4.Излучение Солнца и его взаимодействие с атмосферой Земли.
Солнечная энергия – основной вид энергии, потребляемой биосферой Земли. Ее потребление просходит как непосредственно – при фотосинтезе , так и косвенно – благодаря тому, что ее поступление обеспечивает на планете нынешние климатические условия. Для всех обитателей нашей планеты поступление солнечной энергии- необходимое условие их существования. Этот тезис справедлив также для тех наземных и морских организмов которые не нуждаются в свете (ночные животные, жители пещер и глубин океана). Все эти организмы потребляют солнечную энергию в виде тепла окружающей их среды, а также пищи.
Каждую секунду Солнце излучает в окружающее пространство поток солнечного ветра, а также солнечной радиации.
Солнечный ветер – поток заряженных частиц (в основном электронов, протонов и ядер гелия), непрерывно извергаемый Солнцем в космическое пространство. Он движется со скоростью до 400 км в секунду и неппрерывно пересекае орбиту Земли. Концентрация в нем заряженных частиц зависит от активности Солнца и может изменяться в тысячи раз.
В среднем ежесекундно солнечный ветер уносит с поверхности Солнца массу равную массе 70 пирамид Хеопса.
Солнечный ветер непрерывно взаимодействует с магнитосферой Земли и деформирует ее. За счет этого в периоды своей максимальной плотности солнечный ветер вызывает магнитные бури, воздействующие на здоровье людей и других живых существ, нарушает работу приборов и радиоаппаратуры.
Если магнитосфера ослабнет заряженные частицы солнечного ветра смогут вторгаться в атмосферу и достигать земной поверхности. Первое вызовет резкое увеличение в верхних слоях тропосферы атмосферных ядер конденсации и усиление здесь облачности перистых и высоко-слоистых форм, что уменьшит приток солнечной радиации к земной поверхности и вызовет понижение здесь температуры. Второе вызовет рост радиационного фона на планете и может вызвать рост интенсивности мутаций.
Солнечная радиация — электромагнитные волны различной частоты. Ежесекундно Солнцем излучается приблизительно 380 млрд.млрд. МВт энергии, источник которой до сих пор не выяснен.
Радиоизлучение— самая длинноволновая чсть изученного спектра излучения Солнца, включает электромагнитные колебания с длинами волн микроны- сотни тысяч тысяч километров.
Доля энергии солнечной радиации, приходящейся на радиоизлучение, относительно не велика. Установлено, однако, что среди волн входящих в его состав встречаются и совпадающие по частоте с резонансной частотой колебаний магнитосферы Земли. Увеличение амплитуды резонансной электромагнитной «подчачки» магнитосферы нашей планеты может приводить к увеличению амплитуды ее собственных осцилляций в сотни раз. В свою очередь осцилляции в магнитосфере способны влиять на динамику процессов в недрах Земли, ускоряя или тормозя их.
Последнее позволяет предполагать, что низкочастотное электромагнитное излучение Солнца управляет спусковым механизмом, запускающим извержения вулканов и землетрясения.
Несмотря на это, низкочастотное электромагнитное излучение Солнца ныне изучено весьма мало.
Установлено, что источником упомянутых резонансных радиоволн являются колебания солнечных портуберанцев- гигантских струй раскаленной плазмы, выбрасываемых при вспышках на миллионы километров с поверхности Солнца . Радиоволны метрового и дециметрового диапазона излучаются при колебаниях высокотемпературной плазмы в солнечной короне.
Излучение Солнцем радиоволн в значительной мере с солнечным ветром. Усиление последнего приводит к усилению их интенсивности.
26% солнечной радиации, падающей на внешнюю границу атмосферы Земли отражается в космос, остальное проникает в нее.
22% солнечной радиации проникшей в земную атмосферу поглощается ею.
