Влияние солнечной активности на растения: Влияние активности Солнца на растения

Влияние активности Солнца на растения

Вопрос о связи урожаев сельскохозяйственных культур с солнечной активностью имеет длинную историю. Известно, что еще в III в. до н. э. Катон Старший, римский писатель, заметил, что цены на рожь зависели от солнечной активности (от «помрачения Солнца»). При высокой солнечной активности урожаи ржи были лучше и поэтому цены на рожь снижались. Во времена Галилея эту проблему обсуждал Батиста Балиани. Он высказал предположение о влиянии солнечных пятен на Землю.

Казалось естественным, что потемневшие участки поверхности Солнца (пятна) излучают меньше солнечной энергии. Поэтому чем больше пятен, тем заметнее охлаждение Земли, которое оказывает влияние на растительный мир. Откуда было знать в то время, что пятна являются источником солнечной энергии, которая переносится к Земле невидимыми потоками заряженных частиц.

Английский астроном Вильям Гершель также интересовался, как количество пятен на Солнце может влиять на развитие растений. Что такое влияние имеется, он не сомневался. Это было в XVIII в., когда существование 11-летнего цикла солнечной активности еще не было установлено. Но было достоверно известно, что количество пятен на Солнце меняется от года к году. Чтобы внести ясность в данный вопрос, Гершель сопоставил собранные им данные о солнечных пятнах почти за двести лет с рыночными ценами на пшеницу. Связь оказалась в принципе очень простой и четкой — цены были тем меньше, чем выше была солнечная активность. При высокой солнечной активности климат становится более влажным, поэтому урожаи пшеницы лучше, а рыночные цены на нее ниже.

Впоследствии этим вопросом занимались многие исследователи. Было установлено, что развитие растений (а значит, и урожаи) тесно связано с уровнем солнечной активности. Конечно, это справедливо не только для ржи и пшеницы. Так, качество вина и урожаи винограда связаны определенным образом с уровнем солнечной активности. Более детальные исследования показали, что связь между солнечной активностью и ростом растений зависит и от местных особенностей климата, как это мы уже видели в случае деревьев и кустарника. Причем солнечная активность влияет на рост растений не только через изменение количества осадков и температуры, но и другим, более окольным путем, — через болезни сельскохозяйственных культур. Если солнечная активность усиливает вредоносность болезней растений, то их рост и урожайность будут от этого страдать.

В разных регионах это влияние солнечной активности на вредоносность болезней растений (например, бурой ржавчины пшеницы) различно. Поэтому будет отличаться и конечный результат, то есть урожайность сельскохозяйственных культур в разных регионах. Но всегда неизменно она выявляет связь с солнечной активностью. Но в одних случаях эта связь положительная, а в других отрицательная. Это и затрудняло решение данного вопроса.

Влияние магнитного поля на растения

О том, что магнитное поле оказывает влияние на рост и формирование растений, можно убедиться очень просто. Все растения на Земле находятся в магнитном поле Земли. Можно убедиться, что растения, которые свободно развиваются, ориентируются в направлении южного магнитного полюса. Другими словами, корни растут преимущественно в этом направлении. Этот эффект зависимости роста растений (или их частей) от магнитного поля был назван магнитотропизмом растений (тропос — направление). Этот эффект у растений изучался очень подробно как в естественных условиях, когда растения развивались в магнитном поле Земли, так и в условиях, созданных искусственно, когда величина и направление магнитного поля, действующего на растения, изменялись. Во всех случаях растения не оставались безучастными к влиянию магнитного поля. Их реакция зависела от направления магнитного поля. В частности, от направления магнитного поля относительно зародышей семян зависят функционально-биохимические свойства растений, развившихся из семян. Так, если ориентировать корешки зародыша пшеницы в направлении южного магнитного полюса, то все растение (и корни и стебли) развивается более эффективно, нежели в случае ориентации корешков зародыша в направлении северного магнитного полюса.

