Значение озонового слоя атмосферы, озоновые дыры. Солнечный спектр на границе атмосферы и земной поверхности. Влияние солнечной активнос

 

В результате дошедшая до места наблюдения (земной поверхности) в виде параллельных лучей  от Солнца так называемая прямая солнечная  радиация будет как количественно, так и качественно отлична  от солнечной радиации за пределами  атмосферы .

Солнечная (коротковолновая) радиация преобразуется, проходя через атмосферу, в следующие  виды радиации: рассеянную (ввиду наличия  в атмосфере различных ионов  и молекул газов, частиц пыли происходит рассеяние прямой солнечной энергии  во все стороны; часть рассеянной энергии доходит до поверхности  Земли), отраженную (часть попавшей в атмосферу и на земную поверхность  энергии отражается обратно), поглощенную (происходит диссоциация и ионизация  молекул верхних слоях атмосферы, нагрев воздуха и самой земной поверхности, тех предметов, которые  на ней находятся) [5]. 

 

 

 

2.2. Ослабление потоков лучистой энергии в атмосфере

          Солнечное излучение, проходя через атмосферу, ослабляется благодаря эффектам рассеяния и поглощения. Для потоков лучистой энергии атмосфера в видимой части спектра является мутной средой, т.е. рассеивающей, а в ультрафиолетовой и инфракрасной - поглощающей и рассеивающей. Световой поток поглощается в атмосфере.

        Рассмотрим избирательное поглощение лучистой энергии в атмосфере. Любое вещество имеет свои полосы поглощения (рис.2). Из газов, входящих всегда в состав атмосферы, существенным для нас селективным поглощением обладают лишь O₂, O₃, CO₂ и водяной пар H₂O. Кислород вызывает интенсивное поглощение света

         

Рис.2. Спектр поглощения земной атмосферы. 

 

атмосферы, что солнечные лучи с длиной волны l<200нм не доходят до высот, доступных для наблюдения с поверхности Земли и самолетов.  Озон (O₃) имеет весьма сложный спектр поглощения, линии и полосы которого охватывают всю область солнечного спектра, начиная от крайних ультрафиолетовых лучей и до далекой инфракрасной области^[1]. В земной атмосфере озона мало, он располагается в виде слоя (10 - 40 км) с центром тяжести на высоте около 22 км, но обладает сильной поглощательной способностью. Его полосы: п.Гартлея (200 - 320 нм; l_max=255 нм); п.Шапюи (500 - 650 нм; l_max=600 нм). Наибольшее значение в поглощении лучистой энергии в атмосфере имеет водяной пар (H₂O), которого очень много в нашей атмосфере (влажность, облака и т.п.).

 Рассмотрим отраженную радиацию, т.е. радиацию, которая достигает земной поверхности, частично отражается от нее и вновь возвращается в атмосферу. Также отраженная радиация - это и излучение, отраженное от облаков[6].

Количество  отраженной некоторой поверхностью энергии в сильной мере зависит  от свойств и состояния этой поверхности, длины волны падающих лучей. Можно  оценить отражательную способность  любой поверхности, зная величину ее альбедо, под которым понимается отношение величины всего потока, отраженного данной поверхностью по всем направлениям, к потоку лучистой энергии, падающему на эту поверхность.  

 

    Рассмотрим  рассеянную радиацию. Рассеяние  в атмосфере может происходить  на молекулах газов (молекулярное  рассеяние) и частицах (крупных  (l<<r), средних (l~r), мелких (l>>r)), находящихся в атмосфере, оно зависит также и от наличия облачности. Основы  этой теории заложены Рэлеем, но позже она была усоршенствована другими учеными уже для различных размеров, форм и свойств частиц.

При попадании  света на крупные частицы, обычно находящиеся вблизи поверхности  Земли, происходит частичная потеря импульса падающей электро-магнитной  волны, т.е. на молекулу действует световое давление, тогда будем иметь эффекты  дифракции, отражения и преломления, пронукновения электро-магнитной  волны вовнутрь частицы.  В результате может возникнуть интерференция  падающей волны и вышедшей из частицы  за счет явления внутреннего отражения. Все эти явления описываются  в теории Ми. Предположения теории Ми: частицы сферические, однородные, не сталкиваются; атмосфера - плоско-параллельный слой. В результате рассеяния прямого  солнечного излучения в атмосфере, она сама становится источником излучения, которое достигает земной поверхности  в виде рассеянного излучения. Максимум в спектре рассеянной радиации смещен в более коротковолновую область, чем у солнечного спектра; также  состав рассеянной радиации зависит  от высоты Солнца (рис.3).  

