Radiazione solare - che cos'è? radiazione solare totale. i raggi del sole

RADIAZIONE SOLARE

L'accecante disco solare in ogni momento eccitava le menti delle persone, serviva da argomento fertile per leggende e miti. Sin dai tempi antichi, le persone hanno indovinato il suo impatto sulla Terra. Quanto erano vicini alla verità i nostri lontani antenati. È l'energia radiante del Sole che dobbiamo all'esistenza della vita sulla Terra.

Qual è la radiazione radioattiva del nostro luminare e in che modo influisce sui processi terrestri?

Cos'è la radiazione solare

La radiazione solare è una combinazione di materia solare ed energia che entra nella Terra. L'energia si propaga sotto forma di onde elettromagnetiche alla velocità di 300mila chilometri al secondo, attraversa l'atmosfera e raggiunge la Terra in 8 minuti. La gamma di onde che partecipano a questa "maratona" è molto ampia: dalle onde radio ai raggi X, compresa la parte visibile dello spettro. La superficie terrestre è sotto l'influenza sia diretta che diffusa dall'atmosfera terrestre, i raggi del sole. È la dispersione dei raggi blu-blu nell'atmosfera che spiega l'azzurro del cielo in una giornata limpida. Il colore giallo-arancio del disco solare è dovuto al fatto che le onde ad esso corrispondenti passano quasi senza disperdersi.

Con un ritardo di 2-3 giorni, il "vento solare" raggiunge la terra, che è una continuazione della corona solare ed è costituita dai nuclei di atomi di elementi leggeri (idrogeno ed elio), nonché da elettroni. È del tutto naturale che la radiazione solare abbia una forte influenza sul corpo umano.

L'effetto della radiazione solare sul corpo umano

Lo spettro elettromagnetico della radiazione solare è costituito da parti infrarosse, visibili e ultraviolette. Poiché i loro quanti hanno energie diverse, hanno una varietà di effetti su una persona.

illuminazione interna

Anche l'importanza igienica della radiazione solare è estremamente elevata. Poiché la luce visibile è un fattore decisivo per ottenere informazioni sul mondo esterno, è necessario fornire un livello sufficiente di illuminazione nella stanza. La sua regolazione è effettuata in conformità con SNiP, che per la radiazione solare sono compilate tenendo conto delle caratteristiche luminose e climatiche di varie zone geografiche e sono prese in considerazione nella progettazione e costruzione di varie strutture.

Anche un'analisi superficiale dello spettro elettromagnetico della radiazione solare dimostra quanto sia grande l'influenza di questo tipo di radiazione sul corpo umano.

Distribuzione della radiazione solare sul territorio della Terra

Non tutte le radiazioni provenienti dal Sole raggiungono la superficie terrestre. E ci sono molte ragioni per questo. La terra respinge fermamente l'attacco di quei raggi che sono dannosi per la sua biosfera. Questa funzione è svolta dallo scudo di ozono del nostro pianeta, non mancando la parte più aggressiva. radiazioni ultraviolette. Filtro atmosferico sotto forma di vapore acqueo, anidride carbonica, particelle di polvere sospese nell'aria - riflette, disperde e assorbe in gran parte la radiazione solare.

Quella parte che ha superato tutti questi ostacoli cade sulla superficie terrestre con diverse angolazioni, a seconda della latitudine dell'area. Il calore solare vitale è distribuito in modo non uniforme sul territorio del nostro pianeta. Man mano che l'altezza del sole cambia durante l'anno, cambia la massa d'aria sopra l'orizzonte, attraverso la quale giace il percorso dei raggi del sole. Tutto ciò influisce sulla distribuzione dell'intensità della radiazione solare sul pianeta. La tendenza generale cioè - questo parametro aumenta dal polo all'equatore, poiché maggiore è l'angolo di incidenza dei raggi, più calore entra per unità di superficie.

Le mappe della radiazione solare consentono di avere un quadro della distribuzione dell'intensità della radiazione solare sul territorio della Terra.

L'influenza della radiazione solare sul clima terrestre

La componente infrarossa della radiazione solare ha un'influenza decisiva sul clima terrestre.

È chiaro che ciò si verifica solo in un momento in cui il Sole è sopra l'orizzonte. Questa influenza dipende dalla distanza del nostro pianeta dal Sole, che cambia durante l'anno. L'orbita terrestre è un'ellisse, all'interno della quale si trova il Sole. Compiendo il suo viaggio annuale intorno al Sole, la Terra si allontana dal suo luminare, quindi si avvicina ad esso.

Oltre a variare la distanza, la quantità di radiazione che raggiunge la terra è determinata dalla pendenza asse terrestre al piano dell'orbita (66,5 °) e al cambio delle stagioni da esso causato. È più d'estate che d'inverno. All'equatore questo fattore è assente, ma con l'aumentare della latitudine del sito di osservazione, il divario tra estate e inverno diventa significativo.

Tutti i tipi di cataclismi avvengono nei processi che si svolgono sul Sole. Il loro impatto è in parte compensato da grandi distanze, proprietà protettive dell'atmosfera terrestre e campo magnetico Terra.

Come proteggersi dalle radiazioni solari

La componente infrarossa della radiazione solare è l'ambito calore che gli abitanti delle latitudini medie e settentrionali aspettano con impazienza in tutte le altre stagioni dell'anno. La radiazione solare come fattore curativo viene utilizzata sia da persone sane che malate.

