Sunčevo zračenje ili ionizirajuće zračenje sunca. Utjecaj sunčevog zračenja na čovjeka

SOLARNO ZRAČENJE

ATMOSFERA

Atmosfera. Struktura, sastav, nastanak, značaj za GO. Toplinski procesi u atmosferi. Sunčevo zračenje, njegove vrste, geografska širina i transformacija Zemljinom površinom.

Atmosfera- zračna ljuska Zemlje, koju drži sila gravitacije i sudjeluje u rotaciji planeta. Sila gravitacije drži atmosferu blizu površine Zemlje. Najveći tlak i gustoća atmosfere opaženi su na zemljinoj površini; kako se dižete prema gore, tlak i gustoća opadaju. Na visini od 18 km tlak se smanjuje 10 puta, na visini od 80 km - 75 000 puta. Donja granica atmosfere je površina Zemlje, a gornja granica se konvencionalno pretpostavlja na nadmorskoj visini od 1000-1200 km. Masa atmosfere je 5,13 x 10 15 tona, pri čemu se 99% te količine nalazi u donjem sloju do visine od 36 km.

Dokazi za postojanje visokih slojeva atmosfere su sljedeći:

Na visini od 22-25 km u atmosferi se nalaze sedefasti oblaci;

Na visini od 80 km vidljivi su noćni oblaci;

Na visini od oko 100-120 km opaža se izgaranje meteorita, tj. ovdje je atmosfera još dosta gusta;

Na visini od oko 220 km počinje raspršivanje svjetlosti atmosferskim plinovima (fenomen sumraka);

Aurore počinju na otprilike 1000-1200 km nadmorske visine; ovaj se fenomen objašnjava ionizacijom zraka korpuskularnim strujanjem koje dolazi od sunca. Vrlo razrijeđena atmosfera proteže se do visine od 20 000 km; ona tvori Zemljinu koronu, neprimjetno se pretvarajući u međuplanetarni plin.

Atmosfera, kao i planet u cjelini, rotira u smjeru suprotnom od kazaljke na satu od zapada prema istoku. Uslijed rotacije poprima oblik elipsoida, tj. Atmosfera je gušća u blizini ekvatora nego u blizini polova. Ima izbočinu u smjeru suprotnom od Sunca, ovaj "plinski rep" Zemlje, razrijeđen poput kometa, ima duljinu od oko 120 tisuća km. Atmosfera je s drugim geosferama povezana izmjenom topline i vlage. Energija atmosferskih procesa je elektromagnetsko zračenje Sunca.

Razvoj atmosfere. Budući da su vodik i helij najčešći elementi u svemiru, oni su nedvojbeno bili dio protoplanetarnog oblaka plina i prašine iz kojeg je nastala Zemlja. Zbog vrlo niske temperature ovog oblaka, prva zemljina atmosfera mogla se sastojati samo od vodika i helija, jer svi ostali elementi tvari od koje je oblak bio sastavljen bili su u čvrstom stanju. Takva se atmosfera uočava kod divovskih planeta, koji su očito zbog velike privlačnosti planeta i udaljenosti od Sunca zadržali svoju primarnu atmosferu.

Potom je uslijedilo zagrijavanje Zemlje: toplina je nastala gravitacijskim sabijanjem planeta i raspadom radioaktivnih elemenata unutar njega. Zemlja je izgubila vodikovo-helijsku atmosferu i stvorila vlastitu sekundarnu atmosferu od plinova ispuštenih iz njezinih dubina (ugljikov dioksid, amonijak, metan, sumporovodik). Prema A.P. Vinogradov (1959), u ovoj atmosferi bilo je najviše H 2 O, zatim CO 2, CO, HCl, HF, H 2 S, N 2, NH 4 Cl i CH 4 (sastav modernih vulkanskih plinova približno je isti ). V. Sokolov (1959) je smatrao da ovdje ima i H 2 i NH 3 . Nije bilo kisika, au atmosferi su vladali redukcijski uvjeti. Sada se slične atmosfere promatraju na Marsu i Veneri; one se sastoje od 95% ugljičnog dioksida.

Sljedeća faza u razvoju atmosfere bila je prijelazna - od abiogenih do biogenih, od redukcijskih do oksidacijskih uvjeta. Glavne komponente plinovitog omotača Zemlje su N 2, CO 2, CO. Kao nusproizvodi - CH 4, O 2. Kisik je nastao iz molekula vode u gornjoj atmosferi pod utjecajem ultraljubičastih zraka Sunca; Mogao bi se također osloboditi iz oksida koji čine zemljinu koru, ali velika većina se opet izgubila oksidacijom minerala u zemljinoj kori ili oksidacijom vodika i njegovih spojeva u atmosferi.

Posljednja faza u razvoju atmosfere dušik-kisik povezana je s pojavom života na Zemlji i s pojavom mehanizma fotosinteze. Sadržaj kisika - biogenog - počeo je rasti. Istodobno je atmosfera gotovo potpuno izgubila ugljični dioksid, od čega je dio ušao u goleme naslage ugljena i karbonata.

To je put od vodikovo-helijske atmosfere do moderne, u kojoj sada glavnu ulogu imaju dušik i kisik, a kao nečistoće prisutni su argon i ugljikov dioksid. Suvremeni dušik također je biogenog porijekla.

Sastav atmosferskih plinova.

