Vítr

*Je to neviditelná síla, která utváří naše životy, ovlivňuje počasí, klima, půdu, ekonomiku i to, zda vlajka vypadá majestátně, nebo tam jen tak... leží. Mluvím samozřejmě o větru. Do velkých částí zeměkoule přináší vítr teplo a vodu. V Evropě je větrná energie jednou z nejoblíbenějších obnovitelných energií, a to díky větrným turbínám, které využívají její sílu. Lodě s plachtami se po staletí vydávaly za větrem a přinášely s sebou obchod a celé říše. Prudké větry mohou přinášet také zkázu, odnášet půdu ze země nebo dokonce trhat budovy.   Když se snažíme před větrem chránit, může nám připadat, že bojujeme s imaginárním nepřítelem. Ale vítr rozhodně není imaginární - geografové ho definovali a mají nástroje na jeho měření! Ať už se jedná o mírný mořský vánek nebo vichřici, vítr je jakýkoli horizontální pohyb vzduchu. A vzduch je směs dusíku, kyslíku a dalších plynů, které se tak dobře mísí, že mají tendenci působit jako jeden celek. Větry se pojmenovávají podle toho, z jakého směru přicházejí, a někteří lidé se dokonce jmenují podle větrů! Moje jméno Alizé znamená ve francouzštině severovýchodní pasát - neboli les vents Alizés, větry Alizé. Když mám za otce francouzského námořníka, který se rád plavil v teplých severovýchodních pasátech, není divu, odkud se to vzalo! Pojďme tedy hlouběji proniknout do vědy o tom, odkud vítr pochází - bude to vír dobrodružství.  Jmenuji se Alizé Carrère a toto je Crash Course Geography.*

Když si přiblížíme pohled na celou zeměkouli, uvidíme, že existují globální vzorce větru stejně jako globální vzorce teploty vzduchu. A ty spolu úzce souvisejí. Víme, že sluneční záření není rozloženo rovnoměrně a ohřívá různá místa. Teplota na daném místě závisí na několika klíčových faktorech, jako je zeměpisná šířka, nadmořská výška, vzdálenost od oceánu nebo moře, a dokonce i na tom, o jaký typ povrchu se jedná a kolik sluneční energie absorbuje.  Bez ohledu na to, kde se nacházíme, je však teplý vzduch lehčí, méně hustý a má tendenci stoupat. Chladný vzduch je naopak těžší, hustší a má tendenci klesat.  A slyšeli jste mě správně - existuje lehčí a těžší vzduch, protože všechny molekuly vzduchu mají hmotnost. Ne moc, ale přesto mají hmotnost. Hmotnost vzduchu pak vede k atmosférickému tlaku, který pochází ze všeho vzduchu nahoře, který tlačí na všechen vzduch dole. Takže tlak je mnohem vyšší tam, kde stojím v Miami, než kdybychom natáčeli takhle blízko vesmíru. Tady dole na nás tlačí celých 480 kilometrů atmosféry.

Ve skutečnosti se pravděpodobně blíží standardnímu tlaku na úrovni hladiny moře - což je přesně to, jak to zní: průměrný atmosférický tlak na úrovni hladiny moře.  Pod tímto obrovským tlakem se nemačkáme jako hliníkové plechovky, protože vzduch a voda uvnitř nás vyvíjejí stejný tlak směrem ven. A přesný atmosférický tlak na jiných místech se liší v závislosti na tom, kde se nacházíme, na ročním období nebo dokonce na denní době. Vítr je vlastně způsob, jakým atmosféra vyrovnává tlakové rozdíly, které mohou vznikat v důsledku denních a sezónních změn teploty vzduchu na zemském povrchu. Meteorologové, kteří studují atmosféru, používají měření tlaku vzduchu k předpovědi počasí. Například v televizní zprávě o počasí se může objevit mapa plná písmen H a L, což je ve skutečnosti mapa sledující tlak vzduchu.   Obrovské L znamená tlakovou níži neboli nízký tlak. V globálním měřítku je tlaková níže oblast, kde je tlak při povrchu nižší než standardní tlak na úrovni hladiny moře. Ale v místním měřítku, například na vaší místní meteorologické zprávě, může být tlaková níže také oblast, kde je tlak nižší než v okolí, protože na tuto část Země ve skutečnosti tlačí o něco méně vzduchu.  Tlakové níže se nazývají různě. Můžete ji slyšet jako depresi nebo dokonce cyklon. I když to není obří rotující vzdušný vír, který si možná představujeme - to je specifický meteorologický jev, který se tvoří pouze v tropických oceánech. Ale k tomu se vrátíme v příštích dílech.  Abychom to zjednodušili, budeme tomu říkat prostě tlaková níže.