Tuttavia, non dobbiamo dimenticare che il calore, come l'ultravioletto, è un fortissimo irritante. L'abuso della loro azione può portare a ustioni, surriscaldamento generale del corpo e persino esacerbazione malattie croniche. Quando prendi il sole, dovresti seguire le regole testate dalla vita. Dovresti prestare particolare attenzione quando prendi il sole nelle limpide giornate di sole. Neonati e anziani, pazienti con forma cronica tubercolosi e problemi con sistema cardiovascolare, dovresti accontentarti della radiazione solare diffusa all'ombra. Questo ultravioletto è abbastanza per soddisfare i bisogni del corpo.

Anche i giovani che non hanno particolari problemi di salute dovrebbero essere protetti dalle radiazioni solari.

Ora c'è un movimento i cui attivisti si oppongono all'abbronzatura. E non invano. Pelle abbronzataè indubbiamente bello. Ma la melanina prodotta dal corpo (ciò che noi chiamiamo scottature solari) è la sua reazione protettiva agli effetti della radiazione solare. Nessun vantaggio per le scottature! Ci sono persino prove che le scottature solari accorciano la vita, poiché le radiazioni hanno una proprietà cumulativa: si accumulano per tutta la vita.

Se la situazione è così grave, è necessario seguire scrupolosamente le regole che prescrivono come proteggersi dalle radiazioni solari:

• limitare rigorosamente il tempo per prendere il sole e farlo solo durante le ore sicure;
• essendo sotto il sole attivo, dovresti indossare un cappello a tesa larga, vestiti chiusi, Occhiali da sole e ombrello;
• Usa solo creme solari di alta qualità.

La radiazione solare è pericolosa per l'uomo in ogni momento dell'anno? La quantità di radiazione solare che raggiunge la terra è associata al cambio delle stagioni. Alle medie latitudini in estate è il 25% in più che in inverno. All'equatore questa differenza non esiste, ma all'aumentare della latitudine del luogo di osservazione, questa differenza aumenta. Ciò è dovuto al fatto che il nostro pianeta è inclinato di un angolo di 23,3 gradi rispetto al sole. In inverno è basso sopra l'orizzonte e illumina la terra solo con raggi plananti, che riscaldano meno la superficie illuminata. Questa posizione dei raggi provoca la loro distribuzione su una superficie più ampia, che ne riduce l'intensità rispetto alla caduta a picco estiva. Inoltre la presenza di un angolo acuto durante il passaggio dei raggi nell'atmosfera ne "allunga" il percorso, facendoli perdere grande quantità Calore. Questa circostanza riduce l'impatto della radiazione solare in inverno.

Il sole è una stella che è una fonte di calore e luce per il nostro pianeta. Essa "governa" il clima, il cambio delle stagioni e lo stato dell'intera biosfera terrestre. E solo la conoscenza delle leggi di questa potente influenza consentirà di utilizzare questo dono vivificante a beneficio della salute delle persone.

Il sole è una fonte di luce e calore, di cui ha bisogno tutta la vita sulla Terra. Ma oltre ai fotoni di luce, emette radiazioni ionizzanti dure, costituite da nuclei e protoni di elio. Perché sta succedendo?

Cause della radiazione solare

La radiazione solare viene generata durante il giorno durante i brillamenti cromosferici - gigantesche esplosioni che si verificano nell'atmosfera del Sole. Parte della materia solare viene espulsa nello spazio, formando raggi cosmici, costituiti principalmente da protoni e una piccola quantità di nuclei di elio. Queste particelle cariche raggiungono la superficie terrestre 15-20 minuti dopo che il brillamento solare diventa visibile.

L'aria interrompe la radiazione cosmica primaria, dando origine a uno sciame nucleare a cascata, che svanisce con il diminuire della quota. In questo caso nascono nuove particelle: i pioni, che decadono e si trasformano in muoni. Penetrano negli strati inferiori dell'atmosfera e cadono a terra, scavando fino a 1500 metri di profondità. Sono i muoni che sono responsabili della formazione della radiazione cosmica secondaria e della radiazione naturale che colpisce una persona.

Spettro della radiazione solare

Lo spettro della radiazione solare comprende sia le regioni a onde corte che quelle a onde lunghe:

• raggi gamma;
• radiazioni a raggi X;
• radiazione UV;
• luce visibile;
• radiazione infrarossa.

Oltre il 95% della radiazione solare cade sulla regione della "finestra ottica" - la parte visibile dello spettro con regioni adiacenti di onde ultraviolette e infrarosse. Mentre attraversa gli strati dell'atmosfera, l'azione dei raggi del sole si indebolisce: tutte le radiazioni ionizzanti, i raggi X e quasi il 98% dell'ultravioletto vengono trattenuti dall'atmosfera terrestre. La luce visibile raggiunge il suolo quasi senza perdite. radiazione infrarossa, sebbene siano anche parzialmente assorbiti dalle molecole di gas e dalle particelle di polvere nell'aria.

A questo proposito, la radiazione solare non porta ad un notevole aumento della radiazione radioattiva sulla superficie terrestre. Il contributo del Sole, insieme ai raggi cosmici, alla formazione della dose totale annuale di radiazione è di soli 0,3 mSv/anno. Ma questo è un valore medio, infatti il ​​livello di radiazione incidente al suolo è diverso e da esso dipende posizione geografica terreno.

Dove è più forte la radiazione ionizzante solare?

