Географія. Рівень стандарту. 11 клас. Гільберг

ТЕМА 4. АТМОСФЕРА ТА СИСТЕМИ ЗЕМЛІ

§ 12. Сонячно-Земні взаємодії

Пригадайте, з яких шарів складається атмосфера. Які процеси відбуваються в атмосфері? Що отримує Земля від Сонця? Що таке альбедо?

СОНЯЧНО-ЗЕМНІ ЗВ'ЯЗКИ. Процеси, що відбуваються в космосі та всередині Сонця, приводять до випромінювання енергії у вигляді електромагнітних хвиль різної довжини. Тварини й люди є перетворювачами енергії і невіддільні від світу рослин і мікроорганізмів. Усі ми включені в енергетичні цикли Всесвіту. (Поясніть чому.)

Сонце має великий вплив на явища, які відбуваються на Землі. Його короткохвильове випромінювання зумовлює важливі фізико-хімічні процеси у верхніх шарах атмосфери. Видимі й інфрачервоні промені є основними «постачальниками» тепла для Землі. У різних країнах світу, в т. ч. й у нас, ведуться роботи щодо ширшого використання сонячної енергії для господарських і промислових цілей (вироблення електроенергії, опалення будинків та ін.). Сонце не лише освітлює й зігріває Землю. Вияви сонячної активності супроводжуються низкою геофізичних явищ. Потоки заряджених частинок, прискорені під час спалахів, впливають на магнітне поле Землі й спричиняють магнітні бурі, які сприяють проникненню заряджених частинок у нижчі шари атмосфери (так виникають полярні сяйва). Короткохвильове випромінювання Сонця посилює іонізацію верхніх шарів земної атмосфери (іоносфери), що впливає на умови поширення радіохвиль, іноді порушуючи радіозв'язок. Вивчення цих явищ становить суть проблеми Сонячно-Земних зв'язків. Отже, Сонячно-Земні зв'язки — це система прямих або опосередкованих фізичних зв'язків між процесами на Сонці та Землі.

Активні процеси на Сонці, впливаючи на атмосферу й магнітне поле Землі, опосередковано діють і на складні процеси органічного світу (як тваринного, так і рослинного). (Поясніть як саме.)

Земля отримує від Сонця не тільки світло й тепло, що забезпечують необхідний рівень освітленості й температурний режим її поверхні, а й піддається комбінованому впливу ультрафіолетового та рентгенівського випромінювання, сонячного вітру. Варіації потужності цих чинників за зміни рівня сонячної активності формують ланцюжок взаємозалежних явищ у міжпланетному просторі, магнітосфері, іоносфері, біосфері, гідросфері та літосфері Землі (мал. 55).

Мал. 55. Схема Сонячно-Земних зв'язків

Сонце впливає на епідеміологічні умови на Землі, кількість стихійних лих (тайфуни, землетруси, повені), автомобільних і залізничних аварій тощо. Максимум таких явищ припадає на роки активного Сонця. Для власного порятунку людство зобов'язане берегти атмосферу та водні простори планети від зміни їхніх властивостей.

Вивчення Сонячно-Земних зв'язків є фундаментальною науковою проблемою. Прогнози стану магнітосфери й інших оболонок Землі необхідні для рішення практичних завдань у космонавтиці, радіозв'язку, транспорті, метеорології та кліматології, сільському господарстві, біології й медицині.

СОНЯЧНЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ, ВІДМІННОСТІ ВИПРОМІНЮВАННЯ Й ПОГЛИНАННЯ ТЕПЛА ПОВІТРЯМ, ПОВЕРХНЕЮ ГІРСЬКИХ ПОРІД І ВОДИ. Сонячне випромінювання в атмосфері Землі поділяють на пряме й розсіяне на частках, що перебувають у зваженому стані в повітрі атмосфери (пил, вода й інші елементи). Їхня сукупність утворює сумарне сонячне випромінювання.

Кількість сонячної енергії, яка падає на поверхню Землі, змінюється внаслідок руху Сонця. Ці зміни залежать від часу доби й пори року. За однакових метеоумов опівдні на Землю потрапляє більше сонячної радіації, ніж рано вранці або пізно увечері. Опівдні Сонце перебуває високо над горизонтом, і довжина шляху проходження його променів через атмосферу Землі скорочується. Отже, менше сонячної радіації розсіюється та поглинається, а більше проміння досягає поверхні.

Під час надходження на земну поверхню сонячна радіація здебільшого поглинається поверхнею, а частково відбивається. Відбивання сонячної радіації земною поверхнею залежить від характеру підстильної поверхні (мал. 56 на с. 72).

Мал. 56. Розподіл сонячної енергії

Відношення показника відбитої радіації (R) до загального (сумарного) потоку радіації (Q) на дану поверхню називається альбедо поверхні:

Отже, із загального потоку сумарної радіації (Q) частина відбивається від земної поверхні. Частина сумарної радіації поглинається земною поверхнею і йде на нагрівання верхніх шарів ґрунту та води.