 

 

 

Рис.3. Распределение энергии в спектре рассеянного света, посылаемого различными точками небесного свода.

 

Рассеянная  радиация также зависит и от облачности. Нередки случаи, когда рассеянная радиация достигает значений, сравнимых с потоком прямой солнечной радиации. Это явление обычно происходит в северных широтах. Оно объяснимо тем, что чистый сплошной снежный покров имеет черезвычайно большую отражательную способность. Облака являются средами, которые могут сильно рассеивать свет; опыты показали, что плотные облака толщиной 50 - 100 метров уже полностью рассеивают прямые солнечные лучи.

 

 

 

Рис.4. Рассеянная радиация атмосферы при безоблачном небе и при сплошной облачности (10 баллов).

 

 

3. Влияние солнечной активности

 

Солнце влияет на следующие факторы:

. эпидемиологическую  обстановку на Земле;

. количество  разного рода стихийных бедствий (тайфуны, землетрясения, наводнения  и т. д.);

. на количество  автомобильных и железнодорожных  аварий.

Максимум  всего этого приходится на годы активного  Солнца.

Воздействие изменений солнечной активности на биологические объекты опосредовано, и пока нельзя с уверенностью выделить один или несколько факторов, ответственных  за реакцию человеческого организма  на нестационарные солнечные процессы. Дело в том, что приход к Земле  излучения от вспышек, солнечных  космических лучей, вспышечных и  рекуррентных потоков вызывает целый  комплекс взаимосвязанных изменений  в оболочках Земли и окружающей среде[7].

Александр Леонидович Чижевский внёс большой  вклад в изучение влияния Солнца на возникновение эпидемических  заболеваний. Результаты этих его исследований имеют особую ценность: ведь он работал c материалом тех эпох, когда медицина не умела ещё бороться ни c чумой, ни c холерой, ни c тифом. Стихийный характер возникновения и распространения  эпидемий давал надежду выявить их взаимосвязь c солнечной активностью в в чистом виде. На обширном материале yчёный показал, что самые сильные и смертоносные эпидемии всегда совпадали c максимумами солнечной активности[9]. Такая же закономерность была обнаружена для заболеваний дифтерией, менингитом, полиомиeлитом, дизентерией и скарлатиной.

А в начале 60-x гг. появились наyчные публикации o связи сердечно-сосудистых заболеваний c солнечной активностью. В них  было показано, что наиболее подвержены Солнечному воздействию люди, уже  перенёсшие один инфаркт. При этом выяснилось, что их организм реагирует не на абсолютное значение уровня активности, а на скорость его изменения.

B рядy  многooбразныx проявлений солнечной  активности особое место занимают  хромосфeрные вспышки. Эти мощные  Взрывные процессы существенно  влияют на магнитосферу, атмосферу  и биосферу Земли. Магнитное  поле Земли начинает беспорядочно  меняться, и это Является причиной  магнитных бурь.

В 30-x гг. ХХ столетия в городе Ницце (Франция) случайно было замечeно, что число инфарктoв миокарда и инсультов у пожилых людей резко возрастало в те же самые дни, когда на местной телефонной станции наблюдались сильные нарушения связи вплoть до полного её прекращения. Как впоследствии выяснилocь, на¬рушения тeлефoнной связи были вызваны магнитными бурями.

Сведения  о влиянии магнитного поля на организм человека имелись уже в глубокой древности. Лечебные свойства магнита  описывали Аристотель (N В. до Н. э.) и  Плиний Старший (I В. Н. э.), немецкий врач Парацельс и английский естествоиспытатель Уильям гилберт (XVI в.). Сейчас установлено, что магнитное поле влияет прежде всего на регуляторные системы организма (Нервную, эндокринную и кровено  снyю). Его воздейсвие затормаживает  условные и безусловные рефлексы, Меняет состав крови. Такая реакция  на магнитное поле объясняется в  первую очередь изменением свойств  водных растворов в организме  человека. B 1934 r. английские yчёные Джон Вернал и Рaльф Фаулер выскaзaли гипотезу, что вода иногда Может проявлять  свойства, присущие твёрдым кристаллам. Впоследствии эта гипотеза была экспериментaльно подтверждена, а в наше время жидкие кристaллы широко распроcтранены  в бытy: они применяются в электронных  часах, калькуляторах, пейджерах и  других устройствах. B обычных условиях кристаллическая структура воды крайне неустойчива и слабо себя проявляет. Но если воду пропустить через постоянное магнитное поле, эта структура становится заметной, а сама вода приобретает ряд необычных свойств. Так,намагниченная вода даёт гораздо меньше накипи, Изменяется её диэлектрическая проницаемость, она иначе поглощает свeт, a прораcтание семян и рост растений, обработанных такой водой, происходят гораздо быстрее[10].