Nízké hladiny vznikají buď proto, že se vzduch ohřívá a rozpíná se směrem nahoru a ven, nebo se vzduch ve vyšších vrstvách atmosféry rozprostírá, takže na zemský povrch tlačí méně vzduchu. Dole na zemi bychom dokonce mohli poznat, že se nacházíme v nížině. Jak se vzduch rozpíná a stoupá vzhůru, větry jsou přitahovány ke středu. Stoupající vzduch se ochlazuje a vzdušná vlhkost kondenzuje do kapek. Pokud se tedy náhodou nacházíme ve středu tlakové níže, počasí bude často pěkně zamračené a deštivé. Obrovská písmena H na mapě označují oblasti vysokého tlaku, kterým říkáme tlaková výše nebo anticyklóna. V buňce vysokého tlaku se buď vzduch ochlazuje a stává se hustším, takže klesá, nebo se atmosféra vysoko nad ním hromadí a tlačí vzduch pod sebou dolů.  Klesání stlačuje molekuly vzduchu k sobě a zahřívá je. Vodní pára ve vzduchu se tedy neochladí a neskondenzuje na kapalnou vodu. To znamená, že systémy vysokého tlaku přinášejí počasí, které je jasné a slunečné, což si pamatuji jako zkratku H, která znamená "happy".  Vysokotlaké a nízkotlaké buňky jsou obvykle velké - jako by mohly mít až 1000 kilometrů v průměru. A vzduch, který se pohybuje mezi těmito obrovskými oblastmi, aby vyrovnal energii v atmosféře, nám pomáhá pochopit a identifikovat větry. Klíčový je rozdíl nebo změna tlaku mezi tlakovou výší a tlakovou níží, kterému se říká tlakový gradient.

Jako každá tekutina chce vzduch proudit od vysokého k nízkému tlaku. Začněme v malém měřítku a podívejme se na ostrov. Když se pláže a pevnina během dne ohřívají rychleji než okolní moře, vzduch nad ostrovem se rozpíná, stoupá a snižuje tlak při povrchu.  Tím vznikne prostor pro proudění vzduchu z moře na pevninu a voilà - každý surfař nebo opalovač se odpoledne ochladí mořským vánkem.  A podobné věci se dějí ve větším měřítku po celém světě! Vzduch na rovníku je trvale ohříván Sluncem a má tendenci se rozpínat a stoupat, takže kolem Země vzniká pás nízkého tlaku zvaný rovníková kotlina. A na pólech bychom očekávali vysoký tlak, protože vzduch je tam studený a klesá. Ale větry nefoukají jen na sever a na jih. Je to proto, že Země rotuje. Abychom zjistili, co se s těmito větry skutečně děje, představme si, že letíme letadlem ze severního pólu na jižní pól s mezipřistáním v Ekvádoru na rovníku.

Dobrý den, tady je kapitán Carrère.  Pokud se podíváte z oken, uvidíte povrch Země, který se pomalu otáčí směrem na východ.  Abychom se tedy udrželi na "přímé" dráze, musíme neustále dělat malé zatáčky.  Tento jev, který způsobuje, že se pohybující se objekty - jako je naše letadlo nebo vzduch či voda - při pohybu nad rotující Zemí zdánlivě zakřivují, se nazývá Coriolisův jev.  Země se otáčí pod naším letadlem, ale také když cestujeme směrem k rovníku, Země se ve skutečnosti otáčí rychleji, protože na rovníku je Země větší a musí se pohybovat rychleji, aby udržela krok.  Je to jako s pochodující skupinou, která se otáčí za roh - pokud chtějí zůstat pohromadě v přímém směru, pochodující uvnitř kruhu dělají mnohem menší kroky a pohybují se pomaleji než pochodující vně kruhu. Takže pokud jsme na pólech, budeme se tak nějak točit na místě.  S klesající zeměpisnou šířkou se však rychlost otáčení zvyšuje, až se dostaneme k rovníku a zemský povrch se prakticky přibližuje rychlostí 1600 kilometrů za hodinu - což je asi dvakrát rychleji než naše letadlo. Jak se pak naše letadlo stále více přibližuje Ekvádoru a rovníku, náš rotační moment pochází z pomalých rychlostí na severním pólu, nikoli z rychle rotujícího rovníku.  To znamená, že se nakonec vychýlíme doprava do Tichého oceánu a musíme dělat malé zatáčky doleva, abychom se dostali do Ekvádoru.   Něco podobného se stane při našem druhém letu směrem k jižnímu pólu.  Tentokrát jsme však začali rotovat rychleji než náš konečný cíl. Takže při závěrečném přiblížení k Jižním Sandwichovým ostrovům bychom se vychýlili doleva a skončili bychom východně od místa, kde chceme být, kdybychom to nezkorigovali.  Ujistěte se prosím, že máte zapnuté bezpečnostní pásy a odložené odkládací stolky, protože se připravujeme na přistání!

