Солнечная радиация
Солнце всегда интересовало людей и служило темой для сочинения загадочных легенд. Еще в древние времена люди начинали догадываться о его воздействии на Землю. Однако все это было лишь неподтвержденными догадками и только с развитием технологий человечество смогло узнать, что такое солнечная радиация и как она воздействует на планету и ее обитателей.
Солнечная радиация – что это?
Солнечная радиация – энергетическое излучение, которое непрерывно поступает на Землю. Распространение энергии осуществляется в форме электромагнитных волн. Ежесекундно они преодолевают расстояние в 300 000 километров и в течение 8 минут достигают Земли.
На земную поверхность попадает как рассеянные, так и прямые лучи Солнца. Именно благодаря рассеиванию поступающих лучей в атмосфере, днем небо окрашено в голубоватый оттенок. Оранжевый окрас солнечного диска обуславливается тем, что его лучи практически не рассеиваются.
В течение 2-3 дней Земли достигает «солнечный ветер». Он состоит из огромного количества ядер водорода, гелия и электронов. Именно этим и обусловлено то, что солнечное излучение оказывает серьезное воздействие на человека и планету в целом.
Как влияет на организм?
Излучаемая Солнцем радиация состоит из ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной частей. В них содержится различная энергия и поэтому они могут по-разному влиять на человека:
Распределение излучения
Не всегда солнечное излучение достигает своей конечной цели. Земля отражает лучи, которые могут навредить ее биосфере. Делает она это при помощи озонового слоя, который фильтрует ультрафиолетовые лучи. Значительная часть излучений Солнца поглощается, рассеивается и отражается благодаря озоновому фильтру.
Излучения, которым удалось пройти через озоновый слой, падают на земную поверхность под разными углами. Они распределяются по территории Земли неравномерно. Интенсивность излучений напрямую зависит от высоты солнцестояния. При увеличении угла падения лучей количество тепла на возрастает.
Воздействие радиации на климат
Неоднократно было доказано, что солнечная радиация влияет на климат планеты. Наибольшее влияние оказывают инфракрасные излучения, которые усиливаются, когда Солнце поднимается над горизонтом. Интенсивность воздействия во многом зависит от удаленности Солнца от планеты. Расстояние между ними меняется в течение года.
Количество поступающей радиации зависит и от угла наклона оси планеты к орбите. Он изменяется в зависимости от времени года. Летом наклон сокращается, что приводит к увеличению радиации.
При изменении притока радиации от Солнца на 1% температурные показатели нижнего атмосферного слоя изменяются на 1.5 ℃. Иногда на Солнце возникают катаклизмы, из-за которых солнечная радиация может увеличиваться в разы. Благодаря магнитному полю и озоновому слою, до Земли доходит не так много радиации.
Защита от солнечной радиации
Ультрафиолетовое излучение, исходящее от Солнца – сильный раздражитель, которого надо избегать. Длительное нахождение под воздействием солнечных лучей может иметь следующие последствия для человека:
Чтобы солнечная радиация не смогла навредить здоровью человека, надо придерживаться следующих рекомендаций:
Людям, которые любят загорать в ясные летние дни, надо быть очень осторожными. Грудным детям и старикам с заболеваниями сердца нужно меньше находиться под солнцем и больше времени проводить в тени.
Солнечная радиация
Солнечное излучение способно нагревать поверхность земли и предметы. (даже наш) с еле греющим воздухом. Кроме того, эта переменная очень важна для оценки работы, которую мы проводим в борьбе с изменением климата. Вы хотите знать все о солнечной радиации?
Солнечное излучение проходит через атмосферу
Находясь на пляже в один из этих жарких летних дней, мы ложимся «на солнышко». По мере того, как мы остаемся в полотенце дольше, мы замечаем, как наше тело нагревается и повышается его температура, пока нам не нужно принять ванну или уйти в тень, потому что мы получаем ожоги. Что здесь произошло, если воздух не ахти? Случилось то, что солнечные лучи прошли через нашу атмосферу и согрели наши тела, почти не нагревая воздух.