ИК практически полностью поглощается содержащимися в атмосфере озоном, водяным паром, углекислотой, метаном, фреонами и другими т.н. «парниковыми» веществами, сосредоточенными преимущественно в тропосфере.
УФ в значительной мере поглощается кислородом при образовании озона. Наибольшая плотность кислорода приходится на нижние слои атмосферы, однако эффективное поглощение ультрафиолета начинается уже в стратосфере- с высот 50-55 км (чем и вызван максимум температуры воздухпа, приходящийся на стратопаузу).
Наименьшее поглощение приходится именно на видимую часть солнечной радиации.
47% проникшей в атмосферу солнечной радиации рассеивается ею. Рассеивателями солнечной радиации в атмосфере являются:
молекулы азота (совпадающие по размерам с длиной волны синего света, что определяет цвет неба- голубой );
облака и капли аэрозолей (имеющие размеры гораздо больше длин волн света видимого диапазона и потому выглядящие белыми);
Все виды солнечной радиации количественно оцениваются в единицах мощности, приходящейся на 1 кв. м горизонтальной земной поверхности.
Наибольшие величины суммарной солнечной радиации на нашей планете наблюдаются в Антарктиде в период полярного лета. Здесь она более чем в полтора раза превышает суммарную солнечную радиацию на экваторе.
Наимненьшие ночью везде.
При солнечных затмениях диск Луны закрывает видимый диск Солнца, оставляя незатененной верхнюю часть солнечной атмосферы, формирующую УФ (т.н. «солнечную корону»). Поэтому при затмениях суммарная солнечная радиация (за счет уменьшения потока видимого и инфракрасного солнечного излучения) многократно снижается (становится темно как ночью), а поток УФ остается не изменным (как днем).
Реакции всех живых существ на нашей планете адаптируются к суммарной солнечной радиации. В результате в период затмений УФ травмирует все живое. Человек может как в тумане ожечь глаза разгядывая Солнце. После затмений возникают эпидемии.
Список рекомендованной литературы:
1. Вайсберг .Погода на Земле: Популярная метеорлогия.- М.: “Гидрометеоиздат”,1980.
2. Адамов П.Н. Местные признаки погоды. Л. “Гидрометеоиздат”,1961.
3. Алисов Б.П. Климат СССР — М. “Высшая школа”.
4. Вернадский В.И. Биосфера- М. “Мысль”.1967.
5.Гирс А.А., Кондратович К.В. Методы долгосрочных прогнозов погоды. Л.: «Гидрометеоиздат» 1978. 343.
6.Зверев А.А. Синопатическая метеорология. Л.: «Гидрометеоиздат», 1968.774с.
7.Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. Л.: «Гидрометеоиздат» 1979. 376с.
8. Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Л.: «Гидрометеоиздат», 1976. 639с.
9. Оптика океана и атмосферы . /Под ред. Шифрина К.С. Л.: «Наука» .1972. 232с.
10.Решетов В.Д. Изменчивость метеорологических элементов в атмосфере. Л.: «Гидрометеоиздат» . 1973. 216с.
11. Хргиан А.Х. Физика атмосферы. Л.: «Гидрометеоиздат», 1978. Т.1. 246с.
12.Хромов С.П., Мамонтова Л.И. Метеорологический словарь. Л.: «Гидрометеоиздат»,1971. 568с.
Кондратьев К. Я., Актинометрия, Л., 1965;
Хргиан А. Х., Очерки развития метеорологии, т. 1, 2 изд., Л., 1959; Янишевский Ю. Д., Актинометрические приборы и методы наблюдений, Л., 1957;
Кондратьев К. Я., Борисенко Е. П., Морозкин А. А.. Практическое использование данных метеорологических спутников, Л., 1966.
2. Солнечная радиация, ее состав и причины колебаний.