Atmosferski zrak– mehanička mješavina plinova koja sadrži prašinu i vodu u suspenziji. Čist i suh zrak na razini mora mješavina je nekoliko plinova, a omjer između glavnih atmosferskih plinova - dušika (volumna koncentracija 78,08%) i kisika (20,95%) - je konstantan. Osim njih, atmosferski zrak sadrži argon (0,93%) i ugljikov dioksid (0,03%). Količina ostalih plinova - neona, helija, metana, kriptona, ksenona, vodika, joda, ugljičnog monoksida i dušikovih oksida - zanemariva je (manje od 0,1%) (tablica).

tablica 2

Plinski sastav atmosfere

U visokim slojevima atmosfere mijenja se sastav zraka pod utjecajem jakog zračenja Sunca, što dovodi do dezintegracije (disocijacije) molekula kisika na atome. Atomski kisik glavna je komponenta visokih slojeva atmosfere. Konačno, u slojevima atmosfere najudaljenijim od Zemljine površine glavne komponente su najlakši plinovi - vodik i helij. U gornjim slojevima atmosfere otkriven je novi spoj - hidroksil OH. Prisutnost ovog spoja objašnjava stvaranje vodene pare na velikim visinama u atmosferi. Budući da je glavnina tvari koncentrirana na udaljenosti od 20 km od Zemljine površine, promjene u sastavu zraka s visinom nemaju zamjetan utjecaj na ukupni sastav atmosfere.

Najvažniji sastojci atmosfere su ozon i ugljikov dioksid. Ozon je troatomni kisik ( OKO 3 ), prisutan u atmosferi od Zemljine površine do visine od 70 km. U prizemnim slojevima zraka nastaje uglavnom pod utjecajem atmosferskog elektriciteta i u procesu oksidacije organskih tvari, au višim slojevima atmosfere (stratosfera) - kao posljedica utjecaja ultraljubičastog zračenja Sunca. na molekulu kisika. Najveći dio ozona nalazi se u stratosferi (zbog toga se stratosfera često naziva ozonosfera). Sloj maksimalne koncentracije ozona na visini od 20-25 km naziva se ozonski ekran. Sve u svemu, ozonski omotač apsorbira oko 13% sunčeve energije. Smanjenje koncentracije ozona na određenim područjima naziva se "ozonskim rupama".

Ugljični dioksid, zajedno s vodenom parom, uzrokuje efekt staklenika atmosfere. Efekt staklenika– zagrijavanje unutarnjih slojeva atmosfere, što se objašnjava sposobnošću atmosfere da propušta kratkovalno zračenje Sunca, a ne otpušta dugovalno zračenje Zemlje. Kada bi u atmosferi bilo duplo više ugljičnog dioksida, prosječna bi temperatura Zemlje dosegla 18 0 C, sada je 14-15 0 C.

Ukupna težina atmosferskih plinova je približno 4,5 10 15 tona. Dakle, "težina" atmosfere po jedinici površine, odnosno atmosferski tlak, iznosi približno 10,3 tone/m 2 na razini mora.

U zraku ima mnogo čestica čiji je promjer djelić mikrona. One su kondenzacijske jezgre. Bez njih bi bilo nemoguće stvaranje magle, oblaka i padalina. Mnogi optički i atmosferski fenomeni povezani su s česticama u atmosferi. Putevi ulaska u atmosferu su različiti: vulkanski pepeo, dim od izgaranja goriva, pelud biljaka, mikroorganizmi. Nedavno su industrijske emisije i proizvodi radioaktivnog raspada poslužili kao kondenzacijske jezgre.

Važna komponenta atmosfere je vodena para, čija količina u vlažnim ekvatorijalnim šumama doseže 4%, u polarnim područjima smanjuje se na 0,2%. Vodena para ulazi u atmosferu zbog isparavanja s površine tla i vodenih tijela, kao i transpiracije vlage iz biljaka. Vodena para je staklenički plin i zajedno s ugljičnim dioksidom zadržava većinu dugovalnog zračenja Zemlje, sprječavajući hlađenje planeta.

Atmosfera nije savršen izolator; ima sposobnost provođenja električne struje zbog utjecaja ionizatora - ultraljubičastog zračenja Sunca, kozmičkih zraka, zračenja radioaktivnih tvari. Maksimalna električna vodljivost opažena je na nadmorskoj visini od 100-150 km. Kao rezultat zajedničkog djelovanja atmosferskih iona i naboja zemljine površine nastaje električno polje atmosfere. U odnosu na zemljinu površinu atmosfera je pozitivno nabijena. Istaknuti neutrosfera– sloj neutralnog sastava (do 80 km) i ionosfera– ionizirani sloj.

Struktura atmosfere.

Postoji nekoliko glavnih slojeva atmosfere. Donji, uz površinu zemlje, zove se troposfera(visina 8-10 km na polovima, 12 km u umjerenim geografskim širinama i 16-18 km iznad ekvatora). Temperatura zraka postupno opada s visinom - u prosjeku za 0,6 °C na svakih 100 m uspona, što se vidljivo očituje ne samo u planinskim predjelima, već iu uzvisinama Bjelorusije.

Troposfera sadrži do 80% ukupne mase zraka, glavninu atmosferskih nečistoća i gotovo svu vodenu paru. Upravo u tom dijelu atmosfere na visini od 10-12 km nastaju oblaci, grmljavine, kiše i drugi fizikalni procesi koji oblikuju vrijeme i određuju klimatske prilike u različitim područjima našeg planeta. Donji sloj troposfere, koji se nalazi neposredno uz Zemljinu površinu, naziva se prizemni sloj.

Utjecaj zemljine površine proteže se otprilike do visine od 20 km, a tada se zrak zagrijava izravno od Sunca. Dakle, granica GO, koja se nalazi na nadmorskoj visini od 20-25 km, određena je, između ostalog, toplinskim učinkom zemljine površine. Na ovoj visini nestaju geografske razlike u temperaturi zraka, a geografska zonalnost je zamagljena.