Il più grande potere dei raggi cosmici è fissato ai poli e il minimo - all'equatore. Ciò è dovuto al fatto che il campo magnetico terrestre devia le particelle cariche che cadono dallo spazio verso i poli. Inoltre, la radiazione aumenta con l'altezza: a un'altitudine di 10 chilometri sul livello del mare, la sua cifra aumenta di 20-25 volte. Influenza attiva su alte dosi Gli abitanti delle alte montagne sono esposti alla radiazione solare, poiché l'atmosfera in montagna è più sottile e più facile da attraversare dal sole dai flussi di gamma quanti e particelle elementari.

Importante. Un livello di radiazione fino a 0,3 mSv/h non ha un impatto grave, ma a una dose di 1,2 µSv/h si consiglia di abbandonare l'area e, in caso di emergenza, di rimanere sul suo territorio per non più di sei mesi . Se le letture sono raddoppiate, dovresti limitare la tua permanenza in quest'area a tre mesi.

Se al di sopra del livello del mare la dose annuale di radiazione cosmica è di 0,3 mSv / anno, quindi con un aumento di altezza ogni cento metri questa cifra aumenta di 0,03 mSv / anno. Dopo aver effettuato piccoli calcoli, possiamo concludere che una vacanza settimanale in montagna a 2000 metri di altitudine darà un'esposizione di 1 mSv / anno e fornirà quasi la metà della norma annuale totale (2,4 mSv / anno).

Si scopre che gli abitanti delle montagne ricevono una dose annuale di radiazioni molte volte superiore alla norma e dovrebbero soffrire di leucemia e cancro più spesso delle persone che vivono in pianura. In realtà non lo è. Al contrario, nelle regioni montuose si registra una minore mortalità per queste malattie e parte della popolazione è longeva. Ciò conferma il fatto che una lunga permanenza in luoghi ad alta attività di radiazione non lo fa impatto negativo sul corpo umano.

Brillamenti solari - alto rischio di radiazioni

I brillamenti sul Sole sono un grande pericolo per l'uomo e per tutta la vita sulla Terra, poiché la densità del flusso di radiazione solare può superare di mille volte il livello normale di radiazione cosmica. Pertanto, l'eccezionale scienziato sovietico A. L. Chizhevsky collegò i periodi di formazione delle macchie solari con le epidemie di tifo (1883-1917) e colera (1823-1923) in Russia. Sulla base dei grafici da lui realizzati, nel lontano 1930, predisse l'emergere di una vasta pandemia di colera nel 1960-1962, iniziata in Indonesia nel 1961, per poi diffondersi rapidamente in altri paesi dell'Asia, dell'Africa e dell'Europa.

Oggi sono stati ricevuti molti dati che testimoniano la connessione di cicli di undici anni di attività solare con focolai di malattie, nonché con migrazioni di massa e stagioni di rapida riproduzione di insetti, mammiferi e virus. Gli ematologi hanno riscontrato un aumento del numero di infarti e ictus durante i periodi di massima attività solare. Tali statistiche sono dovute al fatto che in questo momento le persone hanno una maggiore coagulazione del sangue e poiché nei pazienti con malattie cardiache l'attività compensatoria è depressa, ci sono malfunzionamenti nel suo lavoro, fino alla necrosi del tessuto cardiaco e alle emorragie nel cervello.

Grande brillamenti solari Non accadono molto spesso, una volta ogni 4 anni. In questo momento, il numero e la dimensione dei punti aumenta, nella corona solare si formano potenti raggi coronali, costituiti da protoni e una piccola quantità di particelle alfa. Gli astrologi registrarono il loro flusso più potente nel 1956, quando la densità della radiazione cosmica sulla superficie terrestre aumentò di 4 volte. Un'altra conseguenza di tale attività solare è stata l'aurora boreale, registrata a Mosca e nella regione di Mosca nel 2000.

Come proteggersi?

Naturalmente, l'aumento della radiazione di fondo in montagna non è un motivo per rifiutare i viaggi in montagna. È vero, vale la pena pensare alle misure di sicurezza e fare un viaggio con un radiometro portatile, che aiuterà a controllare il livello di radiazione e, se necessario, a limitare il tempo trascorso in aree pericolose. In un'area in cui la lettura del contatore mostra un valore di radiazione ionizzante di 7 μSv / h, non dovresti rimanere per più di un mese.

Fonti di calore. L'energia termica gioca un ruolo decisivo nella vita dell'atmosfera. La principale fonte di questa energia è il sole. Quanto alla radiazione termica della Luna, dei pianeti e delle stelle, per la Terra è talmente trascurabile che in pratica non se ne può tener conto. Molta più energia termica è fornita dal calore interno della Terra. Secondo i calcoli dei geofisici, un costante afflusso di calore dalle viscere della Terra aumenta la temperatura della superficie terrestre di 0,1. Ma un tale afflusso di calore è ancora così piccolo che non è nemmeno necessario tenerne conto. Pertanto, solo il Sole può essere considerato l'unica fonte di energia termica sulla superficie terrestre.

