonów i elektronów. Rekombinacja jonów to zjawisko zanikania nabojów elektrycznych, zachodzące w czasie zderzeń jonów o przeciwnych znakach, lub między jonami dodatnimi a swobodnymi elektronami. W wyniku rekombinacji jonów powstają atomy elektrycznie obojętne bądź cząsteczki gazu lub cieczy. Ponadto specjalne urządzenia wmontowane dokonują pomiarów zmian magnetyzmu Ziemi oraz natężenia promieni kosmicznych jako funkcji wysokości. Rakiety są dziś ważnym i chyba jedynym instrumentem umożliwiającym zbadanie w sposób doświadczalny przeciętnych warunków panujących w atmosferze na dużych wysokościach oraz przeciętnych warunków atmosferycznych w zewnętrznych częściach atmosfery Ziemi, co ma niewątpliwie ogromne znaczenie dla lotów na dużych wysokościach (dalekosiężne rakiety, satelity).
To krótkie omówienie kierunków badań w fizyce atmosfery nie wyczerpuje oczywiście problematyki tej nauki. Pozostaje np. obszerna dziedzina badań świecenia zórz polarnych, ważna w zagadnieniach zarówno magnetyzmu Ziemi, jak i optyki atmosfery. Pozostaje wreszcie także dziedzina badań świecenia zmrokowego i nocnego nieba, zmierzających do poznania składu wysokich warstw atmosfery i panujących tam warunków.
Czym jest elektryczność? Czy elektryczność jest niezniszczalna? Odkrycia na przestrzeni czasu...
Bardzo wiele poświęciłem miejsca w tym artykule o wyładowaniach elektrycznych i przepływie prądu. Ale w zasadzie nie wyjaśniłem czym jest ta elektryczność. Zatem przyszedł moment, aby trochę o tym opowiedzieć i dopełnić w całość nasz artykuł tematyczny o burzach w atmosferze. Słyszeliśmy często, że XX wiek był wiekiem elektryczności, podobnie jak XIX wiek był stuleciem pary.
Rzeczywiście elektryczność odgrywa istotną rolę w naszym życiu. W wielu krajach energię spadku wody rzek zamienia się w wielkich elektrowniach wodnych na energię prądu elektrycznego. Uruchomiono już szereg wielkich elektrowni jądrowych. W krajach takich jak Szwecja i Szwajcaria, gdzie istnieją liczne i znaczne spadki wód, sieć kolejową zelektryfikowano i pociągi pędzone są prądem elektrycznym, dzięki czemu zyskuje się ogromnie na prędkości i czystości w podróży. Już na początku XX wieku wszędzie mówiło się o elektryfikacji na większą i mniejszą skalę. Dzisiaj nie wyobrażamy sobie życia bez prądu. Z elektrycznością spotykamy się dzisiaj na każdym kroku. W domu mamy dzwonki, światło elektryczne, telefon, radio, telewizor, w kinach słyszymy mowę i muzykę dzięki działaniu komórek fotoelektrycznych, a telewizja rozpoczęła triumfalny pochód na cały świat.
Aż do końca XIX wieku starano się wyjaśnić zjawiska elektryczne, usiłując je sprowadzić do pewnych zjawisk mechanicznych, ale wszelkie wysiłki w tym kierunku, podejmowane przez największych ówczesnych uczonych, zawiodły. Elektryczność w żaden sposób nie dała się wtłoczyć w ramy mechaniki.
Każde wytłumaczenie jakiegoś zjawiska polegać musi na sprowadzeniu go do pewnych zjawisk prostszych, podstawowych, nie wymagających już żadnego wyjaśnienia. Otóż istnieją pewne elementarne zjawiska elektryczne, za pomocą których tłumaczymy dziś wszystkie inne, a w szczególności zjawiska mechaniczne.
Naboje elektryczne. Nauka przyjmuje za jeden z faktów podstawowych istnienie nabojów elektrycznych. Wykonajmy bardzo proste i znane już od czasów starożytnych doświadczenie - potrzyjmy np. pręcik szklany o rękaw. Przekonamy się z łatwością, że przez potarcie pręcik nabiera pewnych własności specjalnych, ujawniających się choćby przez to, że przyciąga on teraz drobne skrawki papieru. Dotykając pręcikiem potartym innego pręcika szklanego, przeniesiemy na drugi pręcik własność przyciągania papierków, lecz jednocześnie zauważymy, że siła, z jaką pierwszy pręcik działał na papierki, uległa osłabieniu. Nasuwa się wniosek, że własność przyciągania papierków zawdzięcza nasz pręcik temu, iż przez pocieranie pojawiło się na jego powierzchni choć, co można przekazywać z ciała na ciało. Bliższe zbadanie tej sprawy wskazuje, że to coś rzeczywiście istnieje. Nadajemy mu nazwę naboju elektrycznego.
