Конспект лекций по географии для студентов 1 курса экологического факультета Макарова М. Г., к г. н., доцент кафедры геоэкологии экологического факультета 1

Вид материала

Конспект

Содержание Лекция 2.Космические и планетарные факторы, влияющие на географическую оболочку. 2. Солнечная активность. Ядро Солнца Зона лучистой передачи энергии Солнечная атмосфера Хромосфера (сфера цвета) Солнечная корона Основные понятия Основные понятия Увеличение интенсивности рентгеновского излучения Ионизация земной атмосферы в высоких широтах Возмущения в магнитосфере Атмосферные приливы Основные понятия Основные понятия

Подобный материал:

• Учебное пособие а. Л. Корнеев корнеев Александр Леонидович кандидат юридических наук,, 2943.34kb.
• Конспект лекций по курсу "Информатика и использование компьютерных технологий в образовании", 1797.24kb.
• Геоэкология родниковых вод сергиево-посадского района московской области, 410.89kb.
• Составитель – доцент кафедры географии и геоэкологии БелГУ, к г. н. Шерстюков, 94.15kb.
• Рабочая учебная программа дисциплины «Согласовано» Декан юридического факультета, 549.82kb.
• Конспект лекций по курсу макроэкономика для студентов заочников факультета бухгалтерского, 2421.87kb.
• Щербицкий Евгений Павлович в 1965 г окончил кгпи. Доцент кафедры экономической географии., 1629.92kb.
• Макарова Т. И, 446.02kb.
• Календарно- тематический план лекций кафедры терапевтической стоматологии рниму им., 54.75kb.
• Бакалаврская программа № Кафедра региональной экономики и географии экономического, 143.68kb.

Лекция 2.Космические и планетарные факторы, влияющие на географическую оболочку.

Содержание лекции.

1.Строение Солнца и солнечное излучение

2. Солнечная активность.

3. Влияние солнечной активности на Землю

4. Электромагнитное излучение Солнца.

1. Строение Солнца и солнечное излучение

Излучение Солнца является источником энергии для всех процессов, протекающих в географической оболочке.

70% массы Солнца составляет водород. 29%– гелий, 1% приходится на другие элементы. Средняя плотность вещества Солнца составляет 1.41 г/см³, внутри же эта величина достигает 100 г/см³. (Для Земли эти величины составляют соответственно 5.52 г/см³ и 13 г/см³.) Диаметр Солнца составляет 1.39 млн. км (диаметр Земли— 12756 км).

В Солнце выделяют несколько областей, в пределах которых вещество отличается по своим свойствам и механизмам распространения энергии

Ядро Солнца является источником энергии. В нем при температурах, составляющих 15 млн. ⁰К, идет термоядерная реакция перехода водорода в гелий (4Н - Не).

Зона лучистой передачи энергии, в которой энергия от ядра распространяется путем поглощения и излучения веществом порций света - квантов.

Зона конвективного переноса энергии - конвективная зона. В этой зоне потоки горячего газа поднимаются к поверхности, а охлажденный солнечный газ опускается вниз. Скорость подъема горячих масс вверх и опускания холодных вниз составляет 1 2 км/сек.

Солнечная атмосфера состоит из трех последовательных слоев.

Фотосфера - самый нижний (толщиной 100 300 км) слой, он определяет видимый диск Солнца. Фотосфера состоит из светлых зернышек (гранул) и темных промежутков между ними. Размеры гранул невелики -1000-2000 км в поперечнике. Межгранульные пространства более узкие - 300-600 км. Картина грануляции непостоянная, каждая гранула живет не более 10 мин. Разность температур между ними в наружных слоях фотосферы сравнительно невелика 200-300⁰К, Грануляция создает общий фон, на котором наблюдаются более контрастные и крупные объекты - пятна и факелы. Пятна возникают в результате нарушения конвективных потоков на участках концентрации магнитного поля. Пятна могут быть окружены более яркими участками - факелами. Фотосфера состоит из сильно ионизированного газа с концентрацией частиц порядка 10¹⁶ 10¹⁷ в 1 см³, (плотность газов в фотосфере такая же, как у стратосферы Земли) и находящегося под давлением 100 мб.

Температура колеблется от 8000⁰К на глубине до 4000⁰К у поверхности. Температура же того среднего слоя, излучение которого мы воспринимаем составляет 6000⁰К. При таких условиях все молекулы газов распадаются на атомы, лишь в самых верхних частях фотосферы сохраняется относительно немного простейших молекул и радикалов типа Н₂, ОН, СН.