Što više počinje stratosfera, koji se proteže do visine od 50-55 km od površine oceana ili kopna. Taj je sloj atmosfere znatno razrijeđen, smanjuje se količina kisika i dušika, a povećava količina vodika, helija i drugih lakih plinova. Ozonski omotač koji ovdje nastaje apsorbira ultraljubičasto zračenje i uvelike utječe na toplinske uvjete Zemljine površine i fizičke procese u troposferi. U donjem dijelu stratosfere temperatura zraka je konstantna, ovdje se nalazi izotermni sloj. Počevši od visine od 22 km, temperatura zraka raste, na gornjoj granici stratosfere doseže 0 0 C (porast temperature objašnjava se prisutnošću ozona koji ovdje apsorbira sunčevo zračenje). U stratosferi se javljaju intenzivna horizontalna kretanja zraka. Brzina strujanja zraka doseže 300-400 km/h. Stratosfera sadrži manje od 20% atmosferskog zraka.

Na nadmorskoj visini od 55-80 km postoji mezosfera(u ovom sloju temperatura zraka opada s visinom i blizu gornje granice pada na –80 0 C), između 80-800 km postoji termosfera, u kojoj dominiraju helij i vodik (temperatura zraka brzo raste s visinom i doseže 1000 0 C na visini od 800 km). Mezosfera i termosfera zajedno tvore debeli sloj tzv ionosfera(područje nabijenih čestica – iona i elektrona).

Najviši, vrlo razrijeđeni dio atmosfere (od 800 do 1200 km) je egzosfera. Prevladavaju plinovi u atomskom stanju, temperatura se penje do 2000°C.

U životu civilnog društva atmosfera je od velike važnosti. Atmosfera blagotvorno djeluje na Zemljinu klimu, štiteći je od pretjeranog hlađenja i zagrijavanja. Dnevna kolebanja temperature na našem planetu bez atmosfere dosezala bi 200°C: danju +100°C i više, noću -100°C. Trenutno je prosječna temperatura zraka na površini Zemlje +14°C. Atmosfera ne dopušta meteorima i teškom zračenju da dopru do Zemlje. Bez atmosfere ne bi bilo zvuka, polarne svjetlosti, oblaka i oborina.

Procesi koji stvaraju klimu uključuju kruženje topline, kruženje vlage i kruženje atmosfere.

Prijenos topline u atmosferi. Prijenos topline osigurava toplinski režim atmosfere i ovisi o ravnoteži zračenja, tj. priljevi topline koji dolaze na zemljinu površinu (u obliku energije zračenja) i napuštaju je (energija zračenja koju apsorbira Zemlja pretvara se u toplinu).

Solarno zračenje– protok elektromagnetskog zračenja koji dolazi od Sunca. Na gornjoj granici atmosfere intenzitet (gustoća toka) sunčevog zračenja iznosi 8,3 J/(cm 2 /min). Količina topline koju emitira 1 cm 2 crne površine u 1 minuti uz okomito upadanje sunčeve svjetlosti naziva se solarna konstanta.

Količina sunčevog zračenja koju prima Zemlja ovisi o:

1. o udaljenosti Zemlje i Sunca. Zemlja je najbliža Suncu početkom siječnja, najdalje početkom srpnja; razlika između ove dvije udaljenosti je 5 milijuna km, zbog čega Zemlja u prvom slučaju prima 3,4% više, au drugom 3,5% manje zračenja nego pri prosječnoj udaljenosti od Zemlje do Sunca (početkom travnja i početkom listopada);

2. o kutu pada sunčevih zraka na zemljinu površinu, koji pak ovisi o geografskoj širini, visini sunca iznad horizonta (mijenjajući se tijekom dana i s godišnjim dobima), te prirodi topografije zemljine površine;

3. od transformacije energije zračenja u atmosferi (raspršenje, apsorpcija, refleksija natrag u svemir) i na površini zemlje. Prosječni albedo Zemlje je 43%.

Oko 17% cjelokupnog zračenja se apsorbira; Ozon, kisik i dušik apsorbiraju uglavnom kratkovalno ultraljubičasto zračenje, vodena para i ugljikov dioksid apsorbiraju dugovalno infracrveno zračenje. Atmosfera raspršuje 28% zračenja; 21% dospijeva na površinu zemlje, 7% odlazi u svemir. Onaj dio zračenja koji sa cijelog nebeskog svoda dopire do zemljine površine naziva se raspršeno zračenje . Bit raspršenja je da čestica, apsorbirajući elektromagnetske valove, sama postaje izvor svjetlosnog zračenja i emitira iste valove koji padaju na nju. Molekule zraka vrlo su male, po veličini usporedive s valnom duljinom plavog dijela spektra. U čistom zraku prevladava molekularno raspršenje, stoga je boja neba plava. Kada je zrak prašnjav, boja neba postaje bjelkasta. Boja neba ovisi o sadržaju nečistoća u atmosferi. S visokim udjelom vodene pare, koja raspršuje crvene zrake, nebo dobiva crvenkastu nijansu. Fenomeni sumraka i bijelih noći povezani su s raspršenim zračenjem, jer Nakon što sunce zađe ispod horizonta, gornji slojevi atmosfere nastavljaju biti osvijetljeni.

Vrhovi oblaka reflektiraju oko 24% zračenja. Posljedično, oko 31% cjelokupnog sunčevog zračenja koje dolazi na gornju granicu atmosfere približava se zemljinoj površini u obliku struje zraka; tzv. izravno zračenje . Zbroj izravnog i raspršenog zračenja (52%) naziva se ukupno zračenje. Omjer između izravnog i difuznog zračenja varira ovisno o naoblaci, prašnjavosti atmosfere i visini Sunca. Raspodjela ukupnog Sunčevog zračenja po zemljinoj površini je zonalna. Najveća ukupna sunčeva radijacija od 840-920 kJ/cm 2 godišnje opažena je u tropskim širinama sjeverne hemisfere, što se objašnjava malom naoblakom i velikom prozirnošću zraka. Na ekvatoru se ukupna radijacija smanjuje na 580-670 kJ/cm2 godišnje zbog velike naoblake i smanjene prozirnosti zbog visoke vlažnosti. U umjerenim geografskim širinama količina ukupnog zračenja iznosi 330-500 kJ/cm2 godišnje, u polarnim geografskim širinama - 250 kJ/cm2 godišnje, a na Antarktici je zbog velike nadmorske visine kontinenta i niske vlažnosti zraka neznatno viši.

