Как известно, ледники являются продуктом климата, но, возникнув, они со своей стороны оказывают то менее, то более значительное влияние на климат. Влияние Антарктического ледникового покрова на климат Антарктиды имеет решающее значение.
Колоссальная ледяная масса, занимающая все околополюсное пространство южнее полярного круга и поднимающаяся до 3-4 км над ур. м., коренным образом меняет климатические условия по сравнению, например, с Центральной Арктикой.
Климат Антарктиды определяется четырьмя главными факторами: солнечной радиацией, высокогорной орографией, физическими свойствами подстилающей поверхности, отражающей до 90% солнечной радиации, и циркуляцией атмосферы - циклоническими вихрями по периферии Антарктического ледникового щита и антициклоническим режимом в его центральных частях.
Радиационный режим в Антарктиде
В связи с тем что в Антарктиде, занимающей околополюсное положение в южном полушарии, полярный день совпадает с нахождением Земли в перигелии, она получает солнечной радиации на 7% больше, чем Арктика в тех же широтах. Поверхность Антарктиды на большей ее части поднимается до 3000 м и выше над ур. м., т. е. находится выше облачности нижнего яруса, что обеспечивает очень высокую прозрачность атмосферы (коэффициент прозрачности в центральных районах Антарктиды 0,80-0,85). Благодаря этому интенсивность солнечной радиации в Антарктиде самая высокая на Земле (1,7 кал/см2⋅мин.). Прямая солнечная радиация составляет 70-80% суммарной.
Количество солнечного тепла, поступающего к поверхности антарктического ледникового покрова, летом составляет 30 ккал/см2⋅мес., а за весь год - около 120 ккал/см2. Однако, несмотря на столь большой приход солнечной радиации, Антарктида - самая холодная область земного шара. Это связано с большой высотой над уровнем моря, с очень большим альбедо ее снежно-ледяной поверхности, с большим эффективным излучением.
Альбедо снега, покрывающего антарктический ледниковый покров, составляет 80-95%, а сравнительно небольших участков обнаженного льда в его краевых частях - около 60%. В результате от 75 до 90% приходящей солнечной радиации отражается обратно в космическое пространство, а поглощается всего лишь 15-30 ккал/см2⋅год. Но в связи с тем, что в Антарктиде очень велико эффективное излучение, баланс длинноволновой радиации отрицательный (от —20 до —25 ккал/см2⋅год). Полный радиационный баланс также отрицательный (в пределах материкового ледникового покрова и шельфовых ледников от —5 до —10 ккал/см2⋅год).
Таким образом, важнейшей закономерностью радиационного режима является постоянное выхолаживание поверхности антарктического ледникового покрова. Исключением являются горные хребты и оазисы, лишенные снега большую часть года, где радиационный баланс положительный (30-40 ккал/см2⋅год), а также узкая полоса побережья, где летом происходит незначительное таяние снега и льда. Однако на общем радиационном балансе всего ледникового покрова это почти не сказывается [Мартинова, Русин. 1966; Русин. 1969; Короткевич. 1972].
Циркуляция атмосферы в Антарктиде
Вследствие радиационного выхолаживания над центральной частью Антарктиды в нижних слоях атмосферы существует практически постоянный антициклон, над которым в верхних слоях атмосферы сравнительно теплые и влажные воздушные массы с окружающего Антарктиду Южного океана движутся к центру Антарктического материка, где выхолаживаются, опускаются и скатываются от центра к побережью, опоясанному зоной пониженного давления, в виде стоковых ветров.
Кающиеся в оазисе Бангера. Их происхождение связано с интенсивным избирательным испарением при отрицательных температурах воздуха
В гигантском океаническом кольце вокруг Антарктиды, между антарктическим антициклоном и субтропической областью высокого давления южного полушария, расположена область низкого давления. Однородная подстилающая поверхность (океан) и большие межширотные термические градиенты создают крайне благоприятные условия для формирования циклонов, движущихся по периферии Антарктического материка главным образом с северо-запада на юго-восток.
Циклоническая деятельность в Антарктиде особенно интенсивна зимой, когда огромные вихри циклонов вторгаются в глубь материка между разделяющими их отрогами центральноантарктического антициклона. Они несут с собой штормовые ветры и снегопады. Углубление циклонов зимой связано с тем, что в зимнее время особенно велик контраст между сравнительно теплой морской воздушной массой и исключительно холодной антарктической. Летом этот контраст сглаживается, и циклоническая деятельность ослабевает. На снимке из космоса хорошо видны основные пути движения циклонов вокруг Антарктиды.