Что-то похожее на то, что происходит с нами в этой ситуации, происходит и с Землей: атмосфера почти «прозрачна» для солнечного излучения, но поверхность Земли и другие тела, расположенные на ней, поглощают ее. Энергия, передаваемая Солнцем Земле, известна как лучистая энергия или излучение. Излучение распространяется в пространстве в виде волн, переносящих энергию. В зависимости от количества переносимой ими энергии они классифицируются по электромагнитному спектру. У нас есть самые энергичные волны, такие как гамма-лучи, рентгеновские лучи и ультрафиолет, а также волны с меньшей энергией, такие как инфракрасные, микроволны и радиоволны.
Все тела излучают радиацию
Все тела излучают радиацию в зависимости от их температуры. Это дается Закон Стефана-Больцмана который утверждает, что энергия, излучаемая телом, прямо пропорциональна его температуре в четвертой степени. Вот почему и Солнце, и горящее дерево, и наше собственное тело, и даже кусок льда непрерывно излучают энергию.
Это заставляет нас задать себе вопрос: почему мы можем «видеть» излучение, испускаемое Солнцем или горящим куском дерева, и мы не можем видеть излучение, которое мы излучаем, поверхность Земли или кусок? льда? Также, это во многом зависит от температуры, достигаемой каждым из них, и, следовательно, количество энергии, которое они преимущественно излучают. Чем больше температуры достигают тела, тем большее количество энергии они излучают в своих волнах, и поэтому они будут более заметными.
Как работает солнечное излучение
Таким образом, в нашей системе Земля-атмосфера имеет место ряд процессов, в которых энергия поглощается, излучается и отражается, так что окончательный баланс между излучением, которое достигает верхних слоев атмосферы от Солнца, и тем, что выходит в космическое пространство, равен нулю. Другими словами, средняя годовая температура остается постоянной. Когда солнечная радиация попадает на Землю, большая ее часть поглощается поверхностью Земли. Очень мало падающего излучения поглощается облаками и воздухом. Остальная часть излучения отражается поверхностью, газами, облаками и возвращается в космическое пространство.
Как мы измеряем радиацию?
Чтобы измерить солнечное излучение, которое мы получаем в точке, мы используем устройство, называемое пиранометром. Эта секция состоит из датчика, заключенного в прозрачную полусферу, которая пропускает все излучение очень малой длины волны. Этот датчик имеет чередующиеся черные и белые сегменты, которые по-разному поглощают количество излучения. Температурный контраст между этими сегментами откалиброван в соответствии с потоком излучения. (измеряется в ваттах на квадратный метр).
Оценка количества получаемого нами солнечного излучения также может быть получена путем измерения количества часов солнечного света, которые мы имеем. Для этого мы используем инструмент, называемый гелиографом. Он образован стеклянной сферой, ориентированной на географический юг, которая действует как большое увеличительное стекло, концентрируя все получаемое излучение в точке накаливания, которая прожигает специальную бумажную ленту с градуированными часами дня.
Солнечная радиация и усиление парникового эффекта
На протяжении всей истории человечества концентрация парниковых газов (включая большую часть CO2) возрастала все больше и больше. Рост этого увеличения связан с промышленная революция и сжигание ископаемого топлива в промышленности, энергетике и транспорте. Сжигание ископаемых видов топлива, таких как нефть и уголь, вызывает выбросы CO2 и метана. Эти газы с возрастающей эмиссией заставляют их удерживать большое количество солнечной радиации и не позволяют ей возвращаться в космическое пространство.
Это известно как парниковый эффект. Однако усиление этого эффекта мы называем парниковым. это контрпродуктивно, поскольку то, что мы делаем, все больше и больше увеличивает средние глобальные температуры. Чем больше концентрация этих поглощающих излучение газов в атмосфере, тем больше тепла они будут удерживать и, следовательно, тем выше будет повышаться температура.
Солнечная радиация и изменение климата
Глобальное потепление известно во всем мире. Это повышение температуры из-за сильного удержания солнечной радиации вызывает изменение глобального климата. Это не только означает, что средняя температура на планете повысится, но и изменится климат и все, что с этим связано.
