Источником метеорологических, гидрологических, химических, биологических и других процессов, протекающих на земном шаре, является солнечная энергия. Вся другая поступающая энергия (излучение звезд и планет, космические лучи, внутренняя теплота Земли и др.) ничтожно мала по сравнению с энергией Солнца. Солнце — основной источник жизни на нашей планете и создатель энергетических запасов, которые все в большей степени используются человеком (нефть, каменный уголь, гидроресурсы, энергия ветра и др.). Солнце освещало и грело Землю на протяжении всей ее истории.
Солнечные лучи, распространяясь в мировом пространстве со скоростью 300 000 км/сек, проходят путь от Солнца до Земли, равный около 150 000 000 км, за 8,3 минуты. Несмотря на огромное расстояние, отделяющее нас от Солнца, и положение Земли в космическом пространстве, поверхность земли и нижние слои атмосферы нагреваются солнечными лучами достаточно сильно, чтобы поддержать жизнь на нашей планете.
Общее количество энергии, получаемой Землей от Солнца, можно сравнить с количеством энергии, создаваемой непрерывной работой 543 млрд. паровых машин в 400 л. с. каждая. А ведь это колоссальное количество энергии, которую получает земной шар, является лишь ничтожной долей лучистой энергии, испускаемой Солнцем! Вычисления показывают, что она составляет примерно одну двухмиллиардную долю всей энергии Солнца. Основная же часть солнечной энергии рассеивается в мировом пространстве. Чтобы представить ее размеры, скажем, что она достаточна, чтобы вся вода, содержащаяся в морях и океанах Земли, закипела за 1,5 секунды.
Откуда же на Солнце столько энергии? Этот вопрос всегда привлекал внимание ученых. Если бы Солнце состояло из горючего вещества, то согласно расчетам его энергии хватило бы ненадолго. В частности, если бы Солнце состояло из каменного угля, то оно сгорело бы за 2000—3000 лет. Из различных данных следует, что в настоящее время Солнце испускает примерно такое же количество энергии, какое оно испускало миллиарды лет назад. Еще не так давно существовало мнение, что образование столь чудовищного количества энергии обязано сжатию, испытываемому Солнцем. Но тогда солнечной энергии хватило бы лишь на несколько десятков миллионов лет. Причину неиссякаемости солнечной энергии объяснила современная физика.
Известно, что тела Вселенной состоят из атомов. Атомные ядра содержат в себе огромные запасы энергии, выделяющейся при расщеплении ядра. Как известно, расщепление атомного ядра и получение атомной энергии производятся с помощью специальных установок. Иначе это происходит на Солнце. При температуре в недрах Солнца, достигающей по вычислениям 16 млн. градусов, и колоссальном давлении атомы водорода, составляющие 90% массы Солнца, расщепляются. Происходит непрерывный процесс превращения атомов одних элементов в атомы других. В результате ядерной реакции выделяется внутриатомная энергия. Таким образом, источником солнечной энергии являются ядерные превращения. При образовании из водорода 1 г гелия выделяется 155 млрд. кал. На это тратится ничтожное количество вещества — 0,007 г. Для размеров Солнца эта потеря выражается в 4 200 000 т/сек. Однако она мало отражается на «сгорании» Солнца, так как запасы водорода на Солнце столь огромны, что их хватит еще на много миллиардов лет.
При высокой температуре газы в недрах Солнца очень плотны. Из недр Солнца они стремятся наружу и до его поверхности добираются в течение нескольких тысяч лет. При этом температура газов постепенно повышается и изменяется их количество. На поверхности Солнца температура газов достигает 6000°.
Солнце излучает энергию в виде электромагнитных волн различной длины, однако основная часть солнечной радиации, достигающей нашей планеты, имеет длину волны 0,17—4 микрона. При этом 7% ее составляет ультрафиолетовая радиация, с длиной волн от 0,17 до 0,35 микрона, 46% —световая радиация с длиной волн в пределах 0,35—0,76 микрон и 47%.—инфракрасная радиация с длиной волн от 0,76 до 4 микрон.
Несмотря на небольшой процент ультрафиолетового излучения Солнца, эта радиация играет весьма важную роль в химических преобразованиях атмосферных газов и почти полностью задерживается в верхних слоях атмосферы. Незначительная ее часть, достигающая поверхности земли, оказывает сильное воздействие на животный и растительный мир.
Интенсивность солнечной радиации. За единицу измерения интенсивности солнечной радиации принято количество тепла в калориях2, которое получает 1 см2 поверхности, перпендикулярной солнечным лучам, в 1 минуту (кал/см2мин). Как показывают результаты обработки многочисленных наблюдений, при отсутствии атмосферы интенсивность солнечной радиации составляет в среднем около 2 кал/см2мин, точнее 1,98 кал. Эту величину принято называть солнечной постоянной. Величина солнечной постоянной подвергается небольшим изменениям в зависимости от расстояния между Землей и Солнцем. Так как движение Земли вокруг Солнца происходит не по кругу, а по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце, то в течение года расстояние между Землей и Солнцем изменяется. Наименьшее расстояние между Солнцем и Землей бывает около 3 января, наибольшее — 3 июля. Интенсивность солнечной радиации, характеризуемая солнечной постоянной, испытывает некоторые, правда незначительные, колебания в зависимости от активности процессов на Солнце.
Если бы каждый квадратный сантиметр земной поверхности, перпендикулярной солнечным лучам, при отсутствии атмосферы получал в 1 минуту 1,98 кал, то в течение года при тех же условиях он получил бы около 1000 ккал тепла. Но так как Земля близка по форме к шару и солнечные лучи не везде падают отвесно, да при этом вследствие вращения Земли вокруг своей оси всегда освещена только половина земного шара, то за год на 1 см2 на верхней границе атмосферы поступает в среднем лишь четвертая часть названной величины, т. е. около 260 ккал/см2. Из этого количества солнечного тепла поверхностью земли и атмосферой поглощается только 166 ккал/см2 год. Остальная часть отражается в мировое пространство. Достигает поверхности земли и поглощается ею до 70% общего количества радиации, используемой Землей, а 30% задерживается атмосферой.
Однако и на различные участки Земли солнечная энергия поступает в неодинаковом количестве. Это зависит от ряда условий.
Наука, занимающаяся изучением притока и расхода солнечной энергии, называется актинометрией. Она является одним из разделов метеорологии.
—Источник—
Погосян, Х.П. Атмосфера Земли/ Х.П. Погосян [и д.р.]. – М.: Просвещение, 1970.- 318 с.
Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава
