Теплота фазовых превращений природных льдов составляет около 35% всего внешнего теплооборота Земли как планеты, не считая отражаемой энергии. Выделение теплоты кристаллизации при формировании атмосферного льда, перенос льда к земной поверхности и в более низкие широты, сопровождаемый поглощением теплоты таяния, служат мощными факторами перераспределения тепла на Земле.
Посмотрим теперь, как влияют на климат ледники и ледниковые покровы. Они оказывают возмущающее воздействие на атмосферу: возникает слой инверсии, который тем мощнее и устойчивее, чем больше и холоднее ледники. Из-за высокого альбедо поверхности и, как правило, отрицательных значений температуры поверхности снега и льда, а также больших затрат тепла на таяние льда структура теплового баланса ледников приобретает своеобразный характер. Крупные колебания ледников вызывают изменения уровня океана и холодных течений, тем самым оказывая влияние на климат через океан.
Ледниковый покров, подобный Гренландскому (он имеет площадь около 1,8 млн. км2, длину около 2000 км, ширину около 800 км и высоту ледораздела приблизительно 3000 м над уровнем моря), может разрушить циклоны средних размеров, но не способен погасить самые мощные. И действительно, траектории циклонов нередко пересекают Гренландский ледниковый покров, хотя их повторяемость над покровом меньше, чем над окружающими морями и сушей.
Влияние ледникового покрова на энергетику атмосферы характеризуют следующие соотношения. Годовой радиационный баланс в среднем для всего Гренландского ледникового покрова отрицателен - 4,9*1017 кДж/год, а на таяние Гренландского ледника ежегодно затрачивается еще 0,7*1017 кДж тепла. Тепловые затраты на поддержание постоянной средней годовой температуры льда должны пополняться эквивалентным теплом 5,6-10 17 кДж/год, приходящим к Гренландии из низких широт. Если принять среднюю скорость переноса воздушных масс в нижних слоях тропосферы над Гренландским ледниковым покровом равной 10 м/с, а пути отдельных частиц воздуха над ледником оценить в 1000 км, то окажется, что за год над покровом сменяется примерно 200 объемов воздуха. Сопоставляя это количество воздуха с приведенными выше затратами тепла, приходим к выводу, что Гренландский ледниковый покров выхолаживает в среднем на 1° слой воздуха толщиной 1500 м. Но в действительности выхолаживание часто достигает 5°, и оно захватывает лишь 300 м.
По мере уменьшения ледников их охлаждающее влияние уменьшается. Новоземельский ледниковый покров охлаждает над собой на 3° слой воздуха в 70 м, отдельный горный ледник длиной в несколько километров - на 2° слой в 75 м, а вся ледниковая система, например, Большого Кавказа, охлаждает над горной страной на 1° 50-метровый слой воздуха. В относительно сухих районах ледники испаряют влагу и увлажняют атмосферу, а в более влажных влага конденсируется на поверхности ледников и атмосфера иссушается.
Особенно сильно воздействует на климат огромный Антарктический ледниковый покров. Здесь формируется ледниковый антициклон, т.е. область повышенного давления над покровным ледником. Глубокие циклоны могут, хоть и изредка, проникать в центральные части ледниковых покровов, что отмечается на всех внутриконтинентальных антарктических станциях.
В результате крутого подъема поверхности на периферии ледниковых щитов она охлаждается примерно на 6° на каждый километр, а из-за выпуклой формы щитов осадки усиливаются на их периферии и ослабляются на внутренних плато. В результате Антарктида "живет" в основном своим краем, где выпадает основная масса осадков, лед движется быстрее всего, интенсивно откалываются айсберги. Разрастание ледниковых щитов на первоначальном этапе их истории увеличивает снежность, что, в свою очередь, способствует их росту. Однако после того как щит достиг определенных размеров, его дальнейший рост вызывает уменьшение снежности из-за отклонения путей циклонов, что в конечном счете замедляет и прекращает разрастание ледникового щита. Это один из механизмов, ограничивавших беспредельный рост оледенения в прошлом.
Высокое альбедо снежно-ледниковых поверхностей перестраивает радиационный баланс системы Земля - атмосфера. По сравнению со средним альбедо земной поверхности отраженная в космос солнечная радиация увеличена над материковыми ледниковыми покровами в 3,5 раза, над фирновыми областями горных ледников в 2 раза, над островными ледниковыми покровами на 1/3, а над языками горных ледников на 1/5. Роль ледников в радиационном балансе существенно зависит от условий облачности.
Добавим к этому, что затраты тепла на ежегодное таяние всего накопленного за год снега и льда составляют почти 6*1018 кДж, или около 0,2% поглощаемой Землей солнечной радиации. А затраты тепла океаном на таяние айсбергов и абразию ледяных берегов почти 1017 кДж/год, что соизмеримо с тепловым стоком/ рек в океан.