Содержание статьи соответствует нашим принципам редакционная этика. Чтобы сообщить об ошибке, нажмите здесь.
Полный путь к статье: Сетевая метеорология » Метеорология » Наука » Солнечная радиация
Солнечная радиация и её влияние на организм человека и климат
Слепящий солнечный диск во все времена будоражил умы людей, служил благодатной темой для легенд и мифов. Ещё с древности люди догадывались о его воздействии на Землю. Как близки были наши далёкие предки к истине. Именно лучистой энергии Солнца мы обязаны существованием жизни на Земле.
Что же представляет собой радиоактивное излучение нашего светила и как оно воздействует на земные процессы?
Что такое солнечная радиация
Солнечная радиация — это совокупность солнечной материи и энергии, поступающей на Землю. Энергия распространяется в виде электромагнитных волн со скоростью 300 тысяч километров в секунду, проходит через атмосферу и достигает Земли за 8 минут. Диапазон волн, участвующих в этом «марафоне», весьма широк — от радиоволн до рентгеновских лучей, включая видимую часть спектра. Земная поверхность находится под воздействием как прямых, так и рассеянных земной атмосферой, солнечных лучей. Именно рассеянием в атмосфере сине-голубых лучей объясняется голубизна неба в ясный день. Жёлто-оранжевый цвет солнечного диска обусловлен тем, что соответствующие ему волны проходят почти без рассеивания.
С запозданием на 2–3 суток земли достигает «солнечный ветер», представляющий собой продолжение солнечной короны и состоящий из ядер атомов лёгких элементов (водорода и гелия), а также электронов. Вполне естественно, что солнечная радиация оказывает сильнейшее влияние на организм человека.
Влияние солнечной радиации на организм человека
Электромагнитный спектр солнечной радиации состоит из инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой частей. Поскольку их кванты обладают различной энергией, то они оказывают разнообразное действие на человека.
Результатом воздействия инфракрасного излучения является тепловой эффект, который сопровождается расширением кровеносных сосудов, усилением кровотока и кожного дыхания. Происходит расслабление сосудов и мышц, обладающее болеутоляющим и противовоспалительным эффектом. Мягкое тепло стимулирует образование и усвоение биологически активных веществ.
Чрезвычайно велико и гигиеническое значение солнечной радиации. Поскольку видимый свет является решающим фактором в получении информации о внешнем мире, в помещении необходимо обеспечивать достаточный уровень освещённости. Его регламентирование производится согласно СНиП, которые для солнечной радиации составляются с учётом свето-климатических особенностей различных географических зон и учитываются при проектировании и строительстве различных объектов.
Даже поверхностный анализ электромагнитного спектра солнечного излучения доказывает, как велико влияние этого вида радиации на организм человека.
Распределение солнечного излучения по территории Земли
Далеко не всё излучение, идущее от Солнца, достигает поверхности земли. И причин для этого немало. Земля стойко отражает атаку тех лучей, которые губительны для её биосферы. Эту функцию выполняет озоновый щит нашей планеты, не пропуская наиболее агрессивную часть ультрафиолетового излучения. Атмосферный фильтр в виде водяного пара, углекислого газа, взвешенных в воздухе пылевых частиц — в значительной степени отражает, рассеивает и поглощает солнечное излучение.
Та его часть, которая преодолела все эти преграды, падает на поверхность земли под разными углами, зависящими от широты местности. Живительное солнечное тепло распределяется по территории нашей планеты неравномерно. По мере изменения высоты стояния солнца в течение года над горизонтом изменяется масса воздуха, через которую пролегает путь солнечных лучей. Все это оказывает влияние на распределение интенсивности солнечного излучения по территории планеты. Общая тенденция такова — этот параметр увеличивается от полюса к экватору, так как чем больше угол падения лучей, тем больше тепла попадает на единицу площади.
Карты солнечной радиации позволяют иметь картину распределения интенсивности солнечного излучения по территории Земли.
Влияние солнечной радиации на климат Земли
Решающее влияние на климат Земли оказывает инфракрасная составляющая солнечной радиации.
