Влияние солнечной радиации на атмосферу и биосферу

Реферат по агрометеорологии на тему:

“Влияние солнечной радиации

на атмосферу и биосферу”.

Выполнила студентка                                                         

                                                          агротехнологического факультета

2 курса 4 группы

Смирнова Александра.

Иваново 2012г.

Введение.

СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ — электромагнитное и корпускулярное излучение Солнца. Электромагнитная радиация распространяется в виде электромагнитных волн со скоростью света и проникает в земную атмосферу. До земной поверхности солнечная радиация доходит в виде прямой и рассеянной радиации.
Солнечная радиация - главный источник энергии для всех физико-географических процессов, происходящих на земной поверхности и в атмосфере. Солнечная радиация обычно измеряется по ее тепловому действию и выражается в калориях на единицу поверхности за единицу времени. Всего Земля получает от Солнца менее одной двухмиллиардной его излучения.
Спектральный диапазон электромагнитного излучения Солнца очень широк — от радиоволн до рентгеновских лучей — однако максимум его интенсивности приходится на видимую (жёлто-зелёную) часть спектра.
Существует также корпускулярная часть солнечной радиации, состоящая преимущественно из протонов, движущихся от Солнца со скоростями 300-1500 км/с (солнечный ветер). Во время солнечных вспышек образуются также частицы больших энергий (в основном протоны и электроны), образующие солнечную компоненту космических лучей.
Количество солнечной радиации зависит от высоты солнца, времени года, прозрачности атмосферы. Для измерения солнечной радиации служат актинометры и пиргелиометры. Интенсивность солнечной радиации обычно измеряется по её тепловому действию и выражается в калориях на единицу поверхности за единицу времени.
Солнечная радиация сильно влияет на Землю только в дневное время, безусловно — когда Солнце находится над горизонтом. Также солнечная радиация очень сильна вблизи полюсов, в период полярных дней, когда Солнце даже в полночь находится над горизонтом. Однако зимой в тех же местах Солнце вообще не поднимается над горизонтом, и поэтому не влияет на регион. Солнечная радиация не блокируется облаками, и поэтому все равно поступает на Землю (при непосредственном нахождении Солнца над горизонтом). Солнечная радиация — это сочетание ярко-жёлтого цвета Солнца и тепла, тепло проходит и сквозь облака. Солнечная радиация передаётся на Землю посредством излучения, а не методом теплопроводности.
Сумма радиации, полученной небесным телом, зависит от расстояния между планетой и звездой — при увеличении расстояния вдвое количество радиации, поступающее от звезды на планету уменьшается вчетверо (пропорционально квадрату расстоянию между планетой и звездой). Таким образом, даже небольшие изменения расстояния между планетой и звездой (зависит от эксцентристета орбиты) приводят к значительному изменению количества поступающей на планету радиации. Эксцентристет земной орбиты тоже не является постоянным — в с течением тысячелетий он меняется, периодически образуя то практически идеальный круг, иногда же эксцентристет достигает 5% (в настоящее время он равен 1,67%), то есть в перигелии Земля получает в настоящее время в 1,033 больше солнечной радиации, чем в афелии, а при наибольшем эксцентристите - более чем в 1,1 раза. Однако гораздо более сильно количество поступающей солнечной радиации зависит от смен времён года - в настоящее время общее количество солнечной радиации, поступающее на Землю, остаётся практически неизменным, но на широтах 65 С.Ш (широта северных городов России, Канады) летом количество поступающей солнечной радиации более чем на 25% больше, чем зимой. Это происходит из-за того, что Земля по отношению к Солнцу наклонена под углом 23,3 градуса. Зимние и летние изменения взаимно компенсируются, но тем не менее по росту широты места наблюдения всё больше становится разрыв между зимой и летом, так, на экваторе разницы между зимой и летом нет. За Полярным кругом же летом поступление солнечной радиации очень высоко, а зимой очень мало. Это формирует климат на Земле. Кроме того, периодические изменения эксцентристета орбиты Земли могут приводить к возникновению различных геологических эпох: к примеру, ледникового периода.

Влияние солнечной радиации на биосферу Земли.

