Роль солнца в жизни биосферы

Содержание

1. Роль Солнца в жизни Земли. Солнечный ветер и солнечная радиация ……………………………………………………………………3

 

Основная часть

1.Роль Солнца в жизни Земли. Солнечный ветер и солнечная радиация

Солнце играет очень  большую роль в жизни нашей  планеты. Оно источник света и тепла на Земле. Испарение воды, выпадение осадков, течение рек, бури, грозы, засуши и все другие явления, обусловливающие климат и погоду на Земле, зависят от нагревания Земли Солнцем и изменяются в зависимости от изменений, происходящих на Солнце.

Так, по В.И. Вернадскому, самая существенная особенность  биосферы - это биогенная миграция атомов химических элементов, вызываемая лучистой энергией Солнца и проявляющаяся  в процессе обмена веществ, росте  и размножении организмов. К своеобразной разновидности круговоротов в биосфере относятся ее ритмические изменения. Ритмикой называется повторяемость во времени комплекса процессов, которые каждый раз развиваются в одном направлении. При этом различают две ее формы: периодическую - это ритмы одинаковой длительности (время оборота Земли вокруг оси) и циклическую - ритмы переменной длительности. Периодичность в биосфере проявляется во многих процессах: тектонических, осадко-накоплении, климатических, биологических и многих других.

Ритмы бывают различной  продолжительности: геологические, вековые, внутривековые, годовые, суточные и т.д. Некоторые ритмы связаны с неравномерным облучением Земли в связи с ее движением вокруг Солнца. Изменение времени наступления равноденствий, наклона оси вращения к эклиптике и эксцентриситета земной орбиты соответствует периодам около 21 000 лет, 40000 лет и около 92000 лет. Эти периоды, выделенные югославским ученым М. Миланковичем, могли служить причиной климатических колебаний. Солнечная радиация - поступающая на Землю энергия солнечного излучения в виде потока электромагнитных волн.

 Солнце излучает  вокруг мощное электромагнитное  излучение. Всего одна двухмиллиардная  его доля попадает в верхние  слои атмосферы Земли, но и  она составляет огромное число  калорий в минуту. Далеко не весь энергетический поток достигает поверхности Земли. Большая его часть отбрасывается планетой в мировое пространство. Земля отражает атаку тех лучей, которые губительны для живого вещества планеты. На дальнейшем пути к Земле солнечные лучи встречают препятствие в виде наполняющих атмосферу водяного пара, молекул углекислого газа и частичек пыли, взвешенных в воздухе.

Атмосферный «фильтр» поглощает  значительную часть лучей, рассеивает их, отражает. Особенно велика отражательная  способность облаков. В результате непосредственно земная поверхность получает лишь 2/3 той радиации, которая пропускается озоновым экраном, но и из этой части многое отражается в соответствии с отражательной способностью различных поверхностей. На всю поверхность Земли поступает чуть более 100 тыс. калорий на 1см2 в минуту. Эта радиация поглощается растительностью, почвой, поверхностью морей и океанов. Она превращается в тепло, которое расходуется на прогревание слоев атмосферы, движение воздушных и водных масс, на создание всего великого разнообразия форм жизни на Земле.

Солнечная радиация поступает  на земную поверхность различными путями:

1)прямая радиация: поступление  радиации непосредственно от  Солнца, если оно не закрыто  облаками;

2)рассеянная радиация: поступление радиации от небесного свода или облаков, рассеивающих солнечные лучи;

3)тепловая радиация: поступление радиации происходит от атмосферы, нагревшейся в результате воздействия радиации.

Прямая и рассеянная радиация поступает только днем и  вместе они составляют суммарную радиацию. Та солнечная радиация, которая остается после потери на отражение от поверхности, называется поглощенной. Солнечную радиацию измеряют актинометром. Космические лучи - поток частиц высоких энергий, со всех сторон падающий на Землю. Ядерные реакции в высоких слоях атмосферы вызваны космическими лучами отнюдь не солнечного, а галактического происхождения. И тем не менее, интенсивность этих космических лучей связана с солнечной активностью: чем больше пятен на Солнце, тем слабее поток космических лучей.

Эта связь осуществляется солнечным ветром. Солнечный ветер на расстоянии порядка 1013 м, т. е. на расстоянии примерно полусотни радиусов земной орбиты, сжимает силовые линии галактических магнитных полей. Космические лучи распространяются в основном вдоль магнитного поля. Только наиболее энергичные частицы космических лучей Галактики могут проникнуть вглубь этого магнитного пузырька вокруг Солнца.

Расстояние до его границы солнечный  ветер проходит за полгода - год. При  спокойном Солнце солнечный ветер слабее, граница солнечной магнитосферы придвигается ближе и становится менее плотной. В результате растет интенсивность космических лучей, достигающих Земли, и доля 14С в атмосферной углекислоте.

Тепловое излучение Солнца постоянно. Солнечная активность изменяет только коротковолновую, нетепловую часть излучения при длинах волн, меньших 100 нм. На эту область, однако, приходится менее 1 % всей светимости Солнца. Коротковолновая часть солнечного излучения не проникает через верхние слои земной атмосферы. Поэтому солнечная активность практически не меняет тепловой поток, приходящий к нашей планете, почти не сказывается на погоде Земли. Переменное коротковолновое излучение Солнца существенно изменяет состояние только самой внешней оболочки земной атмосферы. И ветры, и течения вызваны падающим на Землю излучением Солнца. Оно дает энергию движениям атмосферы и океана.