Понятно, что это происходит лишь в то время, когда Солнце находится над горизонтом. Это влияние зависит от удалённости нашей планеты от Солнца, которое изменяется в течение года. Орбита Земли представляет собой эллипс, внутри которого и находится Солнце. Совершая свой годичный путь вокруг Солнца, Земля то удаляется от своего светила, то приближается к нему.
Кроме изменения расстояния, количество поступающей на землю радиации, определяется наклоном земной оси к плоскости орбиты (66,5°) и вызываемой ею сменой времён года. Летом она больше, чем зимой. На экваторе этого фактора нет, но по мере роста широты места наблюдения, разрыв между летом и зимой становится значительным.
В процессах, происходящих на Солнце, имеют место всевозможные катаклизмы. Их воздействие отчасти нивелировано огромными расстояниями, защитными свойствами земной атмосферы и магнитным полем Земли.
Как защититься от солнечной радиации
Инфракрасная составляющая солнечного излучения — это вожделенное тепло, которого жители средних и северных широт с нетерпением ожидают все остальные сезоны года. Солнечной радиацией как оздоровительным фактором, пользуются как здоровые, так и больные.
Однако, нельзя забывать, что тепло так же, как и ультрафиолет, относится к очень сильным раздражителям. Злоупотребление их действием может привести к ожогу, общему перегреву организма, и даже к обострению хронических заболеваний. Принимая солнечные ванны, следует придерживаться проверенных жизнью правил. Особенно осторожно следует загорать в ясные солнечные дни. Грудным детям и пожилым людям, больным с хронической формой туберкулёза и проблемами с сердечно-сосудистой системой, следует довольствоваться рассеянным солнечным излучением в тени. Этого ультрафиолета, вполне достаточно для удовлетворения нужд организма.
Даже молодым людям, не имеющих особых проблем со здоровьем, следует предусмотреть защиту от солнечной радиации.
Сейчас появилось движение, активисты которого выступают против загара. И не напрасно. Загорелая кожа, несомненно, красива. Но меланин, вырабатываемый организмом (то что мы называем загаром) — это его защитная реакция на воздействие солнечного излучения. Пользы от загара нет! Есть даже сведения, что загар укорачивает жизнь, так как радиация имеет кумулятивное свойство — она накапливается в течении всей жизни.
Если дело обстоит так серьёзно, следует скрупулёзно соблюдать правила, предписывающие как защититься от солнечной радиации:
Во все ли времена года солнечная радиация опасна для человека? Количество поступающего на землю солнечного излучения связано со сменой времён года. На средних широтах летом оно на 25% больше чем зимой. На экваторе этой разницы нет, но по мере роста широты места наблюдения — это различие возрастает. Это происходит из-за того, что наша планета по отношению к солнцу наклонена под углом в 23,3 градуса. Зимой оно находится низко над горизонтом и освещает землю лишь скользящими лучами, которые меньше прогревают освещаемую поверхность. Такое положение лучей вызывает их распределение по большей поверхности, что снижает их интенсивность по сравнению с летним отвесным падением. Кроме того, наличие острого угла при прохождении лучей через атмосферу, «удлиняет» их путь, заставляя терять большее количество тепла. Это обстоятельство снижает воздействие солнечной радиации зимой.
Солнце — звезда, являющаяся для нашей планеты источником тепла и света. Она «управляет» климатом, сменой времён года и состоянием всей биосферы Земли. И только знание законов этого могучего воздействия, позволит использовать этот живительный дар на благо здоровья людей.
Что такое солнечная радиация? Виды излучения и его влияние на организм
Что такое Солнце? В масштабах видимой Вселенной это – всего лишь крошечная звезда на окраине галактики, которая носит название Млечный Путь. Но для планеты Земля Солнце – не просто раскаленный сгусток газа, а источник тепла и света, необходимый для существования всего живого.
С доисторических времен дневное светило было объектом поклонения, его движение по небесной тверди ассоциировалось с проявлением божественных сил. Исследования Солнца и его излучения начались еще до принятия гелиоцентрической модели Николая Коперника, над его загадками ломали головы величайшие умы древних цивилизаций.
