Поглощение солнечных лучей воздухом дает не более 0,1° С тепла нижнему километровому слою тропосферы. Непосредственно от Солнца атмосфера получает не более 1/3 тепла, а 2/3 она усваивает от земной поверхности и, прежде всего, от гидросферы, которая передает ей тепло через водяной пар, испарившийся с поверхности водной оболочки.
Солнечные лучи, прошедшие газовую оболочку планеты, в большинстве мест земной поверхности встречают воду: на океанах, в водоемах и болотах суши, во влажной почве и в листве растений. Тепловая энергия солнечной радиации расходуется на испарение. Молекулы воды, переходя из жидкости в пар, должны преодолеть силы молекулярного сцепления в воде. На эту работу расходуется кинетическая энергия теплового движения. Количество тепла, затрачиваемое на единицу испаряющейся воды, называется скрытой теплотой парообразования. При конденсации пара теплота парообразования поступает в воздух и нагревает его.
Усвоение солнечного тепла водоемами отличается от нагревания суши.
Теплоемкость воды примерно в два раза больше, чем почвы. При одинаковом количестве тепла вода нагревается вдвое слабее, чем почва; при охлаждении соотношение обратное. Из сопоставления теплоемкостей морской воды и воздуха — 3,87 и 0,99 кДж/кг и их плотностей—1,028 и 0,001 следует, что при охлаждении 1 м3 воды на 1°С на такую же величину нагревается свыше 3000 м3 воздуха.
В воде лучи проникают на большую глубину (в океанах до 100 м) и нагревают большую толщу, но, естественно, не до такой, как на суше, температуры. На еще большую глубину тепло передается вертикальным перемешиванием воды.
Водоемы нагреваются и охлаждаются медленнее суши: в теплое время они аккумулируют тепло, а в холодное передают его воздуху. Например, Балтийское море с октября по март отдает атмосфере 2170 МДж/м2 (52 ккал/см2). Стометровая толща воды при остывании на 1°С повысит температуру всей тропосферы на 6° С.
Если на теплую океанскую поверхность проникает холодная воздушная масса, то тепло воды проникает в слой мощностью до 0 км. Тепло Гольфстрима при вторжении в Атлантический океан холодного арктического воздуха распространяется на всю тропосферу; теплоотдача доходит до 83,7 МДж/м2 (2000 кал/см2) в сутки. При этом свойства трех- и пятикилометрового слоя воздуха изменяются уже через сутки после начала вторжения. В холодное полугодие за сутки воздух над Гольфстримом может прогреваться от 6 до 20° С. Прогревание обязано скрытой теплоте парообразования.
Как видим, следует различать темп нагревания (вода нагревается медленно) и степень нагретости воды.
Почва и грунт воспринимают коротковолновую солнечную радиацию, преобразуют ее в длинноволновую тепловую и нагреваются. От поверхности тепло передается вниз, в грунты, благодаря их теплопроводности и вверх, в воздух, турбулентным теплообменом.
Почва усваивает не только солнечное тепло, но и атмосферные осадки. В силу этого в природе земного шара, в географической оболочке она играет исключительную биохимическую роль: к ней приурочена тонкая пленка жизни на материках. Почва вместе с верхним 100-метровым слоем океана является наиболее активной частью биосферы. Если учесть, что развитая жизнь в нашей системе планет есть только на Земле, то они выступают как особая космическая система.
В последнее время в качестве одной из составных частей природного комплекса стал изучаться почвенный климат — совокупность внутрипочвенных климатических явлений, из которых главные— режим тепла, режим влаги и газообмен. Почва и почвенный климат — одни из решающих природных предпосылок сельскохозяйственного производства.