Już w początkach rozwoju nauki o elektryczności zauważono, że istnieją dwa rodzaje naboju elektrycznego: dodatni i ujemny. Nazwy te nadano umownie. Możemy ich używać przede wszystkim dlatego, że analogicznie do liczb dodatnich i ujemnych równe ilości naboju dodatniego i ujemnego znoszą się wzajemnie.
Elektryczność jest niezniszczalna. Naboje elektryczne wskazują pewną bardzo ważną właściwość. Ilekroć w jakikolwiek sposób wywołamy powstawanie nabojów elektrycznych, czy to przez tarcie, czy przez tzw. jonizację, czy innym jeszcze sposobem - zawsze powstają w równych ilościach naboje dodatnie i ujemne. Całkowity ładunek elektryczny (suma algebraiczna wszystkich nabojów dodatnich i ujemnych) pozostaje niezmienny przy każdym procesie tego rodzaju. Uogólniając te fakty doświadczalne, możemy wypowiedzieć zasadę zachowania ładunku elektrycznego: całkowity nabój elektryczny wszechświata jest stały; elektryczność jest niezniszczalna.
Pole elektryczne i pole magnetyczne. Z fizyki elementarnej wiadomo, że ładunki elektryczne wzajemnie na siebie działają: jednoimienne odpychają się, różnoimienne przyciągają się. Wyobraźmy sobie w pewnym punkcie przestrzeni jakieś ciało naelektryzowane, np. dodatnio. Na dowolne inne ciało umieszczone w sąsiedztwie będzie ono działać z określoną siłą mechaniczną. Tak więc przestrzeń otaczająca naelektryzowane ciało staje się siedliskiem sił elektrycznych. Mówimy, że ciało naelektryzowane wytwarza wokół siebie pole elektryczne. Dla większej prostoty rozumowania załóżmy, że w przestrzeni, gdzie istnieje pole elektryczne, umieszczamy jednostkę ładunku dodatniego. W punkcie O ładunek +e, który na ładunek jednostkowy również dodatni (+1) w punkcie a wywiera siłę odpychania równą E. Siłę E nazywamy natężeniem pola elektrycznego w punkcie a. Już w końcu XVIII wieku dzięki badaniom Coulomba, wiedziano, że natężenie pola elektrycznego szybko maleje ze zwiększeniem odległości r od ciała naelektryzowanego (odwrotnie proporcjonalnie r2).
Jak w przypadku ciał naelektryzowanych rozpatrujemy pole elektryczne, tak w przypadku ciał namagnesowanych, mając do czynienia z siłami magnetycznymi, mówimy o polu magnetycznym. I tu znów siłę, która oddziaływałaby w danym punkcie na masę magnetyczną jednostkową, nazwiemy natężeniem pola magnetycznego. Analogia sięga daleko, gdyż i siły magnetyczne są odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości mas magnetycznych.
W końcu XVIII wieku i na początku XIX wieku uważano za najistotniejszy czynnik we wszelkich zjawiskach elektrycznych ładunki (naboje) wytwarzające pole sił. Uważano, że skoro dane jest rozmieszczenie ładunków, analiza matematyczna, opierająca się na prawie Coulomba, pozwoli obliczyć siły działające w dowolnym miejscu przestrzeni, i że tą drogą wszelkie zagadnienia można rozwiązać. Dzięki wysiłkowi teoretyków udoskonalono w wysokim stopniu metody matematyczne obliczeń. Starano się ująć dziedzinę elektryczności w jednolity, harmonijny całokształt twierdzeń i wniosków.