Тип растения определяют и по тому, как развиваются во времени определенные процессы в растении, которые связаны с его функционированием, или, другими словами, по тому, какая ритмика характерна дня этих процессов. Например, лепестки могут располагаться так, что, переходя от одного лепестка к другому, мы будем двигаться по ходу часовой стрелки. Это растение является дисимметричным — «правым» (часовая стрелка движется вправо). Те растения, у которых лепестки расположены в обратном направлении, — являются «левыми» (но, естественно, тоже дисимметричными). Имеется и много других признаков, по которым можно определить, к какому типу относится данное растение. Любопытно, что принадлежность данного растения к определенному типу не является вечной. По истечении определенного времени растения одного типа (например, левые) могут стать растениями другого типа (правами). Представляет интерес не только сам этот факт, но и особенно то, что время такого перерождения равно примерно 11 годам, то есть соответствует длительности цикла солнечной активности! Это не случайно. 11-летний цикл солнечной активности сопровождается таким же по продолжительности циклом магнитной активности, а изменение магнитного поля (в этом проявляется магнитная активность) оказывает влияние на развитие и структуру растений. Влияние магнитного поля (его изменчивости и направления) изучалось очень глубоко многими исследователями. В результате было доказано, что смена дисимметрии цветков у растений действительно следует в строгом соответствии с изменением магнитного поля Земли. Выполненные исследования достоверно доказали, что магнитное поле, вообще, и магнитное поле Земли, в частности, несомненно, влияет на дисимметрию растений. Развитие растения в магнитном поле зависит не только от ориентации магнитного поля относительно самого растения (или его зародыша), но от типа дисимметрии растения. Например, было показано, что если семена растений, относящиеся к левому типу, ориентировать кончиком зародышевого корешка к южному магнитному полюсу Земли, то из них произрастут растения, которые растут более быстро, имеют более высокую ферментативную активность. Содержание хлорофилла в этих растениях больше. В результате всех этих факторов урожайность ориентированных указанным образом растений выше примерно на 13—52%. Чтобы получить такой же качественный эффект для правых растений, их зародыши необходимо ориентировать в противоположном направлении, то есть к северному магнитному полюсу. Разные физиологические процессы в растениях разных типов характеризуются разной зависимостью (как качественно, так и количественно) от магнитного поля.

Связь урожайности и солнечной активности

По данным об урожайности зерновых хлебов в России с 1801 по 1915г. следует, что неурожайные годы чаще совпадают с минимумами солнечной активности. Наибольшие неурожаи приходились на 1810, 1823, 1833 и 1853 гг., которые в точности соответствовали минимумам солнечной активности.

Связь между урожайностью и солнечной активностью осуществляется прежде всего через атмосферную циркуляцию, от которой зависит число осадков и температура. Но, как мы уже видели, связь между солнечной активностью и атмосферной циркуляцией меняет свой характер (знак) примерно каждые 40 лет. В один сорокалетний период увеличение солнечной активности приводит к увеличению температуры воздуха, а в другие, соседние с этими, к уменьшению. Изменяется от периода к периоду и характер осадков. Поэтому естественно, что в разные 40-летние периоды и связь между урожайностью и солнечной активностью будет различной. Это необходимо учитывать как при анализе данных, так и при составлении прогнозов. Здесь очень важно учитывать региональные особенности, поскольку в разных регионах влияние атмосферной циркуляции по-разному влияет на количество осадков, температуру, гидрологический режим и т. д. Так, было показано, что на Европейской территории России большие неурожаи (связанные с сильными засухами) имели место в те годы, когда магнитная активность росла (восходящая ветвь кривой магнитной активности) или же при максимальной магнитной активности.

Анализ данных о засухах за это же время в Казахстане показал, что там сильные засухи имели место только в те периоды, когда солнечная (магнитная) активность уменьшалась, то есть на ветви спада магнитной (и солнечной) активности, а также при спокойном магнитном поле Земли, во время минимальной солнечной активности. Практически все 100% засух в Казахстане за период 1888—1955 гг. приходятся на указанные выше периоды. При максимальной солнечной активности засух в Казахстане в указанный период не было, тогда как на минимумы солнечной активности их приходилось почти половина (43%).