Radiazione solare. Il sole, che ha una temperatura della fotosfera (superficie radiante) di circa 6000°, irradia energia nello spazio in tutte le direzioni. Parte di questa energia sotto forma di un enorme raggio di raggi solari paralleli colpisce la Terra. Viene chiamata l'energia solare che raggiunge la superficie terrestre sotto forma di raggi diretti del sole irraggiamento solare diretto. Ma non tutta la radiazione solare diretta sulla Terra raggiunge la superficie terrestre, poiché i raggi del sole, passando attraverso un potente strato dell'atmosfera, ne vengono parzialmente assorbiti, parzialmente dispersi da molecole e particelle d'aria sospese, parte di essa viene riflessa da nuvole. Si chiama la parte di energia solare che viene dissipata nell'atmosfera radiazione diffusa. La radiazione solare diffusa si propaga nell'atmosfera e raggiunge la superficie terrestre. Percepiamo questo tipo di radiazione come luce diurna uniforme quando il Sole è completamente coperto dalle nuvole o è appena scomparso sotto l'orizzonte.

La radiazione solare diretta e diffusa, raggiungendo la superficie terrestre, non viene assorbita completamente da essa. Parte della radiazione solare viene riflessa dalla superficie terrestre nell'atmosfera ed è lì sotto forma di un flusso di raggi, il cosiddetto radiazione solare riflessa.

La composizione della radiazione solare è molto complessa, che è associata a molto alta temperatura superficie radiante del sole. Convenzionalmente, secondo la lunghezza d'onda, lo spettro della radiazione solare è diviso in tre parti: ultravioletto (η<0,4<μ видимую глазом (η da 0.4μ a 0.76μ) e infrarosso (η >0.76μ). Oltre alla temperatura della fotosfera solare, la composizione della radiazione solare in prossimità della superficie terrestre è influenzata anche dall'assorbimento e dalla dispersione di parte dei raggi solari mentre attraversano l'involucro aereo della Terra. A questo proposito, la composizione della radiazione solare al limite superiore dell'atmosfera e vicino alla superficie terrestre sarà diversa. Sulla base di calcoli e osservazioni teorici, è stato stabilito che al confine dell'atmosfera, la radiazione ultravioletta rappresenta il 5%, i raggi visibili - il 52% e gli infrarossi - il 43%. Sulla superficie terrestre (a un'altezza del Sole di 40 °), i raggi ultravioletti costituiscono solo l'1%, il visibile - il 40% e l'infrarosso - il 59%.

Intensità della radiazione solare. Sotto l'intensità della radiazione solare diretta capire la quantità di calore in calorie ricevute in 1 minuto. dall'energia radiante del Sole dalla superficie in 1 cm 2, posto perpendicolarmente al sole.

Per misurare l'intensità della radiazione solare diretta vengono utilizzati strumenti speciali: attinometri e pireliometri; la quantità di radiazione diffusa è determinata da un piranometro. La registrazione automatica della durata dell'azione della radiazione solare viene effettuata da actinografi ed eliografi. L'intensità spettrale della radiazione solare è determinata da uno spettrobolografo.

Al limite dell'atmosfera, dove sono esclusi gli effetti di assorbimento e diffusione dell'involucro d'aria terrestre, l'intensità della radiazione solare diretta è di circa 2 feci per 1 cm2 superfici in 1 min. Questo valore è chiamato costante solare. L'intensità della radiazione solare in 2 feci per 1 cm2 in 1 min. fornisce una quantità di calore così grande durante l'anno che basterebbe a sciogliere uno strato di ghiaccio 35 M spesso, se un tale strato copriva l'intera superficie terrestre.

Numerose misurazioni dell'intensità della radiazione solare danno motivo di credere che la quantità di energia solare che arriva al limite superiore dell'atmosfera terrestre subisca fluttuazioni di diversi punti percentuali. Le oscillazioni sono periodiche e non periodiche, apparentemente associate ai processi che si verificano sul Sole stesso.

Inoltre, durante l'anno si verificano alcuni cambiamenti nell'intensità della radiazione solare dovuti al fatto che la Terra nella sua rotazione annuale non si muove in un cerchio, ma in un'ellisse, in uno dei cui fuochi si trova il Sole. A questo proposito, la distanza dalla Terra al Sole cambia e, di conseguenza, c'è una fluttuazione dell'intensità della radiazione solare. L'intensità maggiore si osserva intorno al 3 gennaio, quando la Terra è più vicina al Sole, e la minore intorno al 5 luglio, quando la Terra è alla sua massima distanza dal Sole.

Per questo motivo la fluttuazione dell'intensità della radiazione solare è molto piccola e può essere solo di interesse teorico. (La quantità di energia alla massima distanza è correlata alla quantità di energia alla minima distanza, come 100:107, cioè la differenza è completamente trascurabile.)

Condizioni per l'irradiazione della superficie del globo. Già la sola forma sferica della Terra porta al fatto che l'energia radiante del Sole è distribuita in modo molto irregolare sulla superficie terrestre. Quindi, nei giorni degli equinozi di primavera e autunno (21 marzo e 23 settembre), solo all'equatore a mezzogiorno, l'angolo di incidenza dei raggi sarà di 90 ° (Fig. 30), e man mano che si avvicina ai poli, diminuirà da 90 a 0°. Così,

se all'equatore la quantità di radiazione ricevuta è presa come 1, allora al 60° parallelo sarà espressa come 0,5, e al polo sarà uguale a 0.

Il globo, inoltre, ha un movimento giornaliero ed annuale, e l'asse terrestre è inclinato rispetto al piano dell'orbita di 66°.5. A causa di questa inclinazione, tra il piano dell'equatore e il piano dell'orbita si forma un angolo di 23 ° 30 g, circostanza che porta al fatto che gli angoli di incidenza dei raggi solari per le stesse latitudini varieranno entro 47 ° (23,5 + 23,5) .