Температура воздуха и поверхности снежно-фирновой толщи антарктического ледникового щита определяется главным образом радиационным режимом, а также высотой над уровнем моря и удаленностью от открытых морских акваторий. Наблюдается закономерное понижение температуры воздуха и верхних горизонтов антарктического ледникового покрова от побережья к центру, так как в том же направлении растут абсолютная высота ледниковой поверхности и продолжительность полярной ночи. Общая закономерность нарушается лишь в результате вторжений на материк циклонов, но, как уже говорилось, они редко проникают в центральные районы. Почти на всей территории Антарктиды (за исключением Антарктического п-ова, узкой береговой полосы и оазисов) температура воздуха и ледниковой поверхности всегда остается ниже нуля.
В прибрежных районах в зависимости от широтного положения и близости к открытому океану средняя годовая температура воздуха изменяется от -6,1° на станции Хоп-Бей (Антарктический п-ов, 63°24′ ю. ш., 56°59′ з. д.) до -11,5° на станции Мирный (66°33' ю. ш., 93°01′ в. д.) и до - 17,6° на станции Мак-Мердо (77°51′ ю.ш., 166°39′ в. д.).
Циклонические вихри вокруг Антарктиды.В центре материка преобладает антициклонический режим. Монтаж космических снимков
От побережья в глубь материка средняя годовая температура воздуха и деятельного слоя снежно-фирновой толщи сильно понижается*.
Деятельный слой - это верхняя 10-15-метровая толща снега, фирна и льда, в пределах которой сказываются годовые колебания температуры воздуха. На уровне подошвы деятельного слоя температура снежно-фирновой толщи равна средней годовой температуре воздуха в данном пункте. Следовательно, достаточно измерить температуру снега и фирна у подошвы деятельного слоя, чтобы получить среднюю годовую температуру воздуха в данном месте.
По измерениям на внутриматериковых станциях, которых очень немного, получены следующие значения средних годовых температур воздуха: на станции Пионерская (69°44′ ю. ш., 95°30′ в. д., 2740 м над ур. м.) -38,8°, на станции Восток (78°28′ ю. ш., 106°48′ в. д., 3488 м над ур. м.) -55,4°, на станции Амундсен-Скотт (Южный полюс, 2800 м над ур. м.) -49,3°. Много больше измерений (несколько проведено на уровне затухания годовых колебаний в снежно-фирновой толще в шурфах и скважинах во время санно-тракторных походов и посадок самолетов и вертолетов. В соответствии с выявленными закономерностями было рассчитано температурное поле и для тех частей ледникового щита, которые пока остались непосещенными. В результате составлена карта температуры фирна на глубине 10 м на всю площадь антарктического ледникового покрова, дающая наглядное представление о температурных условиях в Антарктиде.
Станция Амундсен-Скотт. Южный полюс
Сезонные колебания температуры воздуха в Антарктиде сравнительно небольшие. Так, в Мирном температура трех самых холодных месяцев - июля, августа и сентября - составляет -17,5°, -16,9° и —17,6°, а самого теплого (январь) — 1,9°. На станции Пионерская самый холодный месяц - июль (-48,6°), самый теплый - декабрь (—23,5°). На станции Восток холоднее всего в августе (-67,3°), а наиболее «тепло» в январе (—32,9°). На станции Амундсен-Скотт самый холодный месяц - август (—59,9°), самые теплые - декабрь и январь (—28,6° и -28,7° соответственно). Переход температуры от зимнего минимума к летнему максимуму в центральных районах Антарктиды происходит без резких скачков. В то же время в краевых частях антарктического покрова и на побережье нередко наблюдаются резкие падения и повышения температуры за короткие промежутки времени. Так, в районе станции Мирный многократно отмечались колебания температуры за одни сутки на 20° и больше.
Температура фирна Антарктического ледникового покрова на глубине 10 м
Причиной падения температуры служат потоки холодных масс континентального воздуха, скатывающиеся по склону ледникового покрова из центральных районов к побережью стоковые ветры, а причиной внезапных потеплений являются циклонические вторжения теплых воздушных масс с океана.
Наиболее ярко такие непериодические колебания температуры выражены на склоне ледникового щита, в зоне стоковых ветров, в пределах которой расположена станция Пионерская. На этой станции с 25 июня по 15 сентября 1956 г. было зафиксировано 12 волн похолоданий и потеплений с амплитудами от 15 до 35°. Во время потеплений всегда наблюдались резкое усиление ветра циклонических направлений, снегопады и метели. При стоке из Центральной Антарктиды переохлажденных масс воздуха температура резко падала, до —50-60° (против - 25-45° при циклонических прорывах) и метели сменялись позёмками. Во внутренних районах Антарктиды, куда циклоны прорываются очень редко и где господствует антициклон, колебания температуры вызваны главным образом чередованием светлого и темного времен года, а непериодические колебания температуры воздуха невелики [Русин. 1959].