По данным об урожаях в Оренбургской области за 100 лет (1864—1960 гг.) четко прослеживается циклическое изменение урожайности пшеницы. Но эти колебания не следуют в точности изменениям солнечной активности. В начале указанного периода максимальная урожайность приходилась на время минимальной солнечной активности. После этого произошел сдвиг по фазе: наибольшие урожаи пшеницы имели место при максимальной солнечной активности. Такая зависимость наблюдалась в продолжение 30 лет, после чего фазовые отношения изменились. Но цикличность урожаев пшеницы осталась четко выраженной.

Эти результаты очень поучительны. Они свидетельствуют о том. что зависимость урожайности от солнечной активности не следует понимать упрощенно и ждать, что раз увеличилась солнечная активность, то увеличится и урожайность. Чтобы действительно понять, а тем более предсказать связь урожайности с солнечной активностью, надо обязательно учесть все факторы, которые оказывают влияние на рост растений и в свою очередь зависят от солнечной активности. Надо учитывать влияние различных циклов солнечной активности, их сочетания. И само собой разумеется, надо проводить весь этот анализ с учетом местных, региональных, особенностей. Эти особенности проявляются как в атмосферной циркуляции, так и в атмосферных процессах вообще.

Можно выделить прямое и опосредствованное влияние солнечной активности на растения. Типичным примером прямого влияния является фотосинтез. Без солнечного света он невозможен. Солнечный свет является одним из наиболее важных для жизни растений экологических показателей. Он поглощается хлорофиллом и используется при построении первичного органического вещества. Лучистая энергия Солнца действует на клетки растения непосредственно.

Примером опосредствованного влияния является зависимость толщины годичного прироста деревьев от солнечной активности. В данном случае, по мнению учёных, космические факторы изменяют атмосферную циркуляцию (количество осадков и температуру воздуха), что приводит к изменению климата, а эти изменения, в свою очередь, влияют на развитие растений. Мы же видим только конечный результат — толщину годичного кольца данного дерева.

Этой проблемой подробно занимался А. Дуглас. Он стремился выбирать долгоживущие деревья, что дало ему возможность проследить влияние солнечной активности на рост деревьев в течение веков и даже тысячелетий. Первое, на что обратил внимание Дуглас, было то обстоятельство, что на срезах секвойи, имеющих тысячи годичных колец (3200 лет), обычно чередуются годичные кольца быстрого роста (большой толщины) и годичные кольца медленного роста (тонких). Исследования показали, что при минимальной активности Солнца растения развиваются быстрее. Надо иметь в виду, что развитие растения зависит и от типа данного леса, и от температуры во время вегетационного периода, и от увлажнённости леса. Однако, несмотря на все это, во всех изменениях годичных колец различных деревьев выявляется определенная их зависимость от солнечной активности.

Следует еще указать на один фактор, оказывающий влияние на рост растений. Это деятельность микроорганизмов в почве. Их роль в жизни растений огромна, так как они задерживают азот в почве. Азот вносится в почву вместе с удобрениями. Здесь он превращается в молекулярную форму, после чего денитрифицирующие бактерии выводят его быстро из игры и в дальнейшем в развитии растений он не участвует. Было показано, что жизнь (в частности численность) микроорганизмов (аммонифицирующих бактерий) зависит от солнечной активности. Раньше считалось, что микроорганизмы прекращают свою работу с окончанием вегетационного периода. Но оказалось, что это не так. Микроорганизмы в почве способны успешно функционировать даже в сильно промерзшей почве. Причем эффективность их деятельности (размножения) зависит от солнечной активности. Образно говоря, солнечная активность сама удобряет почву. В зависимости от солнечной активности (не от температуры и влажности почвы!) изменяется численность различных микроорганизмов, таких как аммонифицирующие и нитрифицирующие бактерии, аэробные целлюлозоразлагающие бактерии и водоросли, которые используют в своей деятельности нитраты (а не только аммиак почвы).