Хромосфера (сфера цвета) простирается до высот 10000 15000 км слой. Температура в хромосфере растет. Давление и плотность вещества в хромосфере продолжают падать. Плотность у верхней границы хромосферы составляет 10^-15 г/см³. В хромосфере наблюдаются сильные вспышки, которые являются источником интенсивного ультрафиолетового и рентгеновского излучения, радиоволн и корпускулярных потоков. В верхней части хромосферы образуются протуберанцы.

Солнечная корона - самая внешняя оболочка Солнца, простирается до высот, составляющих несколько радиусов Солнца. Общий вид солнечной короны меняется с 11 летним циклом солнечной активности. При этом изменяются яркость и форма короны. Вещество солнечной короны представляет собой почти полностью ионизированный газ — плазму, состоящую из положительно заряженных ионов и свободных электронов (в 1 см³ у основания короны заключено 3*10⁷ частиц). С высотой в короне продолжается рост температуры до тех пор, пока энергия теплового движения частиц не превысит потенциальную энергию, удерживающего их гравитационного поля Солнца, после чего начинается истечение солнечной плазмы в окружающее межзвездное пространство.

От Солнца в разные стороны двигаются непрерывно потоки заряженных частиц со сверхзвуковыми скоростями. По предложению эти потоки получили название солнечного ветра (теория Ю. Паркера). При спокойном ветре у орбиты Земли в 1 см³ имеется всего 1 2 частицы, перемещающиеся со скоростью 300 400 км/сек в направлении точно от Солнца. Порывы этого ветра, когда скорость возрастала до 800 км/сек, а концентрация— до 100 частиц на см³.

Состав солнечной плазмы - протоны составляют 91.3%, однократно ионизированные атомы гелия— 0.1%,  частицы (дважды ионизированные атомы гелия)— 8.6%, возможно тяжелые ионы (кислород в высоких стадиях ионизации). Плазма состоит как из положительно, так и отрицательно заряженных частиц è в целом она нейтральна. Поток энергии, который приносит солнечный ветер к Земле, составляет 0.64 эрг/сек*см³, а во время порывов— максимум 100 эрг/cм³*сек.

Солнечный ветер простирается до орбит Юпитера и Сатурна, образуя гелиосферу.

Основные понятия: ядро Солнца, зона лучистой передачи энергии, зона конвективного переноса энергии - конвективная зона, солнечная атмосфера, фотосфера, хромосфера (сфера цвета), солнечная корона, солнечный ветер, гелиосфера

2.Солнечная активность.

Солнечной активностью называется комплекс нестационарных явлений в солнечной атмосфере:

• солнечные пятна - относительно холодные образования в фотосфере неправильной тарелкообразной формы с очень сильными магнитными полями, напряженность которых может достигать нескольких тысяч эрстед.
  
• факелы и хромосферные вспышки сопровождают появление пятен. Плотность вещества в местах вспышки значительно превышает плотность в окружающих областях хромосферы. Во время вспышки возрастает также интенсивность рентгеновского и радиоволнового излучений, отдельных участков ультрафиолетового и видимого спектров
  
• пятна являются источниками корпускулярных потоков, более сильных, чем солнечный ветер
  

Полная энергия, выделяемая при сильной вспышке в виде различного рода излучений, составляет 10³¹ 10³² эрг.

Основным показателем солнечной активности является число пятен и их групп (число Вольфа), индекс, предложенный швейцарским астрономом Рудольфом Вольфом. W=k(f+10g),

где f -сумма общего количества пятен, g - число групп пятен, k - коэффициент пропорциональности.

Изменения количества солнечных пятен имеет 11 – летнюю ритмичность

Колебание с периодом в 11 лет свойственно другим проявлением солнечной активности (11  летний цикл солнечной активности).

Установлены 22 –летний (магнитного) и 80 90 летний циклы солнечной активности.

Основные понятия: солнечная активность, число Вольфа, 11 –летний, 22 –летний, 80 90- летний циклы солнечной активности.

3. Влияние солнечной активности на Землю

Солнечная активность вызывает целый ряд явлений и процессов как в абиотической, так и биотической составляющих биосферы Земли.