A seconda del periodo dell'anno, cambia non solo l'angolo di incidenza dei raggi, ma anche la durata dell'illuminazione. Se nei paesi tropicali in ogni momento dell'anno la durata del giorno e della notte è approssimativamente la stessa, allora nei paesi polari, al contrario, è molto diversa. Ad esempio, a 70° N. sh. in estate il Sole non tramonta per 65 giorni, a 80°N. sh.- 134, e al polo -186. Per questo motivo, al Polo Nord, la radiazione nel giorno del solstizio d'estate (22 giugno) è del 36% in più rispetto all'equatore. Per quanto riguarda l'intero semestre estivo, la quantità totale di calore e luce ricevuta dal polo è inferiore solo del 17% rispetto all'equatore. Pertanto, durante l'estate nei paesi polari, la durata dell'illuminazione compensa ampiamente la mancanza di radiazione, che è una conseguenza del piccolo angolo di incidenza dei raggi. Nella metà invernale dell'anno, il quadro è completamente diverso: la quantità di radiazione allo stesso Polo Nord sarà 0. Di conseguenza, la quantità media di radiazione al polo è 2,4 volte inferiore rispetto all'equatore. Da quanto detto ne consegue che la quantità di energia solare che la Terra riceve per irraggiamento è determinata dall'angolo di incidenza dei raggi e dalla durata dell'esposizione.

In assenza di un'atmosfera alle diverse latitudini, la superficie terrestre riceverebbe la seguente quantità di calore al giorno, espressa in calorie per 1 cm2(vedi tabella a pagina 92).

Viene comunemente chiamata la distribuzione della radiazione sulla superficie terrestre riportata nella tabella clima solare. Ripetiamo che abbiamo una tale distribuzione di radiazioni solo al limite superiore dell'atmosfera.

Attenuazione della radiazione solare nell'atmosfera. Finora abbiamo parlato delle condizioni per la distribuzione del calore solare sulla superficie terrestre, senza tener conto dell'atmosfera. Nel frattempo, l'atmosfera in questo caso è di grande importanza. La radiazione solare, attraversando l'atmosfera, subisce dispersione e, inoltre, assorbimento. Entrambi questi processi insieme attenuano in larga misura la radiazione solare.

I raggi del sole, attraversando l'atmosfera, sperimentano prima di tutto la dispersione (diffusione). La dispersione è creata dal fatto che i raggi di luce, rifrangenti e riflessi dalle molecole d'aria e dalle particelle di corpi solidi e liquidi nell'aria, deviano dal percorso diretto A davvero "diffuso".

La dispersione attenua notevolmente la radiazione solare. Con un aumento della quantità di vapore acqueo e soprattutto di particelle di polvere, la dispersione aumenta e la radiazione si indebolisce. Nelle grandi città e nelle aree desertiche, dove il contenuto di polvere nell'aria è maggiore, la dispersione indebolisce la forza della radiazione del 30-45%. Grazie alla diffusione si ottiene la luce diurna che illumina gli oggetti, anche se i raggi del sole non cadono direttamente su di essi. La dispersione determina il colore stesso del cielo.

Soffermiamoci ora sulla capacità dell'atmosfera di assorbire l'energia radiante del Sole. I principali gas che compongono l'atmosfera assorbono relativamente poco l'energia radiante. Le impurità (vapore acqueo, ozono, anidride carbonica e polveri), al contrario, si distinguono per un'elevata capacità di assorbimento.

Nella troposfera, la miscela più significativa è il vapore acqueo. Assorbono raggi infrarossi particolarmente forti (onde lunghe), cioè prevalentemente raggi termici. E più vapore acqueo nell'atmosfera, naturalmente più e. assorbimento. La quantità di vapore acqueo nell'atmosfera è soggetta a grandi cambiamenti. In condizioni naturali varia dallo 0,01 al 4% (in volume).

L'ozono è molto assorbente. Una significativa mescolanza di ozono, come già accennato, si trova negli strati inferiori della stratosfera (sopra la tropopausa). L'ozono assorbe quasi completamente i raggi ultravioletti (onde corte).

L'anidride carbonica è anche molto assorbente. Assorbe principalmente onde lunghe, cioè prevalentemente raggi termici.

Anche la polvere nell'aria assorbe parte della radiazione solare. Riscaldandosi sotto l'azione della luce solare, può aumentare notevolmente la temperatura dell'aria.

Della quantità totale di energia solare che arriva sulla Terra, l'atmosfera assorbe solo il 15% circa.

L'attenuazione della radiazione solare per diffusione e assorbimento da parte dell'atmosfera è molto diversa per le diverse latitudini della Terra. Questa differenza dipende principalmente dall'angolo di incidenza dei raggi. Nella posizione zenitale del Sole, i raggi, cadendo verticalmente, attraversano l'atmosfera nel modo più breve. Al diminuire dell'angolo di incidenza, il percorso dei raggi si allunga e l'attenuazione della radiazione solare diventa più significativa. Quest'ultimo si vede chiaramente dal disegno (Fig. 31) e dalla tavola allegata (nella tavola, il percorso del raggio solare nella posizione zenitale del Sole è preso come unità).