Ukupno sunčevo zračenje koje dopire do Zemljine površine djelomično se reflektira natrag. Omjer reflektiranog zračenja prema ukupnom zračenju, izražen u postocima, naziva se albedo. Albedo karakterizira refleksivnost površine i ovisi o njezinoj boji, vlažnosti i drugim svojstvima.

Svježe napadali snijeg ima najveću refleksiju - do 90%. Albedo pijeska je 30-35%, trave – 20%, listopadne šume – 16-27%, crnogorice – 6-19%; suhi černozem ima albedo od 14%, mokri černozem - 8%. Uzima se da albedo Zemlje kao planeta iznosi 35%.

Apsorpcijom zračenja i sama Zemlja postaje izvor zračenja. Toplinsko zračenje Zemlje - zemaljsko zračenje– je dugovalna, jer Valna duljina ovisi o temperaturi: što je viša temperatura tijela koje emitira, to je kraća valna duljina zraka koje emitira. Zračenje sa zemljine površine zagrijava atmosferu i ona sama počinje emitirati zračenje u svemir ( protuzračenje iz atmosfere) i na površinu zemlje. Protustrujno zračenje iz atmosfere također je dugovalno. U atmosferi postoje dvije struje dugovalnog zračenja - površinsko zračenje (terestričko zračenje) i atmosfersko zračenje. Razlika između njih, koja određuje stvarni gubitak topline na zemljinoj površini, naziva se učinkovito zračenje , usmjerena je u Svemir, jer zemaljsko zračenje je veće. Efektivno zračenje veće je danju i ljeti, jer ovisi o zagrijavanju površine. Učinkovito zračenje ovisi o vlažnosti zraka: što je više vodene pare ili vodenih kapljica u zraku, to je manje zračenja (dakle, zimi je oblačno vrijeme uvijek toplije od vedrog). Općenito, za Zemlju efektivno zračenje iznosi 190 kJ/cm2 godišnje (najviše u tropskim pustinjama 380, najmanje u polarnim širinama 85 kJ/cm2 godišnje).

Zemlja istovremeno prima i otpušta zračenje. Razlika između primljenog i utrošenog zračenja naziva se ravnoteža zračenja, ili zaostalo zračenje. Dolazak bilance površinskog zračenja je ukupno zračenje (Q) i protuzračenje atmosfere. Potrošnja – reflektirano zračenje (R k) i terestričko zračenje. Razlika između zemaljskog i protuatmosferskog zračenja - efektivno zračenje (E eff) ima predznak minus i dio je protoka u bilanci zračenja:

R b = Q-E eff -R k

Bilanca zračenja raspoređena je zonalno: opada od ekvatora prema polovima. Najveća bilanca zračenja karakteristična je za ekvatorijalne geografske širine i iznosi 330-420 kJ/cm2 godišnje, u tropskim geografskim širinama opada na 250-290 kJ/cm2 godišnje (što se objašnjava povećanjem efektivnog zračenja), u umjerenim geografskim širinama zračenje ravnoteža se smanjuje na 210-85 kJ/cm 2 godišnje, u polarnim širinama njegova se vrijednost približava nuli. Opća značajka bilance zračenja je da je nad oceanima na svim geografskim širinama bilanca zračenja veća za 40-85 kJ/cm 2, jer Albedo vode i efektivno zračenje oceana su manji.

Ulazni dio bilance atmosferskog zračenja (R b) sastoji se od efektivnog zračenja (E ef) i apsorbiranog sunčevog zračenja (R p), a izlazni dio je određen atmosferskim zračenjem koje izlazi u svemir (E a):

R b = E ef - E a + R p

Bilanca zračenja atmosfere je negativna, a bilanca zračenja površine pozitivna. Ukupna bilanca zračenja atmosfere i zemljine površine je nula, tj. Zemlja je u stanju radijacijske ravnoteže.

Toplinska ravnoteža – algebarski zbroj tokova topline koji dolaze na površinu zemlje u obliku bilance zračenja i napuštaju je. Sastoji se od toplinske ravnoteže površine i atmosfere. U ulaznom dijelu bilance topline zemljine površine nalazi se bilanca zračenja, u izlaznom dijelu je utrošak topline za isparavanje, za zagrijavanje atmosfere od Zemlje, za zagrijavanje tla. Toplina se također koristi za fotosintezu. Formiranje tla, ali ti troškovi ne prelaze 1%. Treba napomenuti da iznad oceana postoji veća potrošnja topline za isparavanje, u tropskim geografskim širinama - za zagrijavanje atmosfere.

U toplinskoj bilanci atmosfere ulazni dio je toplina koja se oslobađa kondenzacijom vodene pare i prenosi s površine na atmosferu; protok se sastoji od negativne bilance zračenja. Toplinska bilanca zemljine površine i atmosfere je nula, tj. Zemlja je u stanju toplinske ravnoteže.

Toplinski režim zemljine površine.

Zemljina se površina zagrijava izravno sunčevim zrakama, a od nje se zagrijava atmosfera. Površina koja prima i odaje toplinu naziva se aktivna površina . U površinskom temperaturnom režimu razlikuju se dnevne i godišnje temperaturne varijacije. Dnevne varijacije površinskih temperatura – promjena površinske temperature tijekom dana. Dnevne varijacije površinskih temperatura kopna (suhe i bez vegetacije) karakteriziraju jedan maksimum oko 13:00 sati i jedan minimum prije izlaska sunca. Maksimalne dnevne temperature površine kopna mogu doseći 80 0 C u suptropima i oko 60 0 C u umjerenim geografskim širinama.