Технический прогресс подарил человечеству возможность изучить не только процессы внутри и на поверхности Солнца, но и изменения земного климата под его воздействием. Статистические данные позволяют дать четкий ответ на вопрос, что такое солнечная радиация, в чем она измеряется и определить ее влияние на живые организмы, населяющие планету.
Что называют солнечной радиацией
Природа солнечного излучения оставалась неясной до тех пор, пока в начале ХХ века выдающийся астроном Артур Эддингтон не предположил, что источником колоссальной солнечной энергии являются реакции термоядерного синтеза, которые происходят в его недрах. Температура вблизи его ядра (около 15 млн градусов) является достаточной для того, чтобы протоны преодолевали силу взаимного отталкивания и в результате столкновения образовывали ядра Гелия.
Впоследствии ученые (в частности – Альберт Эйнштейн) обнаружили, что масса ядра Гелия несколько меньше суммарной массы четырех протонов, из которых оно образуется. Этот феномен получил название дефекта масс. Проследив взаимосвязь массы и энергии, ученые обнаружили, что этот излишек выделяется в виде гамма-квантов.
При прохождении пути от ядра к поверхности Солнца через слои составляющих его газов, гамма-кванты дробятся и превращаются в электромагнитные волны, среди которых находится и видимый человеческому глазу свет. Этот процесс занимает около 10 млн лет. А для достижения солнечного излучения земной поверхности требуется всего 8 минут.
Солнечная радиация включает в себя электромагнитные волны с широким диапазоном и солнечный ветер, который представляет собою поток лёгких частиц и электронов.
Какие существуют виды солнечного излучения и его характеристики
На границе атмосферы Земли интенсивность солнечного излучения – постоянная величина. Энергия Солнца дискретна и переносится порциями (квантами) энергии, но их корпускулярный вклад относительно мал, поэтому солнечные лучи рассматриваются как электромагнитные волны, которые распространяются равномерно и прямолинейно.
Основной волновой характеристикой является длина волны, с помощью которой выделяют виды излучения:
Солнечная радиация представлена инфракрасным (ИК), видимым (ВС) и ультрафиолетовым (УФ) излучением в соотношении 52%, 43% и 5% соответственно. Количественной мерой излучения Солнца считается энергетическая освещенность (плотность энергетического потока) – лучистая энергия, поступающая в единицу времени на единицу поверхности.
Распределение солнечной радиации по земной поверхности
Большая часть излучения поглощается атмосферой земли и нагревает ее до привычной для живых организмов температуры. Озоновый слой пропускает всего 1% ультрафиолетовых лучей и служит щитом от более агрессивного коротковолнового излучения.
Атмосфера поглощает около 20 % солнечных лучей, 30% рассеивает в разные стороны. Таким образом, на земную поверхность попадает только половина лучистой энергии, названная прямой солнечной радиацией.
На интенсивность прямого солнечного излучения влияет несколько факторов:
Рассеянное и прямое излучение составляют суммарную солнечную радиацию, интенсивность которой измеряется в калориях на единицу поверхности. Понятно, что солнечная радиация оказывает влияние только в дневное время суток и распределяется по земной поверхности неравномерно. Ее интенсивность увеличивает по мере приближения к полюсам, однако снега отражают большую долю лучистой энергии, в результате чего воздух не нагревается. Поэтому суммарный показатель уменьшается по мере отдаления от экватора.
Солнечная активность формирует климат Земли и воздействует на процессы жизнедеятельности организмов, которые ее населяют. На территории стран СНГ (в северном полушарии) в зимнее время года преобладает рассеянное излучение, в летнее – прямое.
Инфракрасное излучение и его роль в жизни человечества
Солнечная радиация представлена преимущественно инфракрасным излучением, невидимым человеческому глазу. Именно оно нагревает земную почву, которая впоследствии отдает тепло атмосфере. Таким образом, поддерживается оптимальная для жизни на Земле температура и привычные климатические условия.