Так, с ростом солнечной активности с начала 1966 г. численность нитрифицирующих бактерий увеличилась примерно в 10 раз и в последующие годы оставалась очень высокой. Одновременно (одномоментно!) изменилась численность и других указанных выше бактерий. Роль этих процессов в жизни растений можно понять на основании таких данных. Азот вносится в почву с удобрениями, но выносится азот из почвы больше, чем вносится, — получается большой дефицит азота в почве. Ликвидировать его и помогают микроорганизмы, которые фиксируют азот. Поэтому их называют азотфиксирующими организмами. Без учета деятельности этих микроорганизмов невозможно понять процессы, протекающие в почве. Численность микроорганизмов в окультуренной почве огромна. Примерно 5—6 тонн микробных клеток содержится на площади всего в 1 га. Речь идет о пахотном слое.

Влияние солнечной активности на численность микроорганизмов в почве является в определенной мере прямым, непосредственным. Это надо понимать следующим образом. Когда солнечная энергия, переносимая к Земле, вызывает изменения в погодном слое атмосферы, которые в свою очередь окажут влияние на рост растений, то говорят о косвенном, опосредствованном влиянии солнечной активности на жизнь растений. Надо иметь в виду, что сама солнечная энергия по пути от Солнца к погодному слою атмосферы Земли много раз меняет свою форму. Когда солнечное излучение непосредственно влияет на растения, то такое влияние является несомненно прямым.

При подготовке статьи использовалась литература: Дуглас А. Жизнь, вселенная и всё остальное / А. Дуглас. – СПб.: Эксмо, 2002. – 324 с., Ю. В. Мизун, Ю. Г. Мизун «Тайны будущего» М.: Вече, 2000

 

Источник

 

 

В Карелии запатентовали метод замеров пропускной способности озонового слоя с помощью мха

26 июня 2020, 05:18

Наука

ПЕТРОЗАВОДСК, 26 июня. /ТАСС/. Российские ученые под руководством сотрудника Карельского научного центра РАН (КарНЦ РАН) Виктора Миронова получили патент на измерение с помощью сфагнового мха (Sphagnum riparium) длин волн солнечного ультрафиолета B (UV-B), наиболее опасного для живых организмов. Исследование показало, что короткие волны длиной более 286 нм регулярно воздействуют на сфагновый покров, замедляя его рост, что может быть следствием сокращения озонового слоя, сообщил ТАСС ведущий биолог лаборатории болотных экосистем Института биологии КарНЦ РАН Виктор Миронов.

«Полученные результаты совпадают с данными физических наблюдений первой половины XX века, согласно которым солнечное излучение с длиной волны 286 нм является самым коротковолновым на земной поверхности. Однако, если в прошлом веке это излучение регистрировалось крайне редко, то данные нашего исследования показывают, что сейчас оно регулярно проникает сквозь озоновый слой и действует на растения. Этот достаточно тревожный факт может быть прямым результатом сокращения озонового слоя Земли», — рассказал он.

Ультрафиолет B — это солнечное излучение, которое вызывает мутации ДНК у живых организмов и может вести к образованию рака кожи у людей. Более 90% этого излучения блокируется озоновым слоем, но самые короткие волны достигают Земли в небольших количествах, поэтому они плохо регистрируются наземными приборами. По словам Миронова, растения имеют высокую чувствительность к ним благодаря особому рецептору UVR8, который даже от небольшой дозы UV-B может заметно замедлить их рост. Например, фоновые количества излучения замедляют рост сфагновых мхов на 9-18%.

Миронов занимается мониторингом роста сфагнового мха в течение шести лет. За это время он накопил базу, насчитывающую более 140 тыс. измерений прироста побегов. Группа ученых под его руководством выдвинула гипотезу: проникающие сквозь озоновый слой длины волн ультрафиолета B должны оставлять «отпечатки пальцев» в виде замедления роста растений. Для их поиска ученые сопоставили данные мониторинга роста мха с данными космического спутника SORCE, который в открытом космосе регистрирует колебания на разных длинах волн солнечного ультрафиолета.

«Мы взяли длины волн с 200 до 310 нм и шаг за шагом проследили их связь со скоростью роста сфагнума. На уровне 286 нм обнаружилось замедление роста, которое сохранялось вплоть до 310 нм. Это говорит о том, что в этом интервале излучение проникает сквозь озоновый слой и достигает поверхности Земли. Поскольку у растений единый механизм восприятия UV-B, потенциально множество растений может содержать информацию о пропускной способности озонового слоя Земли для отдельных длин волн солнечного ультрафиолета B», — рассказал Миронов. Он также добавил, что результаты исследования могут стимулировать интерес ученых к более точным физическим исследованиям спектрального состава ультрафиолета на Земле.