Солнце является основным источником энергии на Земле. Солнечная радиация подразделяется на 3 диапазона:
1. Ультрафиолетовое излучение — от 10 до 400 нм
2. Видимый свет — от 400 до 760 нм
3. Инфракрасное излучение — от 670 до 3400 нм Интенсивность солнечной радиации на границе земной атмосферы
называется солнечной постоянной. Ее величина колеблется в зависимости от ряда астрономических причин, но в среднем составляет 1.94 кал/см 2 /мин. На ультрафиолетовую часть спектра на границе атмосферы приходится 7% энергии, на видимый свет — 46% и 47% на инфракрасное излучение.
При прохождении через атмосферу интенсивность солнечной радиации снижается, что определяется
1. Углом падения лучей, который в свою очередь зависит от
а) Широты местности
в) Времени суток
2. Массой воздуха, через который проходят лучи
3. Степенью загрязнения атмосферы
При прохождении солнечных лучей через атмосферу изменяется не только интенсивность излучения, но и его спектр. При угле солнца над горизонтом 40° ультрафиолетовое излучение составляет только 1 %, видимый свет — 40%, инфракрасное излучение — 52%. Когда угол опускается до 5° ультрафиолетовое излучение исчезает вообще, 28% приходится на видимый свет и 72% на инфракрасное излучение.
Солнечная радиация достигает Земли в виде прямых и рассеянных лучей. Рассеяние происходит от частиц, имеющихся в воздухе, водяных паров и тд. В наибольшей степени рассеиваются ультрафиолетовые лучи. Существует общее правило, согласно которому чем короче волна света, тем интенсивнее он рассеивается.
Часть солнечного излучения поглощается, а часть отражается. Отношение отраженной радиации к падающей называется альбедо и выражается в процентах. Величина альбедо непигментированной кожи человека равна 35%, лес отражает только 12%, чистый снег имеет наиболее высокое альбедо — 90 %. Таким образом, надо помнить, что солнечные ожоги могут возникать и вследствие действия отраженного света.
3. Ультрафиолетовое и инфракрасное излучение. Положительные и отрицательные эффекты действия на организм.
Ультрафиолетовая радиация.
Ультрафиолетовое излучение представляет собой часть солнечной радиации с длиной волны от 10 до 400 нм.
Ультрафиолетовые лучи с длинной волны от 10 до 290 нм не достигают земной поверхности. Свойства ультрафиолетового излучения с разной длинной волны неодинаковы. Наиболее короткие волны (от 10 до 200 нм) по своему действию приближаются к ионизирующему излучению. Эта область получила название озонирующей. Энергия ультрафиолетового излучения с длинной волны от 200 до 400 нм не достаточна для возбуждения атомов, здесь преобладают фотохимические реакции.
Для нас наибольшее значение имеет часть спектра от 200 до 400 нм. Эту зону делят на
область С — от 200 до 280 нм
область В — от 280 до 320 нм
область А — от 320 до 400 нм
Область С называют бактерицидной. Преимущественным действием ультрафиолетового излучения в этой области является бактерицидное действие, что широко используется для обеззараживания воды, воздуха и тд. Бактерицидным действием обладают также области В и А, но в значительно меньшей степени.
Область В называется эритемной, т.к. под влиянием ультрафиолетового излучения этой области возникает эритема. В области В также очень выражено витаминообразующее действие. Наиболее мощным ви-таминообразующим эффектом обладает область с длинной волны от 265 до 315 нм.
Область А получила название загарной. Под воздействием ультрафиолетового излучения этой области возникает загар — образование меланина, что представляет собой защитную реакцию организма.
Роль УФИ очень велика. Оно повышает тонус организма, умственную и физическую работоспособность, сопротивляемость к инфекциям, стимулирует деятельность желез внутренней секреции, кроветворение.
Под действием ультрафиолетового излучения образуются витамин D, гистамин, тканевые гормоны, пигменты.