За счет притока определенного количества солнечной радиации жизнь на Земле существует в той или иной форме в течение большей части истории Земли, насчитывающей примерно 4,5 млрд. лет. Современная биосфера, как предполагают специалисты, возникла около 2 млрд. лет назад благодаря морским организмам, которые были способны не только фиксировать солнечную энергию в синтезируемых ими органических веществах, но и расщеплять при этом молекулу воды с выделением свободного кислорода.
Молекулярный кислород, выделявшийся морскими организмами, накапливался сотни миллионов лет. Так постепенно сформировался современный состав атмосферы, которая обеспечила защиту живых организмов от ультрафиолетового излучения, тем самым позволив им существовать на Земле.
Итак, роль свободного кислорода в развитии и современном функционировании биосферы не только универсальна, но и двойственна: свободный кислород поддерживает жизнь, но и сам он продукт жизнедеятельности организмов.
Почти весь кислород атмосферы имеет биологическое происхождение. Ежегодно в ходе фотосинтеза усваивается около 200 млрд. т углекислого газа и выделяется около 145 млрд. т свободного кислорода.
Влияние солнечной радиации на биосферу, в том числе и на человека, изучал Александр Леонидович Чижевский (1897 — 1964 гг.). Его исследования влияния космических факторов на процессы в биосфере и обоснование положения о зависимости между циклами Солнца и многими явлениями в живой природе заложили основы отечественной космической биологии.
Наиболее детально им была исследована связь между солнечной активностью и распространением инфекционных болезней, проявлениями нервно-психических заболеваний и смертностью населения главным образом от острых сердечно-сосудистых заболеваний, частотой неинфекционных заболеваний, травматизма, миграцией животных, размножением патогенных и непатогенных микробов. Им установлено, что до восхода Солнца у человека повышается реакция флюккуляции — осаждение белков-альбуминов в сыворотке крови, что связано с воздействием на кровь потока элементарных частиц. Обнаружена зависимость между солнечными вспышками и относительным увеличением лейкоцитов, что особенно выражено в приполярных областях, увеличением частоты сердечно-сосудистых и сосудисто-мозговых нарушений.
Замечено, что повышение солнечной радиации увеличивает процент аварий на транспорте, число первичных проявлений психических заболеваний, ухудшает общее состояние у болеющих людей и т. д.
Наиболее активной в биологическом отношении является ультрафиолетовая часть солнечного спектра.
Ультрафиолетовые лучи, попадая на кожу, которая является обширным рецепторным полем, вызывают местные изменения тканевых и клеточных белков, а воздействуя на рецепторы кожи, рефлекторным путем влияют на весь организм. Под действием ультрафиолетовых лучей, оказывающих фотохимический эффект, образуются биологически активные вещества (гистамин, серо-тонин и др.). Они стимулируют многие физиологические функции, что проявляется в общеоздоровительном, тонизирующем и профилактическом действии солнечного излучения на организм.
Общестимулирую-щее действие ультрафиолетовых лучей связано с их воздействием на белковый обмен в организме. В результате этого воздействия стимулируется противомикробная защита организма, увеличивается содержание гемоглобина, улучшаются бактерицидные свойства крови и т. д.
Малые дозы ультрафиолетовых лучей улучшают умственную работоспособность, физическую активность, способствуют заживлению ран, усиливая эпителизацию раневой поверхности, а также активизируют ферментативные процессы, повышают основной обмен веществ, устойчивость к инфекциям и т. д.
Ультрафиолетовые лучи способствуют образованию витамина D, который участвует в фосфорно-кальциевом обмене, обеспечивая проницаемость слизистой оболочки кишечника для ионов кальция, их всасывание и усвоение. Кальций определяет проницаемость клеточных мембран, принимает участие в свертываемости крови, является необходимым материалом для роста костей. Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, фосфопротеидов, многих клеточных компонентов. Уменьшение витамина D сопровождается нарушениями свертывания крови, слабостью мышечной системы, ломкостью костей, нарушениями процесса окостенения, близорукостью.
Велико бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей. Так, К. А. Тимирязев проделал следующий опыт.
На пластинке желатина — питательной среде для микробов — делается посев бактерий, например тифа. Пластинка покрывается непрозрачной для солнечных лучей пленкой, на которой вырезается какое-либо слово, например «тиф». Затем пластинку выставляют на солнце.
