Вблизи экватора, где годовые колебания температуры очень малы, как это мы видели на примере Батавии, постоянная средняя температура, приблизительно равная 26 °C, наблюдается уже на глубине 5–6 футов. Поэтому излишек теплоты, получаемый почвой в течение дня, распространяется вглубь чрезвычайно медленно; поверхность земли перегревается очень сильно и за ночь излучает обратно значительную часть своей теплоты. Таким-то образом поддерживается высокая температура воздуха, когда он не нагревается солнцем. С другой стороны, в умеренном поясе слой почвы с постоянной температурой залегает очень глубоко: в Женеве, например, по меньшей мере на 30–40 футов, а в Англии на 50–60 футов. Температура на этой глубине приблизительно на 20 °C ниже, чем на экваторе. Эта значительная толща холодной земли поглощает изрядную часть летней теплоты и сравнительно быстро передает ее вглубь, так что лишь довольно поздно, в июле и августе, верхние слои накопляют излишек солнечной теплоты, достаточный для того, чтобы ночью излучать ее обратно и таким образом в отсутствие солнца поддерживать более или менее высокую температуру воздуха. Такое излучение теплоты на экваторе идет непрерывно, и почвенная теплота является одной из важнейших причин однообразия экваториального климата.
Влияние водяных паров атмосферы
Водяной пар, в известном количестве всегда содержащийся в воздухе, находится в своеобразных тесных и весьма важных взаимоотношениях с солнечной и почвенной теплотой. Солнечные лучи беспрепятственно проходят сквозь него до земли, но теплота, обратно излучаемая нагретой землей, очень сильно им поглощается, так что благодаря присутствию водяного пара температура воздуха возрастает; так как наиболее низкие слои последнего содержат как раз наибольшее количество пара, то на них можно смотреть как на своего рода одеяло земного шара, задерживающее теплоту, которую он по ночам излучает в пространство. На экваторе воздух большую часть года почти насыщен водяным паром, так что, несмотря на сильную жару, соль и сахар растекаются, а все железные предметы покрываются толстым слоем ржавчины. Приняв полное насыщение за 100, мы убедимся, что средний максимум относительной влажности достигает в Батавии в январе 96 %, а в сентябре – 92 %. В январе, самом сыром месяце, колебания влажности невелики; она колеблется между 77 и 96; в то же самое время колебания температуры тоже наименее значительны. В сентябре влажность подвержена наиболее значительным колебаниям – от 62 до 92, температура тоже: самые низкие температуры наблюдаются именно в этом и предыдущем месяце. Интересно отметить, что в некоторых местностях Англии относительная влажность почти такая же, как и в Батавии или даже выше. Так, в Клифтоне с 1853 по 1862 год зарегистрирована средняя влажность 92 % для января, в то время как в Батавии средний максимум влажности этого месяца за 4 года равнялся только 88; месячный минимум влажности был для Клифтона 79, для Батавии – 78,9. Эти цифры, однако, выражают огромную разницу в количестве водяного пара на кубический фут воздуха. В январе в Клифтоне при температуре 2–5 °C количество влаги не превышает 4–4,5 грана на кубический фут, в то время как в Батавии при 26–33 °C в том же количестве воздуха содержится целых 20 гранов влаги. Очень важно при этом то, что способность воздуха насыщаться паром возрастает быстрее, чем температура. Уменьшение температуры на 5 °C при 10 °C конденсирует только 1,5 грана влаги на кубический фут, в то время как то же понижение при 32° конденсирует целых 6,5 грана. Таким образом становится понятным, почему ничтожное охлаждение тропической ночи обусловливает появление гораздо большего количества росы и ощутимой сырости воздуха, чем можно обнаружить при гораздо больших понижениях температуры в умеренном поясе. Это значительное количество содержащегося в воздухе водяного пара, препятствуя лучеиспусканию нагретой за день земли, поддерживает ночью живительное тепло. Что это именно так, очень наглядно доказывается тем, что имеет место в северной Индии, где дневной максимум температуры несравненно выше, чем когда-либо наблюдалось на экваторе, и все же, благодаря сильной сухости воздуха, ночи страшно холодны; лучеиспускание бывает иногда настолько сильно, что вода в плоских сосудах покрывается льдом. Так как нагретая земная поверхность со всем тем, что находится на ней, в сыром воздухе охлаждается медленнее, чем в сухом, то отсюда следует также, что, если даже количество и интенсивность солнечных лучей в двух местностях земной поверхности в точности одинаковы, непосредственно измеримое и эффективное тепло может быть и далеко не одинаковым сообразно с тем, много или мало водяных паров содержится в атмосфере. В первом случае теплота поглощается быстрее, чем может излучиться обратно, в последнем – она быстрее теряется через лучеиспускание земли в пространство, чем может поглощаться. В обоих случаях должно установиться равновесие, но в первом устанавливающаяся в конце концов средняя температура будет значительно выше, чем в последнем. Таким образом, мы можем объяснить себе обжигающий эффект солнечных лучей в тропиках: он зависит от того, что кожа не может отдать тепло ни лучеиспусканием, ни испарением, ни поглощением с той же быстротой, как она его получает, в результате чего быстро достигается температура, разрушающая деликатную структуру эпидермиса.
Влияние ветров на температуру экваториальных стран
Тропик Рака отстоит от тропика Козерога более чем на 3000 миль; поверхность тропического пояса составляет более трети земной поверхности. Поэтому совершенно невозможно, чтобы какое-нибудь воздушное течение могло достигнуть экватора, не нагревшись предварительно от соприкосновения с земной поверхностью, с морем или от смешения со слоем поверхностного нагретого воздуха тропических и субтропических стран. Такое нагревание значительно усугубляется еще тем, что все ветры, стремящиеся к экватору с юга или севера, изменяют свое направление вследствие увеличения скорости вращения земли на экваторе и достигают его уже почти как восточные; они дуют, следовательно, в косвенном направлении вдоль по обширной нагретой поверхности земного шара. Причины, порождающие западные муссоны, влияют на них совершенно таким же образом, так что на экваторе абсолютно неизвестны чисто северные и чисто южные воздушные течения, за исключением местных бризов, дующих с суши или моря. Произведенные в Батавии наблюдения показали, что в продолжение 10 месяцев в году направление ветров уклоняется от восточного и западного всего лишь на 5–3° и что ветры этого направления суть в то же время и сильнейшие. В продолжение же остальных двух месяцев, марта и октября, господствующее направление ветров – северное, но эти ветры очень слабы и принадлежат, вероятно, в большинстве случаев к числу местных морских бризов, которые в Батавии ввиду ее географического положения должны дуть с севера, проносясь над двумя тысячами миль нагретых суши и моря. Да и вообще говоря, каждый ветер, дующий на экватор или вблизи него, должен предварительно пройти в косвенном направлении обширное пространство тропической земли и поэтому в силу необходимости должен быть теплым.