Razlika između maksimalne i minimalne dnevne prizemne temperature naziva se dnevni raspon temperature. Dnevna amplituda temperature može doseći 40 0 ​​C ljeti, zimi je dnevna amplituda temperature najmanja - do 10 0 C.

Godišnja varijacija površinske temperature – promjena srednje mjesečne prizemne temperature tijekom godine određena je hodom sunčevog zračenja i ovisi o geografskoj širini mjesta. U umjerenim geografskim širinama maksimalna temperatura kopnene površine opaža se u srpnju, minimalna u siječnju; na oceanu maksimumi i minimumi kasne mjesec dana.

Godišnji raspon površinskih temperatura jednaka razlici između maksimalne i minimalne prosječne mjesečne temperature; raste s povećanjem geografske širine, što se objašnjava sve većim kolebanjima sunčevog zračenja. Godišnja temperaturna amplituda doseže najveće vrijednosti na kontinentima; mnogo manje na oceanima i morskim obalama. Najmanja godišnja amplituda temperature opažena je u ekvatorijalnim širinama (2-3 0), najveća u subarktičkim geografskim širinama na kontinentima (više od 60 0).

Toplinski režim atmosfere. Atmosferski zrak lagano se zagrijava izravno sunčevim zrakama. Jer zračni omotač slobodno propušta sunčeve zrake. Atmosfera se zagrijava temeljnom površinom. Toplina se u atmosferu prenosi konvekcijom, advekcijom i kondenzacijom vodene pare. Slojevi zraka, zagrijani tlom, postaju lakši i dižu se prema gore, dok hladniji, dakle teži zrak tone prema dolje. Kao rezultat toplinske konvekcija Visoki slojevi zraka se zagrijavaju. Drugi proces prijenosa topline je advekcija– horizontalni prijenos zraka. Uloga advekcije je prijenos topline s niskih na visoke geografske širine; u zimskoj sezoni toplina se prenosi s oceana na kontinente. Kondenzacija vodene pare- važan proces koji prenosi toplinu u visoke slojeve atmosfere - tijekom isparavanja toplina se preuzima s površine koja isparava, a tijekom kondenzacije u atmosferi ta se toplina oslobađa.

Temperatura opada s visinom. Promjena temperature zraka po jedinici udaljenosti naziva se vertikalni temperaturni gradijent, u prosjeku je 0,6 0 na 100 m. Istodobno, tijek ovog smanjenja u različitim slojevima troposfere je različit: 0,3-0,4 0 do visine od 1,5 km; 0,5-0,6 – između visina od 1,5-6 km; 0,65-0,75 – od 6 do 9 km i 0,5-0,2 – od 9 do 12 km. U prizemnom sloju (debljine 2 m) gradijenti se, preračunati na 100 m, računaju u stotinama stupnjeva. U uzlaznom zraku temperatura se mijenja adijabatski. Adijabatski proces – proces promjene temperature zraka pri njegovom vertikalnom kretanju bez izmjene topline s okolinom (u jednoj masi, bez izmjene topline s drugim medijima).

U opisanoj vertikalnoj raspodjeli temperature često se uočavaju iznimke. Dešava se da su gornji slojevi zraka topliji od donjih slojeva uz tlo. Ova pojava se zove temperaturna inverzija (temperatura raste s visinom) . Najčešće je inverzija posljedica jakog hlađenja prizemnog sloja zraka, uzrokovanog jakim hlađenjem zemljine površine za vedrih, tihih noći, uglavnom zimi. S neravnim terenom, hladne zračne mase polako teku duž padina i stagniraju u kotlinama, depresijama itd. Inverzije mogu nastati i kada se zračne mase kreću iz toplih u hladna područja, jer kada zagrijani zrak struji na hladnu podlogu, njegovi se donji slojevi osjetno hlade (kompresijska inverzija).

Dnevna i godišnja varijacija temperature zraka.

Dnevna varijacija temperature zraka naziva se promjena temperature zraka tijekom dana - općenito odražava tijek temperature zemljine površine, ali trenuci početka maksimuma i minimuma nešto su odgođeni, maksimum se javlja u 14 sati, minimum nakon izlazak sunca.

Dnevni raspon temperature zraka (razlika između maksimalne i minimalne temperature zraka tijekom dana) veća je na kopnu nego nad oceanom; smanjuje se pri prelasku na visoke geografske širine (najviše u tropskim pustinjama - do 40 0 ​​​​C) i povećava se na mjestima s golim tlom. Dnevna amplituda temperature zraka jedan je od pokazatelja kontinentalnosti klime. U pustinjama je mnogo veći nego u područjima s morskom klimom.

Godišnja varijacija temperature zraka (promjena srednje mjesečne temperature tijekom godine) određena je prvenstveno geografskom širinom mjesta. Godišnji raspon temperature zraka - razlika između maksimalne i minimalne prosječne mjesečne temperature.

Zemljopisna raspodjela temperature zraka prikazana je pomoću izoterma – linije koje povezuju točke na karti s istim temperaturama. Raspodjela temperature zraka je zonalna, godišnje izoterme uglavnom imaju sublatitudinalni opseg i odgovaraju godišnjoj raspodjeli bilance zračenja.

U prosjeku godine najtoplija paralela je 10 0 S geografske širine. s temperaturom od 27 0 C – ovo je toplinski ekvator. Ljeti se toplinski ekvator pomiče na 20 0 N geografske širine, zimi se približava ekvatoru na 5 0 N geografske širine. Pomicanje toplinskog ekvatora u sjevernom teritoriju objašnjava se činjenicom da je u sjevernom teritoriju kopneno područje koje se nalazi na niskim geografskim širinama veće u usporedbi s gornjim i ima više temperature tijekom cijele godine.