Таким образом, снега и льды охлаждают климат в планетарном масштабе. В основном из-за наличия огромного ледяного материка в южнополярной области южное полушарие Земли на 2,2° холоднее северного. Гренландский ледниковый покров совместно с Восточно-Гренландским холодным течением поддерживает круглогодичное существование исландского минимума давления, другой же известный минимум давления - алеутский, расположенный в стороне от ледниковых покровов, носит сезонный характер. Круглогодичный минимум давления атмосферы сохраняется и вокруг другого континентального ледникового покрова - Антарктического. Это отражается на всем механизме атмосферной циркуляции.
Чем меньше ледник, тем менее заметным становится его климатическое влияние. Но даже на отдельных небольших ледниках почти всегда изменяется температура в приземном слое воздуха при переходе с ледниковой на каменную поверхность, и наоборот. Это так называемый температурный скачок, который зависит от многих условий: размеров ледника, заснеженности ледника и склонов, температуры воздуха, нагрева скал, зависящего от интенсивности солнечной радиации, т.е. облачности и широты места. На большинстве ледников температурный скачок составляет 1 - 2°.
Благодаря специфическим физическим свойствам воды она на Земле широко распространена и в твердом, и в жидком, и в газообразном состоянии, образуя ледники, океан и водные объекты суши, подземные воды, влагу в атмосфере. Отмеченное во многом и определяет географический облик земного шара в целом.
Границы гидросферы и биосферы практически совпадают. Размещение организмов на планете в целом подчиняется климатической зональности, но существенно зависит от наличия воды и ее физико-химических свойств. Основной средой обитания животных служит океан. Растения заселяют и океан, и сушу; в последнем случае их распространение во многом определяется тремя факторами: поступлением тепла, характером почв и, что особенно важно, наличием воды. Водные объекты служат местом обитания многих организмов - гидробионтов.
Благодаря большой массе воды на поверхности Земли и особенностям ее тепловых свойств гидросфера Земли регулирует тепловые процессы, поглощая в среднем 77% поступающей к земной поверхности солнечной энергии, передавая ее затем в атмосферу в результате испарения и последующей конденсации водяного пара (84% всего радиационного баланса Земли), а также путем турбулентного теплообмена. Гидросфера, таким образом, выступает в качестве мощного нагревателя атмосферы и всей Земли. Широтная климатическая зональность земного шара - в основном следствие неравномерного поступления солнечной радиации, обусловленного сферичностью Земли и наклоном земной оси. Вместе с тем природные воды, чьи тепловые свойства зависят от распределения солнечной радиации по широтам, сами существенно влияют на перераспределение тепла в широтном направлении: с морскими течениями тепло из районов его накопления (низкие широты) переносится в районы его расходования (высокие широты), что выравнивает тепловые различия на разных широтах.
Многие свойства атмосферы - это результат воздействия на нее гидросферы. Общие закономерности распределения атмосферного давления, пассатные и муссонные ветры, облачность и другие факторы зависят от распределения суши и воды на земном шаре и различия в их нагреве. Также определяемое общей циркуляцией атмосферы перемещение воздушных масс сопровождается их трансформацией над водными объектами (нагревание, охлаждение, насыщение влагой и т.д.). Основным источником осадков на Земле служит Мировой океан.
Геоморфологический облик современной суши, да и довольно обширной прибрежной зоны океанов, без всякого сомнения, сформировался под огромным воздействием гидрологических процессов. Кроме ветровой эрозии, во всех других проявлениях экзогенных природных процессов непосредственная или косвенная роль очевидна: физико-химическое выветривание горных пород немыслимо без участия воды; эрозионно-аккумулятивные процессы на суше, абразия морских берегов, формирование дельтовых равнин и шельфа, подводных каньонов - все это результат мощного воздействия гидрологических процессов. Эрозионно-аккумулятивные процессы в речных бассейнах изменяют горные системы, сформировавшиеся в результате эндогенных процессов. В современном рельефе суши многочисленные формы обязаны своим происхождением эрозионной, транспортирующей и аккумулирующей роли текущей воды (овраги, речные долины, русла рек и их поймы, дельтовые равнины и т.д.). Ледники также создают при своем движении специфические формы рельефа (троговые долины, морены и т.д.).
Таким образом, мы видим, какое огромное значение имеют поверхностные воды для нашей планеты. Поэтому мы должны понимать, что наше вмешательство в процессы, сформировавшиеся задолго до нашего появления, может нарушить хрупкое равновесие в действиях природных сил. Мы должны научиться разумно использовать природные ресурсы, сводить на нет наше отрицательное влияние на природные процессы, защитить их от самих себя.