Солнечная активность и рост растений

Также проведенное исследование позволяет лучше понять влияние солнечной активности на рост растений. Оно наиболее всего изучено на примере годичных колец деревьев. В качестве одной из гипотез их возникновения ученые рассматривали опосредованное влияние ультрафиолета на растения. «Считается, что усиление солнечной активности усиливает ионизацию атмосферы и на несколько процентов увеличивает образование облачности, в результате чего снижается поток радиации и замедляется рост растений. Наше исследование предлагает более простое объяснение, связанное с замедлением роста растений под действием ультрафиолета B в годы высокой солнечной активности», — отметил собеседник агентства. 

Теги:

РоссияКарелия

Солнечная радиация и ее роль в росте растений

Последнее обновление: понедельник, 16 января 2023 г. |
Лесная метеорология

СОЛНЦЕ: ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ

Солнце — ближайшая к Земле звезда, и его лучистая энергия — практически единственный источник энергии для Земли. Очень маленькие и незначительные количества энергии доступны из других источников, таких как недра Земли, Луны и других звезд. Среднее расстояние от Солнца до Земли, также известное как одна астрономическая единица (1 а. е.), составляет 1,49.6 х 108 км или, точнее, 149 597 890 ± 500 км. Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите. Минимальное расстояние между Солнцем и Землей составляет около 0,983 а.е., а максимальное — около 1,017 а.е. Земля находится в ближайшей к Солнцу точке (перигелии) примерно 3 января и в самой дальней точке (афелии) примерно 4 июля. Видимый диск или фотосфера имеет радиус 6,599 х 105 км, а масса Солнца равна 1,989. х 1030 кг (Гуди и Юнг, 1989; Икбал, 1983).

Солнце — полностью газообразное тело. Химический состав внешних слоев (по массе): 71 процент водорода, 26,5 процента гелия и 2,5 процента более тяжелых металлов. Его физическая структура сложна, хотя хорошо известны несколько областей, включая ядро, фотосферу, обращающий слой, хромосферу и корону.

Самая внутренняя область, ядро, является самой плотной и самой горячей частью Солнца. Он состоит из сильно сжатых газов с плотностью от 100 до 150 г-см-3. Температура ядра находится в диапазоне от 15 х 106 до 40 х 106°С. За пределами ядра находится внутренняя часть, содержащая практически всю солнечную массу. Ядро и внутренняя часть считаются огромным ядерным реактором, в котором происходят термоядерные реакции. Эти реакции поставляют энергию, излучаемую солнцем. Наиболее важной реакцией является процесс превращения водорода в гелий. Энергия сначала передается на поверхность Солнца, а затем излучается в космос. Считается, что излучение ядра и внутренней части Солнца имеет форму рентгеновских и гамма-лучей.

Поверхность Солнца, называемая фотосферой, является источником большей части видимого излучения, достигающего земной поверхности. Фотосфера – это кора, видимая невооруженным глазом при взгляде на Солнце через голубое стекло. Он состоит из газов очень низкой плотности. Температура в этом районе составляет от 4000 до 6000°С. Несмотря на то, что она имеет низкую плотность (10-4 плотности воздуха на уровне моря), фотосфера непрозрачна, так как состоит из сильно ионизированных газов. Фотосфера является источником потока радиации в космос, потому что она способна излучать и поглощать непрерывный спектр излучения.

За пределами фотосферы находится солнечная атмосфера глубиной в несколько сотен километров и почти прозрачная. Эта солнечная атмосфера называется обратимым слоем. Этот слой содержит пары почти всех известных элементов, встречающихся на Земле. За пределами обращающего слоя находится хромосфера, глубина которой составляет около 25 000 км. С земли его видно только во время полного затмения, когда оно выглядит как слой розового цвета. Именно в этой зоне происходят кратковременные яркие солнечные вспышки в облаках водорода и гелия. Эти вспышки являются источником интенсивных всплесков ультрафиолетового (УФ) и радиоволнового излучения. Солнечные вспышки также выбрасывают потоки электрически заряженных частиц, называемых корпускулами, которые, достигая земной поверхности, возмущают ее магнитное поле. Температура в хромосфере в несколько раз выше, чем в фотосфере.