Obecně platí, že Coriolisův jev vychyluje objekty na severní polokouli doprava a na jižní polokouli doleva.  Tak vznikají větrné spirály kolem oblastí nízkého a vysokého tlaku na mapě počasí, a proto se jim také říká cyklóny a anticyklóny. Vzduch chce proudit přímo ze středu tlakové výše do středu tlakové níže, ale je vychýlen. V našem modelu tedy ohřátý vzduch na rovníku nejprve stoupá vzhůru směrem k tropopauze, což je hranice mezi troposférou a stratosférou, a snaží se pohybovat směrem k pólům vysoko v atmosféře.  Potom, jak se vzdaluje od rovníku, Coriolisův jev způsobuje, že vzduch putující na sever se stáčí doprava a čím více na sever, tím více se zrychluje na východ. Vzduch se také ochlazuje, a než klesne zpět k povrchu, dosáhne jen asi 30 stupňů zeměpisné šířky. Takže místo jednoho velkého cirkulačního cyklu, jak navrhl George Hadley, anglický právník a amatérský meteorolog, který jej poprvé popsal v roce 1735, dostáváme složitější cirkulační systém obsahující Hadleyho buňku. Hadley chtěl pochopit, proč se přízemní větry, které by měly vanout přímo na jih k rovníku - podél tlakového gradientu od tlakové výše k tlakové níži -, stáčejí na západ. Vyřešení této záhady by pomohlo zajistit, aby evropské obchodní lodě bezpečně dosáhly břehů - a zboží - Ameriky.

 Není to poprvé, kdy naše chápání větrů šlo ruku v ruce s objevováním a kdy se obchod, bohatství a moc řídily větry. Například nové technologie vytvořené v roce 1400, jako kvadrant a astroláb, umožnily přesnou navigaci a mapování oceánských proudů, větrů a obchodních cest.  V průběhu let zkoumalo důsledky Hadleyho teorie mnoho dalších vědeckých mozků a my se stále dozvídáme více, protože zkoumáme pohyb energie mezi atmosférou a biosférou.  Nyní víme, že ve skutečnosti se vzduch na obou polokoulích sbíhá v úzkém pásu kolem rovníku zvaném intertropická konvergenční zóna a stoupá. Přízemní větry neboli doldrums, které se zde tvoří při sbíhání vzduchu a jeho stoupání vzhůru, jsou slabé a ne příliš spolehlivé. Plachetnice mohou v doldrumu uvíznout na několik dní. Podobně slabé větry se vyskytují na pólových okrajích Hadleyho buněk, kde se vzduch tlačí dolů a vytváří oblasti vysokého tlaku se středem kolem 30 stupňů zeměpisné šířky, nazývané subtropické pásy vysokého tlaku. Dávní námořníci byli často nuceni v těchto "koňských šířkách" sníst své koně nebo je hodit přes palubu, aby ušetřili pitnou vodu a odlehčili si, zatímco plachetnice čekaly, až se slabé větry ve středu těchto výšin zesílí. [Páni, to je pěkná tma.]

Mezi těmito pásy vysokého a nízkého tlaku se nacházejí silné a spolehlivé větry, které se spirálovitě šíří ze subtropického pásu vysokého tlaku směrem k rovníku. To jsou východní pasáty - a jsou to samozřejmě mé oblíbené větry! Na pasátech bylo závislých mnoho lodí, například první španělské plachetnice, které hledaly Boha, slávu a zlato v oblasti, kterou dnes nazýváme Střední a Jižní Amerika.  Zpáteční cesta byla samozřejmě něco jiného. Dávní námořníci španělských galeon, které se vracely z Ameriky domů, určovali kurz pomocí větrů vanoucích k pólům ze subtropického pásu vysokého tlaku. Tyto západní větry jsou silně vychýlené doprava a vanou od jihozápadu. Tyto silné větry vanou směrem k dalšímu pásu nízkého tlaku vzduchu zvanému subpolární nížiny, kde se střetávají s polárními vichry vanoucími z chladných pólů velmi vysokého tlaku. Na jižní polokouli vanou s větší silou, protože v těchto zeměpisných šířkách je velmi málo pevniny, která by jejich proudění přerušovala. Celkem jsme tedy na naší idealizované Zemi viděli, že zde ve skutečnosti existuje sedm tlakových pásem: dvě polární výše, dvě subpolární níže, dvě subtropické výše a jedna rovníková níže. A mezi těmito pásy tlakových výší a níží proudí větry.

Na skutečné Zemi nejsou pásy tak uspořádané. Tvoří tlakové buňky a my pozorujeme složitější vzorce tlaku a větru, protože buňky se mění s ročními obdobími a mění se mezi pevninou a vodou. Naše idealizovaná Země je tedy něco jako mapa větru a tlaku. Je to zjednodušený model, který nám pomáhá pochopit, co se děje na skutečné Zemi. Stejně jako atmosféra funguje jako buněčná membrána, větry jsou jako oběhový systém Země. Mnoho věcí životně důležitých pro naši planetu proudí prostřednictvím větrů. Během objevitelských plaveb v 15. až 18. století - které, jak dnes víme, nebyly vlastně vůbec objevitelské - byla znalost větrů, mořských proudů, přírodních přístavů a dalších věcí nezbytným základem pro obeplutí zeměkoule.  A na větry se při pohonu našich ekonomik spoléháme i nadále. Jako obnovitelný zdroj energie bude tato tichá síla i v budoucnu určovat náš život. Doufám, že ať už jste kdekoli, nacházíte se ve středu slunečné oblasti vysokého tlaku, což bude ideální počasí pro plavbu po oceánu, o které si povíme příští týden.