Більшість природних поверхонь має альбедо в межах 10-30 %. Виняток становлять піщані пустелі (40 %), свіжий сухий сніг (80-90 %), вологий сніг (60-70 %). Альбедо гладкої водної поверхні для прямої сонячної радіації змінюється від кількох відсотків за високого сонця до 70 % — за низького. Для розсіяної радіації альбедо водних поверхонь становить 5-10 %.

Альбедо льоду залежить від температури повітря і змінюється в межах 30-40 %. Підвищення температури повітря приводить до зменшення альбедо льоду. Середнє значення альбедо хмар становить 40-50 %. Альбедо хмарності змінюється в досить широких межах, залежить від форми хмар, їхньої потужності.

Водна поверхня поглинає завжди більше сонячної радіації, ніж суходіл за однакової висоти Сонця, тому альбедо водних поверхонь є меншим, ніж альбедо суходолу. Пояснюється це тим, що сонячні промені проникають значно глибше у прозорі верхні шари води, ніж у ґрунт. У воді вони розсіюються й поглинаються. Через це на альбедо води значно впливає ступінь її мутності (суспензійності): для забрудненої води альбедо значно вищий, ніж для чистої. (Поясніть чому.)

Колір порід або ґрунтів, їхній мінеральний склад визначають енергетичний спектр відбитого й поглиненого потоків енергії та його інтенсивність.

Відкриваємо Україну

AFFECTS — проект сьомої рамкової програми ЄС із космічної погоди, у якому бере участь Україна, спрямований на прогнозування стану іоносфери над Європою та забезпечення потреб європейських користувачів глобальними навігаційними супутниковими системами.

Світлі породи або ґрунти відбивають світло сильніше темних. Вологість змінює їхню відбивну здатність, підвищуючи частку дифузного віддзеркалення хвиль видимого діапазону. Тому, наприклад, піски після дощу здаються на хроматичних знімках темнішими, ніж перед дощем. Майже всі зволожені породи й ґрунти темніші від сухих, а випромінювання ближнього інфрачервоного діапазону практично повністю поглинають вологі ґрунти та породи.

Густий трав'яний покрив зменшує добову амплітуду температури ґрунту і знижує її середню температуру. Середнє значення альбедо для полів жита і пшениці становить 10-25 %, поля бавовнику — 20-25 %, луки — 15-25 %, хвойного лісу — 10-15 %, листяного лісу — 15-20 %. Вплив рослинного покриву має здебільшого мікрокліматичне значення.

Розподіл сонячної радіації по земній поверхні залежить від географічної широти місцевості. Від полюсів до екватора радіація збільшується, або що більший кут, під яким сонячне проміння падає на поверхню Землі, то більше тепла вона отримує на одиницю площі. Від широти місцевості залежить і тривалість дня в різні пори року, що також визначає величину сонячної радіації, яка надходить на земну поверхню.

Дізнайтеся більше

9 березня 2016 р. з Абу-Дабі (ОАЕ) у свій перший політ навколо світу вирушив літак «SolarImpulse-2», який живиться виключно сонячною енергією.

ЗАПАМ’ЯТАЙТЕ: стисло про головне

  • Земля отримує від Сонця не тільки світло і тепло, а й піддається комбінованому впливу ультрафіолетового й рентгенівського випромінювання, сонячного вітру.
  • Сонячне випромінювання в атмосфері Землі поділяють на пряме й розсіяне, а їхня сума становить сумарне сонячне випромінювання.
  • Відбивання сонячної радіації земною поверхнею залежить від характеру підстильної поверхні.
  • Вивчення впливу сонячної активності на атмосферу Землі допоможе виявити, яким чином впливає Сонце на людський організм.

Знаю і вмію обґрунтувати

  • 1. Поясніть, що таке Сонячно-Земні зв'язки та чим вони обумовлені.
  • 2. Які види сонячного випромінювання ви знаєте?
  • 3. Що таке альбедо? Як воно визначається?
  • 4. Поясніть, як відбивання сонячної радіації земною поверхнею залежить від характеру підстильної поверхні. Наведіть приклади.
  • 5. Укажіть, якими причинами зумовлений інтерес учених до проблеми Сонячно-Земних зв'язків.
  • 6. Визначте альбедо земної поверхні (у %) за таких показників сонячної радіації за місяць: пряма — 200; розсіяна — 100; відбита — 150.
  • 7. З якою метою вчені вивчають вплив сонячної активності на атмосферу Землі?

Шукаю в Інтернеті

Використовуючи різноманітні джерела інформації, наведіть приклади наукових досліджень Сонячно-Земних зв'язків.

Генерую ідеї

Як, на вашу думку, змінюється мікроклімат у місцевості, прилеглій до великої сонячної електростанції?