В тех местах, где непрозрачная пленка мешает доступу солнечных лучей, бактерии активно размножаются, благодаря чему желатин делается мутным и покрывается налетом. А там, где сквозь прорези букв на пластинку попадают лучи солнца, бактерии погибают, желатин остается прозрачным и на пленке явственно выступает написанное слово.
Каков же механизм действия ультрафиолетовых лучей?
Вначале заметно раздражение бактерий, утрата способности к многократному воспроизведению вследствие нарушения обмена нуклеиновых кислот, затем происходит коагуляция белков и наступает гибель. Молодые бактерии более чувствительны к ультрафиолетовым лучам. Под их действием погибают стафилококки, стрептококки, вирусы гриппа, холерный вибрион, палочка туберкулеза, грибы и их споры, кишечная палочка. Лучи разрушают токсины, т. е. продукты жизнедеятельности столбняка, дизентерии, брюшного тифа, золотистого стафилококка.
Это замечательное свойство ультрафиолетовых лучей относят к одному из механизмов самоочищения окружающей среды.
Бактерицидный эффект ультрафиолетовых лучей имеет большое общебиологическое значение.
Естественное ультрафиолетовое излучение способствует санации1 воздуха, воды и почвы. Этот эффект широко используется в практических целях: с помощью специальных бактерицидных ламп, дающих пучок лучей бактерицидного спектра, санируется воздух больничных помещений, школьных и дошкольных учреждений, обеззараживаются продукты питания (например, молоко), питьевая вода.
Действие ультрафиолетовых лучей зависит от длины волн. Так, при длине волн от 400 до 320 нм2 проявляется эритемно3 — загарное действие. Покраснение возникает и при воздействии инфракрасного излучения (ИКИ). Отличие эритемы, полученной от ультрафиолетовых лучей, от эритемы, полученной от инфракрасного излучения, заключается в строгой очерченности контуров. Как правило, эта эритема через некоторое время переходит в загар. Эритема же, развивающаяся от воздействия инфракрасного излучения, в загар не переходит.
1 От лат. sanatio — лечение, оздоровление.
2 Нм — нанометр — единица измерения, равная одной миллиардной доле исходной единицы. 1 нм равен 10~9 м.
3 Эритема (от греч. erythema — краснота) — распространенное или ограниченное покраснение кожи.
Волны с диапазоном от 320 до 275 нм обладают проти-ворахитическим и слабобактерицидным действием.
В условиях сильного загрязнения атмосферного воздуха ультрафиолетовое излучение легко рассеивается и поглощается загрязнителями. Поэтому нередко жители промышленных городов могут испытывать ультрафиолетовое голодание.
Недостаточность естественного ультрафиолетового излучения наблюдается при работе в темных помещениях, в угольной и горнорудной промышленности, на Крайнем Севере и др.
Ультрафиолетовые лучи, длина волны которых от 275 до 180 нм, вызывают повреждения тканей. Чрезмерное солнечное облучение может привести к отрицательным явлениям — к поражениям кожи (их называют фототоксикозы); к поражению органов зрения (возникает так называемая фотоофтальмия — воспаление слизистой глаз, слезотечение, светобоязнь).
Подобное нарушение органов зрения может возникнуть за счет отражения лучей Солнца от поверхности снега (снеговая слепота).
Инфракрасное излучение — другая часть солнечного спектра. Она представлена коротковолновым диапазоном (760 — 1400 нм) и длинноволновым (1500 — 2500 нм). Инфракрасное излучение оказывает на организм тепловое воздействие, которое в значительной степени определяется степенью поглощения лучей в толще кожи. Чем короче длина волн, тем глубже проникновение их в ткани. Длинноволновый спектр инфракрасных лучей в основном действует на терморецепторы кожи. При непродолжительном воздействии на ткани инфракрасные лучи вызывают расширение сосудов, ускоряют рост клеток, усиливают их питание. При длительном воздействии этих лучей могут возникнуть ожоги, рак кожи; при воздействии лучей с длиной волны от 1300 — 1700 нм возможно поражение органов зрения, может развиться так называемая тепловая катаракта.
Кроме ультрафиолетового и инфракрасного излучений, солнечный спектр включает мощный поток видимого света (400—760 нм). Он оказывает специфическое действие не только на органы зрения, но и на функциональное состояние центральной нервной системы, на реактивность организма.
Наиболее оптимальные условия для работы органов зрения создают длинные волны в диапазоне зеленого и желтого участков спектра, угнетающее действие оказывает сине-фиолетовый участок спектра. Естественное освещение очень важно для создания соответствующих гигиенических условий как в быту, так и в производственной деятельности человека.
Если через окно не просматривается небосвод, то в данное помещение не проникают прямые солнечные лучи. В этих условиях помещение освещается рассеянными лучами, что ухудшает работу органов зрения. Загрязненные окна снимают естественную освещенность до 50 — 70%.