A seconda dell'angolo di incidenza dei raggi, non cambia solo il numero di raggi, ma anche la loro qualità. Durante il periodo in cui il Sole è allo zenit (in alto), i raggi ultravioletti rappresentano il 4%,

visibile - 44% e infrarossi - 52%. Nella posizione del Sole, non ci sono raggi ultravioletti all'orizzonte, visibile 28% e infrarosso 72%.

La complessità dell'influenza dell'atmosfera sulla radiazione solare è aggravata dal fatto che la sua capacità di trasmissione varia notevolmente a seconda del periodo dell'anno e delle condizioni meteorologiche. Quindi, se il cielo rimanesse sempre senza nuvole, allora il corso annuale dell'afflusso di radiazione solare a diverse latitudini potrebbe essere espresso graficamente come segue (Fig. 32). Dal disegno si vede chiaramente che con un cielo senza nuvole a Mosca in La radiazione solare di maggio, giugno e luglio produrrebbe più che all'equatore. Allo stesso modo, nella seconda metà di maggio, a giugno e nella prima metà di luglio, si genererebbe più calore al Polo Nord che all'equatore ea Mosca. Ripetiamo che questo sarebbe il caso con un cielo senza nuvole. Ma in realtà, questo non funziona, perché la copertura nuvolosa indebolisce notevolmente la radiazione solare. Facciamo un esempio mostrato nel grafico (Fig. 33). Il grafico mostra quanta radiazione solare non raggiunge la superficie terrestre: una parte significativa di essa viene trattenuta dall'atmosfera e dalle nuvole.

Va detto però che il calore assorbito dalle nubi va in parte a riscaldare l'atmosfera, e in parte raggiunge indirettamente la superficie terrestre.

L'andamento giornaliero e annuale dell'intensità di solradiazione notturna. L'intensità della radiazione solare diretta vicino alla superficie terrestre dipende dall'altezza del Sole sull'orizzonte e dallo stato dell'atmosfera (dalla sua polverosità). Se. la trasparenza dell'atmosfera durante il giorno era costante, quindi la massima intensità della radiazione solare sarebbe stata osservata a mezzogiorno e la minima all'alba e al tramonto. In questo caso il grafico dell'andamento dell'intensità giornaliera della radiazione solare sarebbe simmetrico rispetto alla mezza giornata.

Il contenuto di polvere, vapore acqueo e altre impurità nell'atmosfera è in continua evoluzione. A questo proposito, viene violata la trasparenza dei cambi d'aria e la simmetria del grafico dell'andamento dell'intensità della radiazione solare. Spesso, soprattutto in estate, a mezzogiorno, quando la superficie terrestre si riscalda intensamente, si verificano potenti correnti d'aria ascendenti e aumenta la quantità di vapore acqueo e polvere nell'atmosfera. Ciò porta a una significativa diminuzione della radiazione solare a mezzogiorno; la massima intensità di radiazione in questo caso si osserva nelle ore premeridiane o pomeridiane. L'andamento annuale dell'intensità della radiazione solare è anche associato alle variazioni dell'altezza del Sole sull'orizzonte durante l'anno e allo stato di trasparenza dell'atmosfera nelle diverse stagioni. Nei paesi dell'emisfero settentrionale, la massima altezza del Sole sopra l'orizzonte si verifica nel mese di giugno. Ma allo stesso tempo si osserva anche la massima polverosità dell'atmosfera. Pertanto, l'intensità massima di solito non si verifica in piena estate, ma nei mesi primaverili, quando il Sole sorge piuttosto alto * sopra l'orizzonte e l'atmosfera dopo l'inverno rimane relativamente pulita. Per illustrare l'andamento annuale dell'intensità della radiazione solare nell'emisfero settentrionale, presentiamo i dati sui valori medi mensili del mezzogiorno dell'intensità della radiazione a Pavlovsk.

La quantità di calore dalla radiazione solare. La superficie della Terra durante il giorno riceve continuamente calore dalla radiazione solare diretta e diffusa o solo dalla radiazione diffusa (con tempo nuvoloso). Il valore giornaliero del calore è determinato sulla base di osservazioni attinometriche: tenendo conto della quantità di radiazione diretta e diffusa che è entrata nella superficie terrestre. Dopo aver determinato la quantità di calore per ogni giorno, viene calcolata anche la quantità di calore ricevuta dalla superficie terrestre per mese o per anno.

La quantità giornaliera di calore ricevuta dalla superficie terrestre dall'irraggiamento solare dipende dall'intensità dell'irraggiamento e dalla durata della sua azione durante il giorno. A questo proposito, l'afflusso minimo di calore si verifica in inverno e il massimo in estate. Nella distribuzione geografica della radiazione totale sul globo, si osserva il suo aumento con una diminuzione della latitudine dell'area. Questa posizione è confermata dalla tabella seguente.

Il ruolo della radiazione diretta e diffusa nella quantità annuale di calore ricevuta dalla superficie terrestre a diverse latitudini del globo non è lo stesso. Alle alte latitudini, la radiazione diffusa predomina nella somma di calore annuale. Al diminuire della latitudine, il valore predominante passa alla radiazione solare diretta. Quindi, ad esempio, nella baia di Tikhaya, la radiazione solare diffusa fornisce il 70% della quantità annuale di calore e la radiazione diretta solo il 30%. A Tashkent, invece, la radiazione solare diretta dà il 70%, quella diffusa solo il 30%.