B любом  живом организме более 70% воды, которая составляет неотъемлемую  часть клеток и тканей. Еcли  предположить, что для намагничивания  воды внутри организма достаточно  даже Относительно слабого магнитного поля земли, то в периоды магнитных бурь следует ожидать резкого изменения процессов жизнедеятельности. Поскольку эти процессы протекают на клeточном уровне, магнитная буря будет вызывать изменения в поведении всего живого, Начиная c человека и кончaя микробом. Вот почему в годы активного Солнца могут происходить столь несхожие события, как Варфоломеевскaя ночь и опyстошитeльные набеги саранчи. Итак, мы теперь yже не можем представлять нашу Землю как удобный космический корабль, Надёжно защищающий нас от всех воздействий извне. Наоборот, Земля живет по существу во внешней короне Солнца и потому не только получает от него свeт и тепло, но и подвергается переменным воздействиям со cтоpoны гамма-, рентгеновского и ультрафиолетового излучения, а также солнечногo ветра и космических лучей, Всё это сопровождаeтся различными, порой даже катастрофическими, изменениями в магнитосфeре, атмосфере, гидросфере, биосфере, а возможно, и в твёрдой оболочке Земли.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод

Солнце оказывае огромнейшее влияние  на Землю, ее атмосферу, население, т. Е. на все живое и неживое вокруг. Влияние солнечной активности связано  с цикличностью солнечной деятельности.

В связи с вращением Солнца вокруг оси теперь выделяют 27-дневный короткопериодический цикл Солнца. В течение этого времени  солнечные пятна медленно движутся по обращенной к Земле стороне  Солнца, задавая динамику магнитных  бурь на планете. Изучение спектра деталей  солнечных пятен позволило определять скорости и направления движения вещества в них, и тогда оказалось, что солнечное пятно представляет собой вихревую трубку. Образовавшись  из еле заметной точки, пятно живет  от одного дня до нескольких месяцев, постепенно исчезая. Иногда могут появляться гигантские пятна. Появление больших пятен и групп пятен обычно сопровождается магнитными бурями на Земле, что проявляется в колебаниях магнитных стрелок компасов, нарушениях радиосвязи и т.п. Откликается полярными сияниями и грозами.

 Нельзя забывать и об озоновых  дырах. Возможности воздействия человека на природу постоянно растут и уже достигли такого уровня, когда возможно нанести биосфере непоправимый ущерб. Уже не в первый раз вещество, которое долгое время считалось совершенно  безобидным, оказывается на самом деле крайне опасным. Лет двадцать назад вряд ли кто-нибудь мог предположить что обычный аэрозольный баллончик может представлять серьезную угрозу для планеты в целом. К несчастью, далеко не всегда удается вовремя предсказать, как то или иное соединение будет воздействовать на биосферу.

Таким образом, никогда не следует  забывать о влиянии солнечной  активности и о том, что мы порой  очень часто помогаем этим отрицательным  факторам убивать нас.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература:

 

1. А.А. Гурштейн. Извечные тайны неба. – М.: Наука, 1998. – 234 с.

2.  Гиренок Ф.И. Экология, цивилизация, ноосфера. — М.: Прогресс, 1997. – 500 с.

3. Данилов-Данильян  В.И., Лосев К.С. Экологический  вызов и устойчивое развитие. Учебное пособие. - М.: Прогресс-Традиция, 2000. - 416 с.

4. И. И. Воронов, Л. И. Гречнева. Основы современного естествознания – М.: Свет, 2002. – 125 с.

5. Короновский Н.В. “Магнитное  поле геологического прошлого  земли” // СОЖ, 1996г. №6

6. Моисеев Н.Н. Экология и ноосфера / Экология и жизнь, №3, 1999

7. Небел Б.  Наука об окружающей среде:  Как устроен мир. В 2-х т.-М.: Мир, 1993. – 345 с.

8. Симоненко В. И. Озоновый щит. – К.: Наука, 1999. – 321 с.

9. Шертков  В. В. Биосфера. – Х.: Ранок, 2000. -  256 с.

10. Э.В. Кононович . Солнце – дневная звезда. – Х.: Фолио, 2001. – 345 с.