Эта энергия диссипируется, переходит в тепло, при этом действительно  возникают силы трения. Однако эти  силы - внутренние. Для каждой такой силы, замедляющей вращение планеты, по третьему закону Ньютона найдется равная и противоположно направленная сила, ускоряющая вращение Земли.

Суммарный момент всех внутренних сил равен нулю. Солнечное излучение  не изменяет момента количества движения Земли - ветры и течения в среднем не замедляют Землю и не ускоряют ее. Солнце, как и Земля, обладает магнитным полем. На поверхности Солнца средняя величина магнитного поля оценивается в 1- 2 эрстед, т.е. в 2-4 раза выше земного. Напряженность магнитных полей солнечных пятен достигает более высоких значений: обычно 20-30 эрстед, а иногда и 3000 эрстед. Такая высокая напряженность магнитного поля внутри пятен приводит к снижению их излучатель ной способности. Магнетизм в группе больших пятен противоположен по знаку.

Силовые линии выходят  из одного такого пятна и замыкаются в другом. С противоположной стороны  замыкание силовых линий происходит во внутренних областях Солнца. Сильное  магнитное поле под пятнами снижает  их температуру с 6000 до 4500 К. Вынос  горячих масс плазмы из внутренних недр светила происходит в светлых областях солнечной поверхности. Появление максимума солнечных пятен связано с 11-летней цикличностью. Последний максимум такого цикла наблюдался в начале 1991 года. Нарастание максимума происходит 4,3 года, а спад - 6,7 года. С периодом 11 лет связана инверсия магнитного поля Солнца. В итоге полный цикл изменения его намагниченности происходит с полным периодом в 22 года. Изучая глинистые слои, исследователи установили, что и 700 миллионов лет назад проявлялся 11-летний цикл в солнечной деятельности.

С 11-летней цикличностью Солнца связан целый ряд явлений  в атмосфере, гидросфере, литосфере  и биосфере Земли. Эта периодичность  четко увязывается с чередованием засух и наводнений на планете, отмечается в строении годичных колец деревьев, нарастании слоев целого ряда минералов (кальцитовых сталактитов, целестинов и т.д.), в напластовании песчано-глинистых осадков различных геологических эпох и т.д.

В изменениях солнечной  активности обнаруживаются и короткопериодические циклы: 3-, 5- и 7-8-летние, а также длиннопериодные: 90-180-летние и др. Однако физическая природа всех этих циклов весьма слабо изучена. В солнечную плазму «вморожено» магнитное поле, которое вытягивается из его короны в космическое пространство в виде волокон или струй. Вращение Солнца вокруг своей оси ведет к закручиванию линий в так называемую спираль Архимеда. Возникает 4 магнитных сектора. Направление магнитных полей в секторах взаимопротивоположно - в одном секторе оно направлено к Солнцу, а в другом - от Солнца.

При вращении светила  за один оборот (27 суток) тоновый слой 4 раза пересекает Землю, что ведет  к изменению полярности внешнего магнитного поля также в 4 раза. Потоки плазмы (солнечного ветра) располагаются  вдоль силовых линий Солнца. Наиболее мощные потоки частиц солнечного ветра вырываются из района полюсов светила, т.е. в тех его местах, где не замкнуты его магнитные силовые линии.

Исследователи, занимающиеся изучением солнечно-земных связей, в течение последних десятилетий на основе изучения статистических данных пришли к заключению, что при пересечении Землей неоднородных участков магнитных полей (на границе между двумя соседними секторами) происходит их воздействие на Землю.

Советский геофизик А.И. Оль впервые отметил, что с этими границами должны быть связаны различные явления на нашей планете. На переход Земли из одного сектора в другой затрачивается двое суток. Магнитосфера Земли при этом испытывает некоторую перестройку, которая ощущается в нижней атмосфере, гидросфере, биосфере и литосфере.

 Специалисты указывают,  что именно в такие периоды  наблюдаются наиболее значительные  изменения метеорологических факторов: турбулентность атмосферы, увеличение  числа гроз, изменение давлений  в атмосфере и т.д. Так, американский исследователь Р. Марксон еще в 1969 году отметил увеличение частоты гроз при пересечении Землей границы двух секторов. В 1974 году Дж. Уилкокс с коллегами на основе обработки данных искусственных спутников Земли обнаружили уменьшение количества облаков в атмосфере в момент перехода пограничной области между секторами.

Это явление в 1977 году подметили также С. Хейнес и И. Халеви. Они объясняют его тем  фактом, что корпускулы солнечного ветра способны в указанные моменты  времени проникнуть через ионосферу и воздействовать на кучевые облака, располагающиеся в стратосфере.

Итак, сегодня все более  расширяется круг научных данных о влиянии космических излучений  на различные земные организмы. Современные  исследования по биомедицине приводят все больше свидетельств тому, что ритмы Земли, Солнца, Космоса оказывают влияние на эволюцию жизни.

Человечество широко использует не только прямую солнечную  энергию в виде тепла и света, но и другие виды и формы, в которые  она переходит, например, энергию  воды и ветра (посредством водяных турбин на гидроэлектростанциях и т. п.). Каменный уголь - окаменевшие остатки растений, развившихся благодаря солнечному теплу. Это тоже запас солнечной энергии, скрытый в недрах Земли.

Список сокращений

Др – другие;

И т.п.- и тому подобное;

И т.д.- и так далее.