Атмосферний тиск. Вітер та його походження

Повітря невидиме і легке. Проте, й воно, як і всяка речовина, має масу та вагу. Тому воно чинить тиск на земну поверхню і на всі тіла, що на ній знаходяться. Цей тиск визначається вагою стовпа повітря заввишки з усю атмосферу – від земної поверхні до самої її верхньої межі. Встановлено, що такий стовп повітря тисне на кожний 1 см² поверхні з силою в 1 кг 33 г (відповідно на 1 м² – понад 10 т!). Отже, атмосферний тиск – це сила, з якою повітря тисне на земну поверхню і на всі предмети на ній.

Поверхня тіла людини складає в середньому 1,5 м². Відповідно повітря тиснутиме на неї вагою в 15 т. Такий тиск здатний розчавити все живе. Чому ж ми його не відчуваємо? Це пов’язано з тим, що всередині людського організму також існує тиск – внутрішній, і він дорівнює атмосферному. Якщо ця рівновага порушується, людина почуває себе погано. тмосферний тиск вимірюють за допомогою спеціального приладу – барометра. У перекладі з грецької це слово означає “вимірювач важкості”.

Атмосферний тиск залежить від висоти місцевості. Чим вище від рівня моря, тим тиск повітря менший. Він знижується, тому що з підняттям зменшується висота стовпа повітря, що тисне на земну поверхню. Крім того, з висотою тиск падає ще й тому, що зменшується щільність самого повітря. На висоті 5 км атмосферний тиск знижується наполовину порівняно з нормальним тиском на рівні моря. В тропосфері з підняттям на кожні 100 м тиск зменшується приблизно на 10 мм рт. ст.

Знаючи, як змінюється тиск, можна вирахувати і абсолютну, і відносну висоту місця. Існує і особливий барометр – висотомір, в якому поряд зі шкалою атмосферного тиску, є і шкала висот. Отже, для кожної місцевості буде характерний свій нормальний тиск: на рівні моря – 760 мм рт. ст., в горах у залежності від висоти – нижче. Наприклад, для Києва, що лежить на висотах 140–200 м над рівнем моря, нормальним буде середній тиск 746 мм рт. ст.

Атмосферний тиск залежить і від температури повітря. При нагріванні об’єм повітря збільшується, воно стає менш щільним і легшим. Через це зменшується і атмосферний тиск. При охолоджені відбуваються зворотні явища. Отже, зі зміною температури повітря безперервно змінюється і тиск. Протягом доби він двічі підвищується (вранці та увечері) і двічі знижується (після полудня і після півночі). Взимку, коли повітря холодне і важке, тиск вищий, ніж улітку, коли воно більш тепле і легке. Отже, за зміною тиску можна передбачити зміни погоди. Зниження тиску вказує на опади, підвищення – на суху погоду. Зміна атмосферного тиску впливає і на самопочуття людей.

Атмосферний тиск, як і температура повітря, розподіляється на Землі смугами: розрізняють пояси низького і високого тиску. Їх утворення пов’язане з нагріванням і переміщенням повітря.

Над екватором повітря добре прогрівається. Від цього воно розширюється, стає менш щільним, а тому легшим. Легше повітря піднімається вгору – відбувається висхідний рух повітря. Тому там біля поверхні Землі протягом року встановлюється пояс низького тиску. Над полюсами, де протягом року температури низькі, повітря охолоджується, стає більш щільним і важчим. Тому воно опускається – відбувається низхідний рух повітря – і збільшується тиск. Тому біля полюсів утворилися пояси високого тиску. Повітря, що піднялося над екватором, розтікається до полюсів. Але, не доходячи до них, на висоті воно охолоджується, стає важчим і опускається на паралелях 30–35⁰ в обох півкулях. Як наслідок – там утворюються пояси високого тиску. В помірних широтах, на паралелях 60–65⁰ обох півкуль утворюються пояси низького тиску.

Отже, спостерігається тісна залежність атмосферного тиску від розподілу тепла і температур повітря на Землі, коли висхідні і низхідні рухи повітря зумовлюють нерівномірне нагрівання земної поверхні.

Хоча повітря й невидиме для ока, ми завжди відчуваємо його рух – вітер. Головною причиною виникнення вітру є різниця в атмосферному тиску над ділянками земної поверхні. Варто лише тиску де-небудь зменшитися або збільшитися, як повітря попрямує від місця більшого тиску в бік меншого. А рівновага тиску порушується неоднаковим нагріванням різних ділянок земної поверхні, від яких по-різному нагрівається і повітря.