Michał Faraday. Faraday, genialny samouk, umiał uniezależnić się od panujących poglądów - być może dzięki temu, że nie znając matematyki, nie mógł zgłębić rozpraw teoretycznych i zżyć się z utartymi poglądami. Według wyobrażeń Faradaya najistotniejsza rola w oddziaływaniach elektrycznych przypada nie ciałom naelektryzowanym, lecz otaczającemu je środowisku, w którym powstaje pole elektryczne. Faraday uzmysławiał to sobie w sposób następujący. Dwa ciała mające ładunki przeciwne, przyciągają się wzajemnie. Pomiędzy tymi ciałami istnieją niewidzialne linie sił, jakby rodzaj nici sprężystych, napiętych. Kurczenie się tych nici powoduje zbliżenie się ciał naelektryzowanych, ich wzajemne przyciąganie. Siedliskiem energii elektrycznej zatem są nie ciała naelektryzowane, lecz środowisko pomiędzy nimi.
Faradayowski pogląd znalazł nieoczekiwane a wspaniałe potwierdzenie. Siły działające pomiędzy przewodnikami naelektryzowanymi występują zawsze, gdy oddziela je jakiś dielektryk (ciało nie przewodzące elektryczności). Kierując się teorią linii sił, można było z góry przewidzieć, że naprężenie ich w różnych środowiskach będzie niejednakowe, a zatem jednakowe naboje elektryczne niejednakowo przyciągają się w różnych środowiskach. Fakt ten odkrył sam Faraday. Dwie kulki o ładunkach znaku przeciwnego przyciągają się w benzenie 2-3 razy słabiej niż w powietrzu.
Natura faradayowskich linii sił i mechanizm ich działania w szczegółach pozostały niewyjaśnione. Działanie elektryczne istnieje zarówno w środowiskach materialnych, jak i w próżni. Wobec tego wyobrażano sobie linie sił jako sprężyste nici eteru kosmicznego wypełniającego próżnię. Nie zdołano jednak nigdy stworzyć jakiegoś rozumnego wyobrażenia o eterze, który musiał być zarazem bardzo rozrzedzony, by ciała niebieskie mogły poruszać się w nim bez tarcia i daleko sprężystszy od stali, by przenosić szybko biegnące fale świetlne.
Równania Maxwella. Dalszy triumf ideom faradayowskim zapewniły nie próby mechanistycznego wyjaśnienia podstawowych koncepcji, lecz matematyczne ujęcie praw i prawd odkrytych przez Faradaya. Takie ujęcie matematyczne dał James Clark Maxwell. Słynne równania maxwellowskie nie są jednak tylko zsumowaniem faktów doświadczalnych w języku symboli matematycznych. Tkwi w nich również śmiałe uogólnienie faktów, a ponadto umiejętność wydobycia na jaw głębokich podobieństw, które umysł pospolity dostrzega, gdy ... geniusz pokaże mu drogę wiodącą do celu. Oddać w niewielu zdaniach istotę subtelnego rozumowania matematycznego jest oczywistym niepodobieństwem. Nie kusząc się o to, spróbujemy jednak zupełnie ogólnikowo wskazać, na czym polega oryginalność pomysłu Maxwella.
Spomiędzy licznych odkryć Faradaya największy tytuł do sławy i wdzięczności przyszłych pokoleń dało mu wykrycie prądów indukcyjnych. Na nich oparte jest funkcjonowanie każdej elektrowni. Źródłem światła i siły elektrycznej są maszyny wytwarzające prądy indukcyjne. W bezinteresownych wysiłkach Faradaya tkwi źródło miliardowych obrotów współczesnego nam przemysłu elektrotechnicznego. Istotę zjawiska wyjaśniamy zatem. Gdy do przewodnika kołowego będziemy zbliżali (lub oddalali) magnes NS, w przewodniku powstanie prąd indukcyjny, a więc ruch nabojów elektrycznych. Tam zaś, gdzie są naboje elektryczne, muszą działać siły elektryczne E. Przy zbliżaniu i oddalaniu magnesu zmienia się natężenie pola magnetycznego H w obrębie przewodnika kołowego. Dla ułatwienia szybkość zmiany pola magnetycznego możemy oznaczać Hprim.
Ujmując nasz wynik w formę bardziej obrazową powiemy: zmiana Hprim pola magnetycznego wytwarza wir pola elektrycznego E (przez wir rozumiemy obieg zamknięty, jaki spotykamy nieraz w prądach rzek).
Ci spośród Czytelników, którym nieobce są elementarne wiadomości o prądzie elektrycznym, przypomną sobie obraz następujący. Gdy przewodnik, po którym płynie prąd o natężeniu i, przechodzi przez kartkę papieru posypaną opiłkami żelaznymi, układają się one wzdłuż okręgów kół współśrodkowych, co dowodzi, że siły magnetyczne są styczne do kół. Ujmując najogólniej zagadnienie, powiemy: prąd elektryczny wytwarza wir pola magnetycznego.