Riflettività della Terra. Albedo. Come già accennato, la superficie terrestre assorbe solo una parte dell'energia solare che le arriva sotto forma di radiazione diretta e diffusa. L'altra parte si riflette nell'atmosfera. Il rapporto tra la quantità di radiazione solare riflessa da una data superficie e la quantità di flusso di energia radiante incidente su tale superficie è chiamato albedo. L'albedo è espresso in percentuale e caratterizza la riflettività di una data area della superficie.

L'albedo dipende dalla natura della superficie (proprietà del suolo, presenza di neve, vegetazione, acqua, ecc.) e dall'angolo di incidenza dei raggi solari sulla superficie terrestre. Quindi, ad esempio, se i raggi cadono sulla superficie terrestre con un angolo di 45 °, allora:

Dagli esempi precedenti, si può vedere che la riflettività di vari oggetti non è la stessa. È più vicino alla neve e meno vicino all'acqua. Tuttavia, gli esempi che abbiamo preso si riferiscono solo a quei casi in cui l'altezza del Sole sull'orizzonte è di 45°. Quando questo angolo diminuisce, la riflettività aumenta. Quindi, ad esempio, ad un'altezza del Sole a 90 °, l'acqua riflette solo il 2%, a 50 ° - 4%, a 20 ° -12%, a 5 ° - 35-70% (a seconda dello stato del superficie dell'acqua).

In media, con un cielo senza nuvole, la superficie del globo riflette l'8% della radiazione solare. Inoltre, il 9% riflette l'atmosfera. Pertanto, il globo nel suo insieme, con un cielo senza nuvole, riflette il 17% dell'energia radiante del Sole che cade su di esso. Se il cielo è coperto di nuvole, il 78% della radiazione viene riflesso da esse. Se prendiamo le condizioni naturali, basate sul rapporto tra un cielo senza nuvole e un cielo coperto di nuvole, che si osserva nella realtà, la riflettività della Terra nel suo insieme è del 43%.

Radiazione terrestre e atmosferica. La terra, ricevendo energia solare, si riscalda e diventa essa stessa una fonte di radiazione termica nello spazio del mondo. Tuttavia, i raggi emessi dalla superficie terrestre differiscono nettamente dai raggi del sole. La terra emette solo raggi infrarossi (termici) invisibili a onde lunghe (λ 8-14 μ). Viene chiamata l'energia emessa dalla superficie terrestre radiazione terrestre. Si verifica la radiazione terrestre e. giorno e notte. L'intensità della radiazione è tanto maggiore quanto maggiore è la temperatura del corpo radiante. La radiazione terrestre è determinata nelle stesse unità della radiazione solare, cioè in calorie da 1 cm2 superfici in 1 min. Le osservazioni hanno dimostrato che l'entità della radiazione terrestre è piccola. Solitamente raggiunge i 15-18 centesimi di caloria. Ma, agendo continuamente, può dare un notevole effetto termico.

La radiazione terrestre più forte si ottiene con un cielo senza nuvole e una buona trasparenza dell'atmosfera. La nuvolosità (soprattutto le nuvole basse) riduce significativamente la radiazione terrestre e spesso la porta a zero. Qui possiamo dire che l'atmosfera, insieme alle nuvole, è una buona "coperta" che protegge la Terra dall'eccessivo raffreddamento. Parti dell'atmosfera, come aree della superficie terrestre, irradiano energia in base alla loro temperatura. Questa energia è chiamata radiazione atmosferica. L'intensità della radiazione atmosferica dipende dalla temperatura della parte radiante dell'atmosfera, nonché dalla quantità di vapore acqueo e anidride carbonica contenuta nell'aria. La radiazione atmosferica appartiene al gruppo delle radiazioni a onde lunghe. Si diffonde nell'atmosfera in tutte le direzioni; una parte raggiunge la superficie terrestre e ne viene assorbita, l'altra parte va nello spazio interplanetario.

DI entrate e spese di energia solare sulla Terra. La superficie terrestre da un lato riceve l'energia solare sotto forma di radiazione diretta e diffusa e dall'altro perde parte di questa energia sotto forma di radiazione terrestre. Come risultato dell'arrivo e del consumo di "energia solare", si ottiene un risultato. In alcuni casi, questo risultato può essere positivo, in altri negativo. Facciamo esempi di entrambi.

8 gennaio. La giornata è senza nuvole. Per 1 cm2 la superficie terrestre riceveva al giorno 20 feci irraggiamento solare diretto e 12 feci radiazione diffusa; in totale ne ha ricevuti 32 cal. Nello stesso tempo, a causa delle radiazioni 1 cm? superficie terrestre persa 202 cal. Di conseguenza, nel linguaggio della contabilità, c'è una perdita di 170 feci(saldo negativo).

6 luglio Il cielo è quasi senza nuvole. 630 ricevuti dalla radiazione solare diretta cal, da radiazioni diffuse 46 cal. In totale, quindi, la superficie terrestre ha ricevuto 1 cm2 676 cal. 173 perso dalle radiazioni terrestri cal. In bilancio utile su 503 feci(saldo positivo).

Dagli esempi precedenti, tra l'altro, è abbastanza chiaro perché alle latitudini temperate fa freddo d'inverno e caldo d'estate.

L'uso della radiazione solare per scopi tecnici e domestici. La radiazione solare è una fonte naturale inesauribile di energia. L'entità dell'energia solare sulla Terra può essere giudicata dal seguente esempio: se, ad esempio, utilizziamo il calore della radiazione solare, che cade solo su 1/10 dell'area dell'URSS, allora possiamo ottenere energia uguale al lavoro di 30mila Dneproges.