Solarno zračenje

Solarno zračenje

elektromagnetsko zračenje koje izlazi iz Sunca i ulazi u zemljinu atmosferu. Valne duljine sunčevog zračenja koncentrirane su u rasponu od 0,17 do 4 mikrona s maks. na valnoj duljini od 0,475 µm. U REDU. 48% energije sunčevog zračenja otpada na vidljivi dio spektra (valne duljine od 0,4 do 0,76 mikrona), 45% na infracrveni (više od 0,76 mikrona), a 7% na ultraljubičasti (manje od 0,4 µm). Sunčevo zračenje je glavno izvor energije za procese u atmosferi, oceanu, biosferi itd. Mjeri se jedinicama energije po jedinici površine po jedinici vremena, npr. W/m². Sunčevo zračenje na gornjoj granici atmosfere u srijedu. udaljenost Zemlje od Sunca naziva se solarna konstanta i iznosi cca. 1382 W/m². Prolazeći kroz zemljinu atmosferu, sunčevo zračenje mijenja intenzitet i spektralni sastav zbog apsorpcije i raspršenja na česticama zraka, plinovitim nečistoćama i aerosolu. Na površini Zemlje spektar sunčevog zračenja ograničen je na 0,29–2,0 μm, a intenzitet se značajno smanjuje ovisno o sadržaju nečistoća, nadmorskoj visini i naoblaci. Izravno zračenje, oslabljeno prolaskom kroz atmosferu, kao i raspršeno zračenje, nastalo raspršivanjem direktne linije u atmosferi, dopire do površine Zemlje. Dio izravnog sunčevog zračenja odbija se od zemljine površine i oblaka i odlazi u svemir; raspršeno zračenje također djelomično izlazi u svemir. Ostatak sunčevog zračenja je uglavnom pretvara u toplinu, zagrijavajući zemljinu površinu i dijelom zrak. Sunčevo zračenje, tj. jedan je od glavnih. komponente bilance zračenja.

Geografija. Moderna ilustrirana enciklopedija. - M.: Rosman. Uredio prof. A. P. Gorkina. 2006 .

Pogledajte što je "sunčevo zračenje" u drugim rječnicima:

Elektromagnetsko i korpuskularno zračenje Sunca. Elektromagnetsko zračenje pokriva raspon valnih duljina od gama zračenja do radio valova, njegov energetski maksimum pada u vidljivi dio spektra. Korpuskularna komponenta Sunca... ... Veliki enciklopedijski rječnik

solarno zračenje- Ukupni protok elektromagnetskog zračenja koje emitira Sunce i pada na Zemlju... Rječnik geografije

Ovaj pojam ima i druga značenja, pogledajte Zračenje (značenja). U ovom članku nedostaju poveznice na izvore informacija. Informacije moraju biti provjerljive, inače se mogu dovesti u pitanje... Wikipedia

Svi procesi na površini kugle zemaljske, kakvi god oni bili, za izvor imaju sunčevu energiju. Proučavaju li se čisto mehanički procesi, kemijski procesi u zraku, vodi, tlu, fiziološki procesi ili bilo što drugo... ... Enciklopedijski rječnik F.A. Brockhaus i I.A. Ephron

Elektromagnetsko i korpuskularno zračenje Sunca. Elektromagnetsko zračenje pokriva raspon valnih duljina od gama zračenja do radio valova, njegov energetski maksimum pada u vidljivi dio spektra. Korpuskularna komponenta Sunca... ... enciklopedijski rječnik

solarno zračenje- Saulės spinduliuotė statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. sunčevo zračenje vok. Sonnenstrahlung, f rus. sunčevo zračenje, n; sunčevo zračenje, f; sunčevo zračenje, n pranc. rayonnement solaire, m … Fizikos terminų žodynas

solarno zračenje- Saulės spinduliuotė statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Saulės atmosferos elektromagnetinė (infraraudonoji 0,76 nm sudaro 45%, matomoji 0,38–0,76 nm – 48%, ultravioletinė 0,38 nm – 7%) šviesos, radijo bang ų, gama kvantų ir… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

Zračenje Sunca elektromagnetske i korpuskularne prirode. S. r. glavni izvor energije za većinu procesa koji se odvijaju na Zemlji. Korpuskularni S. r. sastoji se uglavnom od protona, koji imaju brzine od 300-1500 blizu Zemlje… … Velika sovjetska enciklopedija

E-mail mag. i korpuskularno zračenje Sunca. E-mail mag. zračenje pokriva niz valnih duljina od gama zračenja do radio valova, njegova energija. maksimum pada na vidljivi dio spektra. Korpuskularna komponenta S. r. sastoji se od pogl. arr. od…… Prirodna znanost. enciklopedijski rječnik

direktno sunčevo zračenje- Sunčevo zračenje koje dolazi izravno sa sunčevog diska... Rječnik geografije

knjige

• Sunčevo zračenje i klima Zemlje, Fedorov Valery Mikhailovich. U knjizi su prikazani rezultati istraživanja varijacija insolacije Zemlje povezanih s nebesko-mehaničkim procesima. Analizirane su niskofrekventne i visokofrekventne promjene sunčeve klime...

Što je Sunce? Na skali vidljivog svemira, ovo je samo sićušna zvijezda na rubu galaksije koja se zove Mliječni put. Ali za planet Zemlju Sunce nije samo vrući ugrušak plina, već izvor topline i svjetlosti nužan za postojanje svih živih bića.

Još od prapovijesti dnevno je svjetlo bilo predmet štovanja, a njegovo kretanje po nebeskom svodu povezivalo se s očitovanjem božanskih moći. Istraživanja Sunca i njegovog zračenja započela su i prije usvajanja heliocentričnog modela Nikole Kopernika, čijim su se misterijama zagonetali najveći umovi starih civilizacija.