Недостаток ультрафиолетового излучения отрицательно сказывается на организме и может приводить к:
1. Рахиту у детей
2. Снижению общей иммунологической реактивности
3. Снижению умственной и физической работоспособности
4. Повышению заболеваемости
5. Нарушению обмена кальция (из-за нехватки витамина D) — остеопо-роз, остеомаляция, кариес
Не следует, однако, забывать и об отрицательном действии ультрафиолетового излучения, которому в последнее время уделяется пристальное внимание.
Отрицательное действие переоблучения:
1. Обострение ряда хронических заболеваний. Поэтому загорание не может быть рекомендовано при таких заболеваниях как туберкулез, ревматизм, язва желудка и двенадцатиперстной кишки, сердечнососудистые заболевания, все виды опухолевых процессов
2. Доказано роль ультрафиолетового излучения в развитии рака кожи, в частности меланомы
3. Возможно возникновение дефицита некоторых ароматических аминокислот — тирозина, фенилаланина, а также витамина С и витамина РР, которые участвуют в синтезе меланина
4. Повышается количество перекисных соединений, что ведет к избыточному расходу белка и железа и образованию радиомиметиков — соединений, обладающих мутагенным действием.
5. Возможно возникновение фотохимического ожога в случае, когда не успевает образоваться защитный пигмент. Фотохимический ожог характеризуется повышением температуры, головной болью, недомоганием.
6. При избыточном действии ультрафиолетового излучения может возникать фотоофтальмия — конъюнктивит, сопровождающийся покраснением, ощущением песка в глазах, жжением, слезотечением, светобоязнью, иногда временной потерей зрения. Фотоофтальмия возможна не только при действии прямого, но также отраженного и рассеянного света и может наблюдаться у альпинистов, горнолыжников, электросварщиков, в фотариях, операционных. В производственных условиях (например, у сварщиках) при повреждении роговицы интенсивным ультрафиолетовым излучением возможно развитие катаракты.
7. Фотосенсибилизация — повышенная чувствительность к действию ультрафиолетового излучения, которая проявляется в фотоаллергических реакциях типа крапивницы, дерматитов, экземы. Для возникновения фотосенсибилизации, как правило, необходимо наличие как экзогенных, так и эндогенных факторов. К эндогенным факторам относятся заболевание щитовидной, поджелудочной железы, печени, энзи-мопатии, ведущие к накоплению порфиринов, жирных кислот, билирубина. Экзогенные факторы — различные химические агенты — гудрон, асфальт, креозотовое масло, горюче-смазочные материалы, красители (акридин, креозот).
Инфракрасное излучение.
Инфракрасное излучение представляет собой часть солнечной радиации в диапозоне длин волн от 670 до 3400 нм.
Инфракрасное изучение оказывает прежде всего тепловое действие. Кроме того, в настоящее время установлен целый ряд биологических эффектов.
Тепловой эффект определяется прежде всего длинной волны. Длинноволновая часть инфракрасного излучения (более 1400 нм) задерживается поверхностными слоями кожи, благодаря чему происходит их разогрев, появляется чувство жжения. Вследствие такого эффекта длинноволновая часть излучения называется «палящими лучами». При достаточной интенсивности излучения возможна эритема и ожог.
Коротковолновая часть излучения проникает в ткани на глубину около 3 см, в результате чего может вызывать разогрев тканей, в том числе мозговых оболочек. Именно воздействием коротковолнового инфракрасного излучения обусловлено такое явление как солнечный удар. Кроме того, оно вызывает перегрев и помутнение хрусталика, что ведет к развитию катаракты.
Общие реакции в ответ на действие инфракрасного излучения характеризуются гиперемией, повышением газообмена, усилением выделительной функции почек, изменением функционального состояния нервной системы.
У вас большие запросы!
Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.
Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.
Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад
11.Излучение Солнца. Спектр излучения, солнечная постоянная. Актинометр.
Наиболее мощным источником теплового излучения, обуславливающим жизнь на Земле, является Солнце.