Кроме Солнца источниками инфракрасного излучения являются все нагретые тела. По этому принципу работают все нагревательные приборы и устройства, которые позволяют разглядеть более или менее нагретые предметы в условиях плохой видимости.
То, что человек не в состоянии воспринимать инфракрасный свет, не уменьшает его влияния на организм. Этот вид излучения нашел применение в медицине благодаря таким свойствам:
Инфракрасные термографы позволяют вовремя выявить заболевания, не поддающиеся диагностике с помощью других методов (тромбы, раковые опухоли и т.д.). Инфракрасное излучение является своеобразным «противоядием» от негативного ультрафиолета, поэтому его целительные свойства применяются для восстановления здоровья людей, длительное время пребывавших в космическом пространстве.
Механизм воздействия инфракрасных лучей полностью не изучен и, как и любой вид радиации, при неграмотном использовании может нанести вред здоровью человека. Противопоказано лечение с помощью ИК-лучей при наличии гнойных воспалений, кровотечений, злокачественных опухолей, недостаточности мозгового кровообращения и сердечно-сосудистой системы.
Спектральный состав и свойства видимого света
Световые пучки распространяются прямолинейно и не накладываются друг на друга, что порождает справедливый вопрос, почему окружающий мир поражает многообразием различных оттенков. Секрет заключается в основных свойствах света: отражении, преломлении и поглощении.
Доподлинно известно, что предметы не испускают свет, он частично поглощается ими и отражается под разным углом в зависимости от частоты. Человеческое зрение эволюционировало веками, однако сетчатка глаза способна воспринимать только ограниченный диапазон отраженного света в узком промежутке между инфракрасным и ультрафиолетовым излучением.
Изучение свойств света породило не только отдельную отрасль физики, но и ряд ненаучных теорий и практик, основанных на влиянии цвета на психическое и физическое состояние индивидуума. Оперируя этими знаниями, человек оформляет окружающее пространство в наиболее приятном для глаз цвете, что делает быт максимально комфортным.
Ультрафиолетовое излучение и его влияние на организм человека
Ультрафиолетовый спектр солнечного света состоит из длинных, средних и коротких волн, которые отличаются физическими свойствами и характером воздействия на живые организмы. Ультрафиолетовые лучи, которые относятся к длинноволновому спектру, преимущественно рассеиваются в атмосфере и не достигают поверхности земли. Чем меньше длина волны, тем глубже проникает ультрафиолет в кожные покровы.
Ультрафиолетовое излучение необходимо для поддержания жизни на Земле. На организм человека УФ-лучи оказывают следующее влияние:
Несмотря на объемный перечень положительных качеств, солнечные ванны не всегда эффективны. Длительное пребывание на солнце в неблагоприятное время или в периоды аномально высокой солнечной активности сводит на нет полезные свойства УФ-лучей.
Ультрафиолетовое облучение в больших дозах имеет результат прямо противоположный ожидаемому:
Эти признаки являются симптомами солнечного удара, при котором ухудшение состояния человека может происходить незаметно. Порядок действий при солнечном ударе:
В тяжелых случаях при потере сознания необходимо вызвать бригаду скорой помощи и по возможности привести пострадавшего в чувство. Медицинская помощь больному заключается в экстренном введении глюкозы или аскорбиновой кислоты внутривенно.
Правила безопасного загара
УФ-лучи стимулируют синтез особого гормона меланина, с помощью которого кожа человека темнеет и принимает бронзовый оттенок. Споры о пользе и вреде загара ведутся не одно десятилетие.
Доказано, что загар – это защитная реакция организма на облучение ультрафиолетом, а чрезмерное увлечения солнечными ваннами увеличивает риск возникновения злокачественных образований.
Если желание отдать дань моде преобладает, необходимо понимать, что такое солнечная радиация, как от нее защититься и следовать простым рекомендациям:
Реакция организма на облучение ультрафиолетом индивидуальна, поэтому время для солнечных ванн и их длительность должны подбираться с учетом типа кожи и состояния здоровья человека.
Крайне противопоказан загар беременным, пожилым, людям с заболеваниями кожи, сердечной недостаточностью, психическими расстройствами и при наличии злокачественных образований.