Jeżeli mamy do czynienia z prądem zmiennym i w obwód prądu włączymy kondensator, doświadczenie pokazuje, że prąd w obwodzie płynie, chociaż między okładkami kondensatora mamy nieprzewodnik - dielektryk. Kondensator ładuje się i rozładowuje, a w dielektryku powstaje zmienne pole elektryczne. Maxwell przyjął, że to właśnie zmienne pole elektryczne stanowi kontynuację prądu elektrycznego płynącego w przewodniku, i że - podobnie jak prąd przewodowy - wywołuje i ono w otoczeniu powstanie wirowego pola magnetycznego. Maxwell poszedł dalej jeszcze - przyjął mianowicie, że i w próżni zmiany pola elektrycznego wywołują powstanie wirowego pola magnetycznego. Szybkość zmiany pola elektrycznego w dielektryku czy w próżni odpowiada, według Maxwella, natężeniu prądu przewodzonego w przewodniku. W dielektryku czy w próżni możemy więc mieć do czynienia z czymś, co zachowuje się pod względem magnetycznym jak prąd przewodzony. Maxwell mówi w tych przypadkach o prądach przesunięcia. Oznaczmy szybkość zmian pola elektrycznego Eprim. uogólniając, pisze Maxwell: zmian Eprim pola elektrycznego wytwarza zawsze - nawet w próżni - wir pola magnetycznego H.
Porównajmy dwie wyżej napisane formuły. Widzimy, że siły elektryczne i magnetyczne występują w nich zupełnie symetrycznie. Możemy powiedzieć, że teoria Maxwella to teoria dwu wirów, elektrycznego i magnetycznego, oraz wzajemnego sprężenia sił elektrycznych i magnetycznych.
Teoria fal elektromagnetycznych i odkrycie Hertza. Jak widzieliśmy, Maxwell założył istnienie prądów przesunięcia i w nieprzewodnikach (izolatorach), a nawet w próżni. Było to przypuszczenie śmiałe, niemal zuchwałe, gdyż pozbawione wówczas dostatecznych podstaw doświadczalnych. Z teorii maxwellowskiej wynikał niespodziewany wniosek: zmiany w natężeniu pól magnetycznych i elektrycznych muszą rozchodzić się w przestrzeni na podobieństwo fal. Innymi słowy - zakłócenie równowagi sił elektrycznych musi prowadzić do wytworzenia fali elektromagnetycznej. Przeskakiwanie iskry elektrycznej musi np. wytwarzać w pewnych warunkach drgania i fale elektryczne.
Teoria Maxwella zrazu znalazła niezbyt licznych zwolenników. Matematycznie była niełatwa. Podstawy doświadczalne jednego z założeń były kruche. Dopiero gdy Heinrich Hertz wykrył istnienie fal elektromagnetycznych, którymi posługuje się dziś radiotechnika, gdy stwierdził, że wszystkie przewidywania wypływające z równań Maxwella zgadzają się z doświadczeniem, ogólny entuzjazm świata naukowego zastąpił uprzednią obojętność.
Po wiekopomnym odkryciu Hertza zdawało się, że idee Faradaya i Maxwella odniosły triumf bezwzględny, że istota zjawisk tkwi w polach elektrycznych i magnetycznych, powstających w dielektrykach i w próżni, że zupełne usunięcie pojęć o ładunkach elektrycznych dodatnich i ujemnych jest tylko kwestią czasu.
Przełom XX wieku. Dalszy rozwój nauki poszedł jednak w kierunku zupełnie odmiennym. Zjawiska odkryte i gruntownie zbadane na przełomie XIX i XX wieku pozwoliły stwierdzić, że atomy, z których składa się wszelka materia, zbudowane są z cząstek mających ładunki elektryczne dodatnie i ujemne. Badając przechodzenie prądów elektrycznych przez gazy pod ciśnieniem zwykłym i pod ciśnieniem znacznie zmniejszonym, rozpatrując wykryte niemal na przełomie stulecia zjawiska promieniotwórczości, ujmując w jednolitą teorię wysyłanie i pochłanianie światła przez materią, stworzono teorię budowy atomu. Okazało się, że atom składa się z części centralnej o ładunku dodatnim, czyli jądra, i z otaczających je elektronów, niosących ładunku ujemne.