Tehnološki napredak dao je čovječanstvu priliku da proučava ne samo procese unutar i na površini Sunca, već i promjene u zemljinoj klimi pod njegovim utjecajem. Statistički podaci omogućuju nam dati jasan odgovor na pitanje što je Sunčevo zračenje, kako se ono mjeri i odrediti njegov utjecaj na žive organizme koji obitavaju na planetu.

Kako se naziva sunčevo zračenje?

Priroda sunčevog zračenja ostala je nejasna sve dok početkom dvadesetog stoljeća eminentni astronom Arthur Eddington nije sugerirao da su izvor kolosalne sunčeve energije reakcije termonuklearne fuzije koje se odvijaju u njegovim dubinama. Temperatura u blizini njegove jezgre (oko 15 milijuna stupnjeva) dovoljna je da protoni svladaju silu međusobnog odbijanja i kao rezultat sudara formiraju jezgre helija.

Kasnije su znanstvenici (osobito Albert Einstein) otkrili da je masa helijeve jezgre nešto manja od ukupne mase četiri protona od kojih je formirana. Taj se fenomen naziva defekt mase. Nakon što su pratili odnos između mase i energije, znanstvenici su otkrili da se taj višak oslobađa u obliku gama zraka.

Dok putuju od jezgre do površine Sunca kroz slojeve sastavnih plinova, gama kvanti se drobe i pretvaraju u elektromagnetske valove, među kojima je i svjetlost vidljiva ljudskom oku. Ovaj proces traje oko 10 milijuna godina. A potrebno je samo 8 minuta da sunčevo zračenje dosegne površinu zemlje.

Sunčevo zračenje uključuje elektromagnetske valove širokog raspona i solarni vjetar, koji je tok svjetlosnih čestica i elektrona.

Koje vrste Sunčevog zračenja postoje i njegove karakteristike

Na granici Zemljine atmosfere intenzitet sunčevog zračenja je stalna vrijednost. Energija Sunca je diskretna i prenosi se u dijelovima (kvantima) energije, ali je njihov korpuskularni doprinos relativno mali, stoga se Sunčeve zrake smatraju elektromagnetskim valovima koji se šire jednoliko i pravocrtno.

Glavna karakteristika vala je valna duljina po kojoj se razlikuju vrste zračenja:

• Radio valovi;
• infracrveni (toplinski);
• vidljiva (bijela) svjetlost;
• ultraljubičasto;
• gama zrake.

Sunčevo zračenje zastupljeno je infracrvenim (IR), vidljivim (VI) i ultraljubičastim (UV) zračenjem u omjeru 52%, 43% odnosno 5%. Kvantitativnom mjerom sunčevog zračenja smatra se zračenje (gustoća toka energije) - energija zračenja primljena u jedinici vremena po jedinici površine.

Raspodjela sunčevog zračenja po zemljinoj površini

Većinu zračenja apsorbira zemljina atmosfera i zagrijava je do temperature poznate živim organizmima. Ozonski omotač propušta samo 1% ultraljubičastih zraka i služi kao štit od agresivnijeg kratkovalnog zračenja.

Atmosfera upija oko 20% sunčevih zraka, a 30% raspršuje u različitim smjerovima. Dakle, samo polovica energije zračenja, koja se naziva izravnim sunčevim zračenjem, dopire do površine zemlje.

Na intenzitet izravnog sunčevog zračenja utječe nekoliko čimbenika:

• upadni kut sunčeve svjetlosti (geografska širina);
• udaljenost od točke udara do Sunca (doba u godini);
• priroda reflektirajuće površine;
• prozirnost atmosfere (naoblaka, zagađenost).

Raspršeno i izravno zračenje čini ukupno Sunčevo zračenje, čiji se intenzitet mjeri u kalorijama po jedinici površine. Jasno je da sunčevo zračenje djeluje samo danju i da je neravnomjerno raspoređeno po zemljinoj površini. Njegov intenzitet raste kako se približava polovima, ali snijeg reflektira veći udio energije zračenja, zbog čega se zrak ne zagrijava. Stoga se ukupni pokazatelj smanjuje s udaljenošću od ekvatora.

Sunčeva aktivnost oblikuje klimu na Zemlji i utječe na životne procese organizama koji je nastanjuju. Na području zemalja ZND-a (na sjevernoj hemisferi) u zimskoj sezoni prevladava raspršeno zračenje, a ljeti izravno zračenje.

Infracrveno zračenje i njegova uloga u životu čovječanstva

Sunčevo zračenje uglavnom je nevidljivo ljudskom oku. To je ono što zagrijava zemljino tlo, koje zatim otpušta toplinu u atmosferu. Tako se održava optimalna temperatura za život na Zemlji i uobičajeni klimatski uvjeti.

Osim Sunca, sva zagrijana tijela su izvori infracrvenog zračenja. Na ovom principu rade svi grijaći uređaji i uređaji koji omogućuju uočavanje manje ili više zagrijanih predmeta u uvjetima slabije vidljivosti.

Činjenica da osoba nije u stanju percipirati infracrveno svjetlo ne umanjuje njegov učinak na tijelo. Ova vrsta zračenja našla je primjenu u medicini zbog sljedećih svojstava:

• širenje krvnih žila, normalizacija protoka krvi;
• povećanje broja leukocita;
• liječenje kroničnih i akutnih upala unutarnjih organa;
• prevencija kožnih bolesti;
• uklanjanje koloidnih ožiljaka, liječenje rana koje ne zacjeljuju.