Влияние солнечной радиации на атмосферу Земли.

АТМОСФЕРА, газовая оболочка, окружающая небесное тело. Ее характеристики зависят от размера, массы, температуры, скорости вращения и химического состава данного небесного тела, а также определяются историей его формирования начиная с момента зарождения. Атмосфера Земли образована смесью газов, называемой воздухом. Ее основные составляющие – азот и кислород в соотношении приблизительно 4:1.

На человека оказывает воздействие главным образом состояние нижних 15–25 км атмосферы, поскольку именно в этом нижнем слое сосредоточена основная масса воздуха. Наука, изучающая атмосферу, называется метеорологией, хотя предметом этой науки являются также погода и ее влияние на человека. Состояние верхних слоев атмосферы, расположенных на высотах от 60 до 300 и даже 1000 км от поверхности Земли, также изменяется. Здесь развиваются сильные ветры, штормы и проявляются такие удивительные электрические явления, как полярные сияния. Многие из перечисленных феноменов связаны с потоками солнечной радиации, космического излучения, а также магнитным полем Земли. Высокие слои атмосферы – это также и химическая лаборатория, поскольку там в условиях, близких к вакууму, некоторые атмосферные газы под влиянием мощного потока солнечной энергии вступают в химические реакции. Наука, изучающая эти взаимосвязанные явления и процессы, называется физикой высоких слоев атмосферы.

Практически единственным источником энергии для всех физических процессов, развивающихся в Атмосфере, является солнечная радиация. Главная особенность радиационного режима Атмосферы — т. н. парниковый эффект: Атмосфера слабо поглощает коротковолновую солнечную радиацию (большая её часть достигает земной поверхности), но задерживает длинноволновое (целиком инфракрасное) тепловое излучение земной поверхности, что значительно уменьшает теплоотдачу Земли в космическое пространство и повышает её температуру.

     Приходящая в Атмосферы солнечная радиация частично поглощается в  Атмосфере главным образом водяным паром, углекислым газом, озоном и аэрозолями и рассеивается на частицах аэрозоля и на флуктуациях плотности Атмосферы. Вследствие рассеяния лучистой энергии Солнца в Атмосфере наблюдается не только прямая солнечная, но и рассеянная радиация, в совокупности они составляют суммарную радиацию. Достигая земной поверхности, суммарная радиация частично отражается от неё.

       Преобразования энергии солнечной радиации после её поглощения на земной поверхности и в Атмосфере составляют тепловой баланс Земли. Главный источник тепла для А. — земная поверхность, поглощающая основную долю солнечной радиации. Поскольку поглощение солнечной радиации в Атмосфере меньше потери тепла из Атмосферы в мировое пространство длинноволновым излучением, то радиационный расход тепла восполняется притоком тепла к  Атмосфере от земной поверхности в форме турбулентного теплообмена и приходом тепла в результате конденсации водяного пара в Атмосфере. Так как итоговая величина конденсации во всей  Атмосфере равна количеству выпадающих осадков, а также величине испарения с земной поверхности, приход конденсационного тепла в Атмосферы численно равен затрате тепла на испарение на поверхности Земли.

Некоторая часть энергии солнечной радиации затрачивается на поддержание общей циркуляции  Атмосферы и на другие атмосферные процессы, однако эта часть незначительна по сравнению с основными составляющими теплового баланса.

Литература.

1.http://narod-doktor.ru/solnechnaya-radiaciya-i-biosfera-kakovo-ix-vzaimodejstvie.

      2.Ефимов А.А., Заколдаев Ю.А., Шпитальная А.А. Астрономическое обоснование абсолютной геохронологии //

Проблемы исследования Вселенной. – М.-Л., 1985. – Вып. 10. – С. 185–201.

  3. http://www.reiki-iniciacii.ru/news/vlijanie_solnca_na_biosferu_zemli/2011-03-06-11.