Le persone hanno cercato a lungo di utilizzare l'energia gratuita della radiazione solare per i loro bisogni. Ad oggi sono stati realizzati diversi impianti solari che funzionano sfruttando la radiazione solare e sono ampiamente utilizzati nell'industria e per soddisfare le esigenze domestiche della popolazione. Nelle regioni meridionali dell'URSS, gli scaldacqua solari, le caldaie, gli impianti di desalinizzazione dell'acqua salata, gli essiccatori solari (per essiccare la frutta), le cucine, gli stabilimenti balneari, le serre e gli apparecchi per scopi medici funzionano sulla base dell'uso diffuso della radiazione solare in industria e servizi di pubblica utilità. La radiazione solare è ampiamente utilizzata nei resort per il trattamento e la promozione della salute delle persone.

La radiazione solare è l'energia della radiazione solare che raggiunge la Terra sotto forma di un flusso di onde elettromagnetiche.

Il sole diffonde intorno a sé potenti radiazioni elettromagnetiche. Solo un due miliardesimo di esso entra nell'atmosfera superiore della Terra, ma è di 2.500.000.000 miliardi di calorie al minuto.

Lontano dall'intero flusso di energia raggiunge la superficie terrestre - la maggior parte viene respinta dal pianeta, nello spazio del mondo. La terra riflette l'attacco di quei raggi distruttivi per la materia vivente che abitava il pianeta. Il principale "protettore" della vita è l'ozono, che si forma nell'atmosfera superiore, a un'altitudine compresa tra 10 e 30 km. Lo "schermo" di ozono assorbe anche una parte significativa della radiazione termica della superficie terrestre, per poi restituire calore alla Terra, creando il cosiddetto effetto serra. Con un aumento dell'intensità della radiazione solare, aumenta anche la quantità di ozono nell'atmosfera e aumenta il suo effetto di riscaldamento.

Sulla loro strada verso la Terra, i raggi del sole incontrano ostacoli sotto forma di vapore acqueo che riempie l'atmosfera, molecole di anidride carbonica e particelle di polvere sospese nell'aria. Il "filtro" atmosferico assorbe una parte significativa dei raggi, li disperde, li riflette. La riflettività delle nuvole è particolarmente elevata. Di conseguenza, la superficie terrestre riceve direttamente solo i 2/3 della radiazione trasmessa dallo schermo di ozono. Ma anche da questa parte si riflette molto in accordo con la riflettività di varie superfici (la neve si riflette più intensamente).

La "contabilità" della radiazione solare per l'intero globo è formata come segue. Al limite superiore dell'atmosfera, ogni centimetro quadrato della superficie di una piastra posta perpendicolarmente ai raggi del sole riceverà 2 calorie al minuto. Questo valore è chiamato costante solare.

Poco più di 100.000 calorie per 1 cm2 al minuto raggiungono l'intera superficie terrestre. Questa radiazione viene assorbita dalla vegetazione, dal suolo, dalla superficie dei mari e degli oceani. Si trasforma in calore, che viene speso per riscaldare gli strati dell'atmosfera, il movimento delle masse d'acqua e d'aria e la creazione di tutta la grande varietà di forme di vita sul nostro vasto pianeta.

La radiazione solare raggiunge la superficie terrestre in diversi modi: direttamente dal Sole, se non è coperta da nubi (radiazione diretta); dalla volta celeste e dalle nuvole che diffondono la luce solare diretta (sparsa o diffusa); dall'atmosfera riscaldata a seguito dell'assorbimento di radiazioni (termiche o ad onde lunghe). La radiazione diretta e diffusa arriva solo durante il giorno. Insieme costituiscono la radiazione totale o integrale. Quella radiazione solare, che rimane dopo la perdita per riflessione dalla superficie, si chiama assorbita. La radiazione solare viene misurata mediante strumenti. Si chiamano attinometriche. (dalla parola greca "actinos" - un raggio).

Negli ultimi anni è stata prestata sempre maggiore attenzione al problema dell'utilizzo dell'energia solare nell'economia nazionale. Il Sole, infatti, inonda la Terra con un intero oceano di energia, praticamente inesauribile. L'umanità ha bisogno di imparare a raccogliere questa energia e trasformarla in altre forme che siano convenienti per l'uso. L'Istituto per l'energia solare con sede ad Ashgabat è impegnato nello studio di questo problema nel nostro paese.

Sono già stati sviluppati vari tipi di impianti solari ("helios" - in greco il sole). Il loro compito è aumentare la densità dell'energia solare sparsa. È possibile aumentare la concentrazione dell'energia solare solo con l'ausilio di grandi specchi che focalizzano i raggi. Gli specchi paraboloidi aumentano la temperatura al fuoco fino a 3600°C. Quasi tutti i metalli fondono a questa temperatura; la fusione solare fornisce un'eccezionale purezza delle leghe, è il futuro.

Distillatori solari, scaldabagni, essiccatori sono già operativi in ​​diversi paesi. Campioni compatti di "cucine solari" sono stati creati per coloro che vivono nel deserto - per pastori, costruttori, geologi. Satelliti artificiali lanciati dalla Terra, veicoli spaziali e laboratori funzionano interamente con l'energia della radiazione solare.