Nauczono się rozbijać i przetwarzać jądra atomów, przy czym stwierdzono, że jedną z podstawowych cegiełek struktury wszelkich jąder stanowią jądra najlżejsze - wodorowe, które otrzymały nazwę protonów.
Atomy elektryczności. Niezmiernej doniosłości faktem było wykrycie, że wszelkie ładunki elektryczne, tak dodatnie, jak ujemne, są wielokrotnościami pewnego ładunku elementarnego, atomu elektryczności. Proton niesie dodatni atom elektryczności, elektron - taki sam ładunek ujemny. Uderza jednak asymetria pomiędzy protonem a elektronem. Masa protonu jest 1839 razy większa od masy elektronu.
Przez wiele lat, aż do 1932 roku sądzono, że protony i elektrony są jedynymi zasadniczymi cząstkami elementarnymi, podstawowymi cegiełkami budowy materii. Uważano, że wyłącznie z protonów i elektronów składa się wszelka materia, a więc i jądra atomów. Znaczyłoby to, że naboje elektryczne dodatnie i ujemne odgrywają podstawową rolę w budowie materii.
Jednakże badania przeprowadzone przez fizyków francuskich, Fryderyka Joliot - Curie i jego żonę Irenę (córkę Marii Skłodowskiej - Curie) w Paryżu, a następnie przez Chadwicka w laboratorium Rutjerforda w Cambridge, doprowadziły do wykrycia w 1932 roku nowej cegiełki elementarnej, neutronu, który jest cząstką elektrycznie obojętną. Wiemy dziś, że wszystkie jądra atomowe składają się z neutronów i protonów, związanych z sobą specyficznymi siłami jądrowymi.
Badacz amerykański Carl David Anderson wykrył w 1932 roku istnienie nietrwałych pozytonów - dodatnio naładowanych cząstek o masie równej masie elektronu, których nabój równy jest dodatniemu ładunkowi elementarnemu. W 1955 roku wykryto nietrwałe również antyprotony, cząstki o masie równej masie protonu, lecz niosące ujemny nabój elementarny. Wykryto również nietrwałe cząstki - mezony - o masach pośrednich między masą elektronu a masą protonu. Znamy dziś różne rodzaje mezonów: niosących naboje elementarne dodatnie, ujemne i mezony nienaładowane. Znamy też elementarne cząstki o masie większej od masy protonu - hiperony. Również i hiperony niosą naboje elementarne: dodatnie, ujemne bądź też są elektrycznie obojętne. Wykryto wreszcie antyhiperony i antyneutrony. Okazuje się więc, że zagadnienie budowy materii jest o wiele bardziej skomplikowane, niż myślano w pierwszym ćwierćwieczu XX stulecia.
Niewątpliwie jednak naboje elektryczne elementarne, dodatnie i ujemne, odgrywają w budowie materii zasadniczą rolę i dla uwzględnienia tej roli nie wystarczają już dzisiaj klasyczne idee Maxwella i Faradaya.
Dzisiejszy nasz pogląd na zjawiska elekromagnetyczne jest następujący. Elementarne ładunki dodatnie i ujemne są czymś podstawowym, pierwotnym, nie dającym się sprowadzić do żadnych innych wyobrażeń. Różne własności materii dają się wytłumaczyć siłami elektrycznymi działającymi pomiędzy jądrami atomów i elektronami krążącymi wokół jąder, jak również siłami elektrycznymi działającymi pomiędzy atomami. Jednakże same siły elektryczne nie pozwalają wytłumaczyć budowy jąder atomowych i istnienia szeregu nowych dzisiaj cząstek elementarnych. Ładunki elektryczne wytwarzają pola magnetyczne w dielektrykach i w próżni. Zgodnie z poglądami Faradaya i Maxwella, uznajemy doniosłą rolę ośrodka nieprzewodzącego w zjawiskach rozchodzenia się sił elektrycznych i magnetycznych, odrzucamy jednak możność i potrzebę wprowadzania mechanicznych obrazów, ilustrujących właściwości pól elektromagnetycznych.
#Burza #Mapa #Klimat #Pogoda #Pioruny #Ziemia Polecane produkty zoologiczne dla psów i kotów! Porównaj kilka tysięcy ofert na Leonzoo.pl
Idź do strony ↗