Солнечная радиация в атмосфере

           3 Воздействие солнечной радиации на окружающую среду

3.1 Влияние солнечной радиации  на климат

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 всё 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 идеальную 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 зависет 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 [3].

3.2 Влияние солнечной радиации  на человека

Основную массу солнечного света составляют лучи с очень малыми длинами волн, которые измеряются в нанометрах (нм), 1 нм равен 0,001 мкм.

В пределах оптической части солнечного света находятся: ультрафиолетовые невидимые лучи (280—400 нм), световые лучи (400—760 нм) и инфракрасные невидимые лучи (760-2800 нм).

Видимые лучи, дающие ощущение белого цвета, при преломлении через  трехгранную призму разлагаются  на следующие цвета: фиолетовые (наиболее короткие), синие, голубые, зеленые, желтые, оранжевые и красные (это цвета  радуги). Ультрафиолетовое излучение вызывает в основном фотохимический эффект, а инфракрасное — тепловой. У поверхности земли 59% солнечной радиации приходится на долю инфракрасных лучей, 40% составляют световые лучи и около 1% — ультрафиолетовые лучи. При прохождении через земную атмосферу около 60% солнечной радиации поглощается в стратосфере и рассеивается в пространстве при помощи водяных паров и озонового слоя. Вблизи земли задержка радиации происходит в основном за счет загрязнения атмосферы пылью, дымом и газами, при облачности и туманах. Больше всего задерживаются ультрафиолетовые лучи. В крупных промышленных городах с большой задымленностью и загазованностью потери ультрафиолетовой радиации достигают 40%, резко снижается общая освещенность.

Величина прямой солнечной радиации по мере удаления от экватора уменьшается, так как уменьшается угол падения солнечных лучей. Самое большое количество радиации в средних широтах приходится на май, в течение дня — на полдень. Ультрафиолетовых лучей на юге больше, чем на севере. Помимо прямой солнечной радиации, определенное значение имеет рассеянная радиация. При ясном небе преимущественно рассеивается коротковолновая голубовато-синяя часть спектра, что обусловливает голубой цвет неба. Активность рассеянной радиации невелика, но большое количество ультрафиолетовых лучей делает ее биологически весьма полезной. Поэтому загорать можно, находясь в тени.

Часть солнечной радиации отражается от поверхностей, на которые она  падает. Например, снег отражает до 85% общей  лучистой энергии, желтый кварцевый песок — 35% солнечной радиации, речной песок — 29%, зеленая трава — 26%, чернозем — 14%, водная поверхность при отвесном падении солнечных лучей — только 2%. Эти сведения надо учитывать при выборе места для солнечных ванн в разных климатических условиях.

Кроме теплового эффекта и значения для зрения, лучистая энергия солнца оказывает благоприятное лечебное действие на весь организм. Действуя через  зрительный анализатор, световая энергия  влияет на обмен веществ, общий тонус, ритм сна и т. д. Свет служит также сигнальным тепловым раздражителем, который может вызвать ощущение тепла и снижать обмен даже при отсутствии реального нагревания солнечными или искусственными световыми лучами.

При облучении кожи в организме  возникают фотохимические реакции, вызывающие сложные химические превращения в тканях и оказывающие серьезное влияние на обмен веществ. Наиболее сильным биологическим свойством обладают ультрафиолетовые лучи с длиной волн от 290 до 315 нм.

Под влиянием ультрафиолетовых лучей в коже образуется витамин D. Прямой солнечный свет убивает бактерии туберкулеза через несколько минут, стафилококки через 15 мин, брюшнотифозные палочки через 60 мин. Имеются наблюдения, что в ясную солнечную погоду распространенность и продолжительность эпидемий гриппа, дифтерии, скарлатины и других инфекционных болезней, передающихся через воздух, значительно меньше и короче.

А при так называемом световом голодании, которое наблюдается у людей, лишенных возможности пользоваться в достаточной мере дневным светом (у живущих на Севере в полярную ночь, у работающих в шахтах, в метро), возникают многочисленные нарушения в жизнедеятельности организма. У детей развивается рахит, увеличивается число случаев заболеваний кариесом зубов, уменьшается прочность костей, появляются функциональные нарушения нервной системы, обостряется течение туберкулеза. Однако при слишком продолжительном действии солнечного света без регулярной смены дня и ночи (Заполярье) возможны утомление нервной системы и изменения в рефлекторной деятельности человека. Даже «белые ночи» могут быть причиной раздражения и утомления нервной системы.

В организме человека имеются механизмы, защищающие его от резких колебаний  температуры воздуха, влажности, скорости ветра, изменений атмосферного давления. Но иногда эта защита не срабатывает. Повышенная влажность воздуха при высокой его температуре может вызвать общее перегревание организма. Это болезненное состояние называют гипертермией, или тепловым ударом.

Причина теплового удара — нарушение  терморегуляции организма, которое выражается в усиленном теплообразовании при недостаточной теплоотдаче. Накапливающееся в организме тепло отрицательно влияет на функцию центральной нервной системы. Развивается кислородное голодание. Повышается вязкость крови, нарушается кровообращение.

Тепловой удар может наступить  при работе в душных, плохо вентилируемых  помещениях, особенно если высокая  температура воздуха сочетается с повышенной влажностью. Причиной этого состояния может быть и  плотная, плохо пропускающая воздух одежда.

Тепловой удар может возникнуть и на открытом воздухе: при высокой  физической активности во влажной душной атмосфере (даже при отсутствии солнца), при безветренной погоде и если не соблюдаются правила приема солнечных  ванн.