Спробуємо уявити як це відбувається на прикладі вітру, що виникає на узбережжях морів і називається бризом. Ділянки земної поверхні – суходіл і вода – нагріваються неоднаково. Суходіл нагрівається швидше. Тому й повітря над ним нагріється швидше. Воно підніметься вгору, тиск знижується. Над морем у цей час повітря холодніше і відповідно вищий тиск. Тому повітря з моря переміщується на суходіл на місце теплого. Ось і подув вітер – денний бриз. Вночі все відбувається навпаки: суходіл охолоджується швидше, ніж вода. Над ним холодне повітря створює більший тиск. А над водою, що довго зберігає тепло і охолоджується повільно, тиск буде нижчий. Холодніше повітря з суходолу з області вищого тиску переміщується в бік моря, де тиск менший. Виникає нічний бриз.

Отже, різниця в атмосферному тиску діє як сила, що викликає горизонтальний рух повітря з області високого тиску до області низького тиску. Так народжується вітер.

Визначення напрямку й швидкості вітру. Напрямок вітру визначають за тією стороною горизонту, звідки він дме. Якщо, наприклад, вітер дме із заходу, його називають західним. Це означає, що повітря переміщується із заходу на схід.

Швидкість вітру залежить від атмосферного тиску: чим більша різниця в тиску між ділянками земної поверхні, тим сильніший вітер. Вона вимірюється в метрах за секунду. Біля земної поверхні вітри найчастіше дмуть зі швидкістю 4–8 м/с. У давні часи, коли ще не було приладів, швидкість і силу вітру визначали за місцевими ознаками: в морі – за дією вітру на воду і вітрила суден, на суходолі – за верхівками дерев, відхиленням диму з труб. За багатьма ознаками була розроблена 12-бальна шкала. Вона дозволяє визначити силу вітру в балах, а потім і його швидкість. Якщо вітру немає, тобто його сила і швидкість рівні нулю, то це штиль. Вітер силою в 1 бал, що ледь колише листя дерев, називають тихим. Далі за шкалою: 4 бали – помірний вітер (5 м/с), 6 балів – сильний вітер (10 м/с), 9 балів – шторм (18 м/с), 12 балів – ураган (понад 29 м/с). На метеостанціях силу і напрямок вітру визначають за допомогою флюгера, а швидкість – анемометра.

Найсильніші вітри біля земної поверхні дмуть в Антарктиді: 87 м/с (окремі пориви сягали 90 м/с). Найбільша швидкість вітру в Україні зафіксована в Криму на горі Ай-Петрі – 50 м/с.

Роза вітрів. Роза вітрів – це своєрідний графік. Він наочно показує повторюванність вітрів різних напрямків за певний час (місяць, рік).

Змінні та постійні вітри. Змінні вітри міняють свій напрямок. Такими є вже відомі вам бризи (з французької “бриз” – легкий вітер). Вони змінюють свій напрямок двічі на добу (вдень і вночі). Бризи виникають не тільки на узбережжях морів, а й на берегах великих озер і річок. Проте вони охоплюють лише вузьку смужку узбережжя, проникаючи в глиб суходолу або моря на декілька кілометрів.

Мусони утворюються так само, як і бризи. Але вони змінюють свій напрямок двічі на рік за сезонами (влітку і взимку). У перекладі з арабської “мусон” означає “сезон”. Влітку, коли повітря над океаном нагрівається повільно і тиск над ним більший, вологе морське повітря проникає на суходіл. Це – літній мусон, який несе щоденні грозові зливи. А взимку, коли високий тиск повітря встановлюється над суходолом, починає діяти зимовий мусон. Він дме з суходолу в бік океану і приносить холодну суху погоду. Отже, причиною утворення мусонів є не добові, а сезонні коливання температури повітря і атмосферного тиску над материком і океаном. Мусони проникають на суходіл і океан на сотні і тисячі кілометрів. Вони особливо поширені на південно-східному узбережжі Євразії.

На відміну від змінних, постійні вітри дмуть в одному напрямку протягом року. Їх утворення пов’язане з поясами високого і низького тиску на Землі.

Пасати – вітри, що протягом усього року дмуть від поясів високого тиску поблизу 30-х тропічних широт кожної півкулі до поясу низького тиску на екваторі. Під впливом обертання Землі навколо осі вони спрямовані не прямо до екватора, а відхиляються і дмуть з північного-сходу в Північній півкулі і з південного-сходу – в Південній. Пасати, що відрізняються рівномірною швидкістю і дивовижною постійністю, були улюбленими вітрами мореплавців.

Від тропічних поясів високого тиску вітри дмуть не тільки до екватора, а й у протилежний бік – до 60-х широт з низьким тиском. Під впливом відхиляючої сили обертання Землі з віддаленням від тропічних широт вони поступово відхиляються на схід. Так виникає переміщення повітря із заходу на схід і ці вітри в помірних широтах стають західними.