Спектр Солнца непрерывный, в нем наблюдается множество темных фраунгоферовых линий. Фраунгофер был первым, кто описал темные линии на фоне непрерывного спектра в 1814 году. Эти линии в спектре Солнца образуются в результате поглощения квантов света в более холодных слоях солнечной атмосферы.
Наибольшую интенсивность непрерывный спектр имеет в области длин волн 430–500 нм. В видимой и инфракрасной областях спектр электромагнитного излучения Солнца близок к спектру излученияабсолютно черного тела с температурой 6000 К. Эта температура соответствует температуре видимой поверхности Солнца – фотосферы. В видимой области спектра Солнца наиболее интенсивны линии Н и К ионизованного кальция, линии бальмеровской серии водорода Нα, Нβ и Нγ.
Около 9 % энергии в солнечном спектре приходится на ультрафиолетовое излучение с длинами волн от 100 до 400 нм. Остальная энергия разделена приблизительно поровну между видимой (400–760 нм) и инфракрасной (760–5000 нм) областями спектра.
Модель 2.7. Излучение абсолютно черного тела
Солнце – мощный источник радиоизлучения. В межпланетное пространство проникают радиоволны, которые излучает хромосфера (сантиметровые волны) и корона (дециметровые и метровые волны). Радиоизлучение Солнца имеет две составляющие – постоянную и переменную. Постоянная составляющая характеризует радиоизлучение спокойного Солнца. Солнечная корона излучает радиоволны как абсолютно черное тело с температурой T = 10 6 К. Переменная составляющая радиоизлучения Солнца проявляется в виде всплесков, шумовых бурь. Шумовые бури длятся от нескольких часов до нескольких дней. Через 10 минут после сильной солнечной вспышки радиоизлучение Солнца возрастает в тысячи и даже миллионы раз по сравнению с радиоизлучением спокойного Солнца; это состояние длится от нескольких минут до нескольких часов. Это радиоизлучение имеет нетепловую природу.
Плотность потока излучения Солнца в рентгеновской области (0,1–10 нм) весьма мала (~5∙10 –4 Вт/м 2 и сильно меняется с изменением уровня солнечной активности. В ультрафиолетовой области на длинах волн от 200 до 400 нм спектр Солнца также описывается законами излучения абсолютно черного тела.
В ультрафиолетовой области спектра с длинами волн короче 200 нм интенсивность непрерывного спектра резко падает и появляются эмиссионные линии. Наиболее интенсивна из них водородная линия лаймановской серии (λ = 121,5 нм). При ширине этой линии около 0,1 нм ей соответствует плотность потока излучения около 5∙10 –3 Вт/м 2 . Интенсивность излучения в линии приблизительно в 100 раз меньше. Заметны также яркие эмиссионные линии различных атомов, важнейшие линии принадлежат Si I (λ = 181 нм), Mg II и Mg I, O II, O III, C III и другие.
Коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца возникает вблизи фотосферы. Рентгеновское излучение исходит из хромосферы (T ~ 10 4 К), расположенной над фотосферой, и короны (T ~ 10 6 К) – внешней оболочки Солнца. Радиоизлучение на метровых волнах возникает в короне, на сантиметровых – в хромосфере.
Поток солнечной радиации, приходящийся на 1 м 2 площади земной границы атмосферы, составляет 1350 Вт. Эту величину называют солнечной постоянной.
Интенсивность прямой солнечной радиации измеряют актинометром. Принцип действия его основан на использовании нагревания зачерченных поверхностей тел, происходящего от солнечной радиации. В термоэлектрическом актинометре Савинова – Янишевского приемной часть радиации является тонкий, зачерченный с наружной стороны диск 1. К диску с электрической изоляцией припаяны спаи термоэлементов 2, другие спаи 3 прикреплены к медному кольцу внутри корпуса и затенены. Под действием солнечной радиации возникает электрический ток в термобатарее, сила которого прямо пропорциональна потоку радиации.