У детей грудного возраста причиной теплового удара нередко может стать пребывание в перегретом помещении, в кроватке, поставленной около батарей и труб центрального отопления.

При перегревании у больных появляются головная боль, головокружение, шум  в ушах. Они испытывают сильную жажду и тошноту. Беспокоит слабость, сонливость. Вначале наблюдается покраснение кожных покровов, их влажность; затем кожа становится сухой, бледной, холодной. Могут быть обмороки. Становится чаще дыхание, развивается тахикардия, падает артериальное давление. Может появиться рвота, носовое кровотечение. В тяжелых случаях отмечаются замедленные реакции или возбуждение, резкие головные боли, потеря сознания, судороги, подъем температуры тела до 39°—41°С, угнетение дыхания. У детей грудного возраста появляются сильные рвота, понос. В таких случаях необходима неотложная медицинская помощь. Но сначала больного надо уложить в прохладное место, в тень, обеспечить доступ свежего воздуха, освободить от плотной, стесняющей одежды, дать выпить холодную воду, положить холодный компресс, а при возможности лед на голову, в подмышечные и паховые области (там проходят крупные кровеносные сосуды). Хороший эффект оказывают водные процедуры: в легких случаях душ с температурой 26—27°С в течение 5—8 мин, в более серьезных — ванна при температуре 20°С до 8 мин. После водной процедуры обязательный отдых в лежачем положении и обильное питье. В отличие от теплового удара при солнечном ударе общего перегревания может и не быть. Вызвать его может прямое воздействие солнечных лучей на непокрытую голову. Выраженного изменения терморегуляции при этом не бывает. Однако жалобы больных сходны [4].

3.3 Парниковый эффект

 Человеческая деятельность может привести к нагреву земного шара сверх

придельно допустимых возможностей. Есть противоположенные мнения, что климат Земли изменяется, наоборот, в сторону похолодания. И, вообще, в последние годы метеорологи разных стран приходят к выводу, что во всеобъемлющей системе погоды на земном шаре что-то расcтроилось. По их мнению, климат на земле начинает меняться не в лучшую сторону. Некоторые метеорологи считают, что приближается всеобщая стихийная катастрофа, которую будет трудно предотвратить. Чего опасаться нам: засухи, не- урожая, голода или, наоборот, расcчитывать на постепенное улучшение погоды и возвращение к климатическим условиям первой половины 20-ого века, считающимся наилучшими в мировой истории.

Большинство ученых сходятся во мнении, что атмосфера тем не менее  скорее не охлаждается, а нагревается.    Причиной тому – грандиозные изменения, произведенные человеком. Сейчас, как утверждают метеорологи, человеческая деятельность становится все более важным фактором, влияющим на климатический баланс Земли. Причиной тому могут служить разные факторы, однако, многие ученые связывают это с парниковым эффектом. Многолетние наблюдения показывают, что в результате хозяйственной деятельности изменяется газовый состав и запыленность нижних слоев атмосферы.

С распаханных земель во время пыльных  бурь поднимаются в воздух миллионы тонн частиц почвы. При разработке полезных ископаемых, при производстве цемента, при внесении удобрений и трении автомобильных шин о дорогу, при сжигании топлива и выбросе отходов промышленных производств в атмосферу попадает большое количество взвешенных частиц разнообразных газов. Определения состава воздуха показывают, что сейчас в атмосфере Земли углекислого газа стало на 25% больше, чем 200 лет назад. Это , безусловно, результат хозяйственной деятельности человека, а также вырубки лесов, зеленые листья которых поглощают углекислый газ.

С повышением концентрации углекислого  газа в воздухе связан парниковый эффект, который проявляется в нагреве внутренних слоев атмосферы Земли. Это происходит потому, что атмосфера пропускает основную часть излучения Солнца. Часть лучей поглощается и нагревает земную поверхность, а от нее нагревается атмосфера. Другая часть лучей отражается от поверхности Планеты и это излучение поглощается молекулами углекислого газа, что способствует повышению средней температуры Планеты. Действие парникового эффекта анaлогично действию стекла в оранжерее или парнике ( от этого возникло название " парниковый эффект").Рассмотрим, что происходит с телами в стеклянной оранжерее. Излучение высокой энергии проникает в оранжерею через стекло. Оно поглощается телами внутри оранжереи. Затем они сами испускают излучение более низкой энергии, поглощаемое стеклом. Стекло посылает часть этой энергии обратно, снабжая объекты внутри дополнительным теплом. Точно таким же образом земная поверхность получает дополнительное тепло по мере того, как "парниковые" газы поглощают, а затем выделяют излучение более низкой энергии.

Газы, вызывающие своей повышенной концентрацией парниковый эффект, называют парниковыми газами. В основном это углекислый газ и водяной пар, но существуют и другие газы, поглощающие энергию, исходящую от Земли. Например, хлорфтор содержащие углеводородные газы, например, фреоны или хладоны.Концентрация этих газов в атмосфере также увеличивается.

Природный газ, используемый в энергетике, относится к невозобновляемым энергетическим ресурсам, в то же время это наиболее экологически чистый вид традиционного энергетического топлива. Природный газ на 98% состоит из метана, остальные 2% приходятся на этан, пропан, бутан и некоторые другие вещества. При сжигании газа единственным действительно опасным загрязнителем атмосферы является смесь оксидов азота. На тепловых электростанциях и в отопительных котельных, использующих, природный газ, выбросов углекислого газа, способствующего парниковому эффекту, вдвое меньше, чем на угольных энергетических установках, вырабатывающих тоже количество энергии.