Увеличение интенсивности рентгеновского излучения в диапазоне 30-10х10^-3 мкм в 2 раза, в диапазоне 10-1х10^-3 мкм – в 3-5 раз, в диапазоне 1-0,2х10^-3 мкм более чем в 100 раз. Жесткое рентгеновское излучение с длиной волны меньше 0,2х10^-3 мкм появляется в спектре Солнца всего лишь на короткое время после вспышек.

Ионизация земной атмосферы в высоких широтах, колебания ее прозрачности в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах, изменения условий распространения коротких волн.

Из-за усиления солнечного ветра происходит сжатие магнитосферы Земли с солнечной стороны, усиление токов на ее внешней границе, частичное проникновению частиц солнечного ветра вглубь магнитосферы и пополнение частицами высоких энергий радиационных поясов Земли. Эти процессы сопровождаются

• колебаниями напряженности геомагнитного поля (магнитной бурей),
  
• полярными сияниями и другими геофизическими явлениями, отражающими общее возмущение магнитного поля Земли.
  

Возмущения в магнитосфере и верхней атмосфере Земли из-за вращения Солнца вокруг своей оси повторяются через 27 суток.

Во время максимумов солнечной активности нагревается и расширяется термосфера. На высоте нескольких сот километров плотность воздуха может увеличиваться в 50 раз.

Солнечная активность влияет и на количество ясных дней в году, на траектории тайфунов и ураганов.

Силы притяжения Солнца и Луны вызывают в атмосфере приливы. Атмосферные приливы вызывают изменения давления воздуха. Скорость приливных ветров составляет около 0,3 км/час. Приливные воздушные течения усиливаются с высотой, что вызывает в нижней части ионосферы перемещения ионизированного газа вертикально в магнитном поле Земли и приводит к возникновению электрических токов.

11-летний цикл солнечной активности прослеживается в явлениях органической природы. Это изменение скорости роста деревьев с периодом в 11 лет, установленный по чередованиям толщины годовых колец, изменения урожайности сельскохозяйственных культур, периодичность возникновения эпидемий.

Основные понятия: увеличение интенсивности рентгеновского излучения, ионизация земной атмосферы в высоких широтах, сжатие магнитосферы Земли, возмущения в магнитосфере, атмосферные приливы.

4.Электромагнитное излучение Солнца.

Спектр электромагнитного излучения Солнца (спектр Солнца) – это распределение лучистой энергии Солнца по длинам волн. Длины волн (измеряются в микрометрах (1 мкм = 10^-6 м).

Спектр Солнца включает электромагнитные колебания с длинами волн от гамма излучения до радиоволн. Но основная часть солнечного спектра лежит в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах. На верхней границе атмосферы на ультрафиолетовую радиацию приходится около 9% всей излучаемой энергии, на видимую - 47%, на инфракрасную – 44%.

Распределение энергии в спектре Солнца. Излучательная способность— энергетическая светимость (величина потока излучения, испускаемого единицей поверхности тела по всем направлениям) пропорциональна абсолютной температуре тела (закон Стефана Больцмана)

e=sТ⁴

где s— постоянная Стефана— Больцмана.

С увеличением температуры максимум излучательной способности данного тела смещается в более коротковолновую область спектра (закон Вина):



Распределение энергии в спектре Солнца напоминает распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела с температурой 6000°К

Электромагнитное излучение Солнца в геофизике называют солнечной радиацией, а величину потока солнечной радиации, падающего на перпендикулярную солнечным лучам площадку в 1 м², называют солнечной постоянной. Она выражается в Вт на м² и составляет (по измерениям с ракет за период 1976-1981 гг) 1367 Вт/м². Величина солнечной постоянной, вероятно, зависит от солнечной активности, но ее изменения не превосходят точности современных измерений (ошибка примерно 0,3%).

Видимое и ближнее ИК излучение, приходящее от фотосферы, характеризуется постоянством во времени и чрезвычайно большой интенсивностью.

Для процессов на Земле очень большое значение имеет тот факт, что большая часть наиболее интенсивного излучения Солнца приходится на область оптического окна. В этом интервале длин волн Солнце излучает свыше 95% всей энергии. Именно поэтому значительная часть солнечного излучения достигает поверхности Земли и обеспечивает энергией все процессы в географической оболочке.

Основные понятия: спектр электромагнитного излучения Солнца (спектр Солнца), энергетическая светимость, солнечная постоянная, диапазоны солнечной радиации: ультрафиолетовый, видимый, инфракрасный.