Infracrveni termografi omogućuju pravovremeno otkrivanje bolesti koje se ne mogu dijagnosticirati drugim metodama (krvni ugrušci, kancerogeni tumori itd.). Infracrveno zračenje je svojevrsni "protuotrov" negativnom ultraljubičastom zračenju, stoga se njegova ljekovita svojstva koriste za vraćanje zdravlja ljudima koji su dugo boravili u svemiru.

Mehanizam djelovanja infracrvenih zraka nije do kraja proučen i, kao i svaka vrsta zračenja, ako se koriste nepravilno, mogu biti štetni za ljudsko zdravlje. Liječenje infracrvenim zrakama je kontraindicirano u prisutnosti gnojnih upala, krvarenja, malignih tumora, zatajenja cerebralne cirkulacije i kardiovaskularnog sustava.

Spektralni sastav i svojstva vidljive svjetlosti

Svjetlosne zrake šire se ravnom linijom i ne preklapaju se, što postavlja pošteno pitanje: zašto svijet oko nas zadivljuje raznolikošću različitih nijansi. Tajna je u osnovnim svojstvima svjetlosti: refleksiji, lomu i apsorpciji.

Pouzdano je poznato da objekti ne emitiraju svjetlost, oni je djelomično apsorbiraju i reflektiraju pod različitim kutovima ovisno o frekvenciji. Ljudski vid se razvijao stoljećima, ali mrežnica oka može percipirati samo ograničeni raspon reflektirane svjetlosti u uskom procjepu između infracrvenog i ultraljubičastog zračenja.

Proučavanje svojstava svjetlosti iznjedrilo je ne samo zasebnu granu fizike, već i niz neznanstvenih teorija i praksi koje se temelje na utjecaju boje na psihičko i fizičko stanje pojedinca. Koristeći ovo znanje, osoba ukrašava okolni prostor u oku najugodnijom bojom, što život čini što ugodnijim.

Ultraljubičasto zračenje i njegov učinak na ljudski organizam

Ultraljubičasti spektar sunčeve svjetlosti sastoji se od dugih, srednjih i kratkih valova, koji se razlikuju po fizičkim svojstvima i prirodi utjecaja na žive organizme. Ultraljubičaste zrake, koje pripadaju dugovalnom spektru, pretežno se raspršuju u atmosferi i ne dopiru do Zemljine površine. Što je valna duljina kraća, ultraljubičasto zračenje dublje prodire u kožu.

Ultraljubičasto zračenje neophodno je za održavanje života na Zemlji. UV zrake imaju sljedeće učinke na ljudski organizam:

• zasićenje vitaminom D, potrebnim za formiranje koštanog tkiva;
• prevencija osteohondroze i rahitisa kod djece;
• normalizacija metaboličkih procesa i sinteza korisnih enzima;
• aktivacija regeneracije tkiva;
• poboljšana cirkulacija krvi, vazodilatacija;
• povećanje imuniteta;
• ublažavanje živčanog uzbuđenja poticanjem proizvodnje endorfina.

Unatoč opsežnom popisu pozitivnih osobina, sunčanje nije uvijek učinkovito. Dugotrajno izlaganje suncu u nepovoljnim vremenima ili tijekom razdoblja abnormalno visoke solarne aktivnosti poništava blagotvorna svojstva UV zraka.

Ultraljubičasto zračenje u visokim dozama ima upravo suprotno od očekivanog:

• eritem (crvenilo kože) i opekline od sunca;
• hiperemija, oteklina;
• povećana tjelesna temperatura;
• glavobolja;
• disfunkcija imunološkog i središnjeg živčanog sustava;
• gubitak apetita, mučnina, povraćanje.

Ovi znakovi su simptomi sunčanice, pri čemu se pogoršanje stanja osobe može dogoditi neprimijećeno. Postupak kod sunčanice:

• premjestiti osobu iz područja izloženog izravnoj sunčevoj svjetlosti na hladno mjesto;
• lezite na leđa i podignite noge na povišeni položaj kako biste normalizirali cirkulaciju krvi;
• isperite lice i vrat hladnom vodom, po mogućnosti napravite oblog na čelo;
• pružiti priliku za slobodno disanje i osloboditi se uske odjeće;
• Dajte mu u roku od pola sata popiti malu količinu čiste hladne vode.

U teškim slučajevima, u slučaju gubitka svijesti, potrebno je nazvati hitnu pomoć i, ako je moguće, dovesti žrtvu k sebi. Medicinska skrb za bolesnika sastoji se od hitne primjene glukoze ili askorbinske kiseline intravenozno.

Pravila sigurnog sunčanja

UV zrake potiču sintezu posebnog hormona melanina uz pomoć kojeg ljudska koža tamni i poprima brončanu boju. Rasprave o dobrobiti i štetnosti sunčanja traju desetljećima.

Dokazano je da je sunčanje zaštitna reakcija organizma na ultraljubičasto zračenje, a pretjerano sunčanje povećava rizik od malignih tumora.

Ako prevlada želja za odavanjem počasti modi, morate razumjeti što je sunčevo zračenje, kako se zaštititi od njega i slijediti jednostavne preporuke:

• sunčati se postupno isključivo ujutro ili navečer;
• nemojte ostati na izravnoj sunčevoj svjetlosti duže od sat vremena;
• nanesite zaštitna sredstva na kožu;
• piti više čiste vode kako biste izbjegli dehidraciju;
• uključite u prehranu hranu koja sadrži vitamin E, beta-karoten, tirozin i selen;
• ograničiti konzumaciju alkoholnih pića.

Reakcija tijela na ultraljubičasto zračenje je individualna, stoga vrijeme sunčanja i njegovo trajanje treba odabrati uzimajući u obzir tip kože i zdravstveno stanje osobe.

Sunčanje je izrazito kontraindicirano za trudnice, starije osobe, osobe s kožnim bolestima, zatajenjem srca, mentalnim poremećajima i prisutnošću malignih tumora.