Самой внешней частью Солнца является корона, состоящая из чрезвычайно разреженных газов, известных как солнечные ветры. Считается, что эти ветры состоят из очень разреженных ионов и электронов, движущихся с очень высокой скоростью, и считается, что они распространяются на всю Солнечную систему. Корону можно увидеть во время полного затмения. Он имеет температуру порядка 1 800 000°К. У этой самой дальней области нет резкой границы.

Эти зоны предполагают, что солнце не действует как излучатель абсолютно черного тела при фиксированной температуре. Поток излучения является составным результатом нескольких его слоев. Однако для общих целей Солнце можно назвать черным телом с температурой 5762°К. Солнце вращается со скоростью, которая варьируется по глубине и широте. Согласно измерению движения солнечных пятен, синодический период (если смотреть с Земли) составляет 26,90 + 5,2 sin2 (широта) дней.

Солнце — переменная звезда. Его возраст оценивается примерно в 5 х 109 лет. Теории климатических изменений в масштабах геологического времени указывают на определенные изменения, которые должны были произойти в течение жизни Солнца. Согласно общепринятым теориям, когда образовалось Солнце, оно было на 6 % меньше и на 300 К холоднее, а его излучение было на 40 % ниже современных значений (Гуди и Юнг, 1989).

Некоторые изменения, происходящие на солнце, отслеживаются на регулярной основе. Эти вариации связаны с магнитной активностью, возникающей в результате взаимодействия между конвективными движениями, вращением Солнца и общим магнитным полем Солнца. Магнитные поля и электрические токи проникают в хромосферу и корону, где магнитные вариации имеют гораздо большее влияние из-за низкой плотности.

Наиболее заметные нарушения зрения находятся в фотосфере, они известны как солнечные пятна. Это пятна диаметром от нескольких тысяч до 100 000 км с эмиссионной температурой в центре примерно на 1500 К ниже, чем у невозмущенной фотосферы. Доля фотосферы, покрытая пятнами, никогда не превышает 0,2%, а их средняя продолжительность около недели. Для большей части периода, за который имеются наблюдения, цикл солнечных пятен составляет в среднем 11,04 года. Количество пятен — это только одна характерная черта солнца, которая изменяется в такой ритмической манере. Сразу после минимума пятна впервые появляются около 27° широты в обоих полушариях. По мере продолжения цикла они смещаются к экватору и исчезают вблизи 8° широты. Они редко наблюдаются на широтах выше 30° и ниже 5°.

Когда солнечное пятно находится близко к краю, можно увидеть, что оно окружено сетью усиленного фотосферного излучения, пятнами, которые называются факелами. Эти фотосферные выбросы имеют более длительный срок жизни, чем связанная с ними группа солнечных пятен, они появляются раньше и исчезают после самих пятен.

Флоккулы или пятна — это другие нарушения, характерные для водородного света (H-альфа). Флоккулы — наиболее заметные особенности, и они встречаются в высоких широтах, где пятен нет. Иногда светлеет водородный сгусток рядом с пятном. В крайних случаях осветление видно глазу. Эти повышения яркости известны как солнечные вспышки, и они связаны с резким увеличением уровня Лайман-альфа и других ультрафиолетовых излучений, влияющих на верхние слои атмосферы.

Протуберанцы — фотосферные извержения, проникающие в хромосферу. Встречается множество различных форм, но типичный протуберанец может иметь высоту 30 000 км и длину 200 000 км с температурой 5 000°К.

Хорошо известны большие изменения в короне. Корональное ультрафиолетовое излучение является источником тепла для уровней в верхних слоях атмосферы, где плотность очень низкая. На термосферу выше 150 км большое влияние оказывают изменчивые условия на Солнце. Корональные возмущения тесно связаны с циклом солнечных пятен. В видимом свете корона кажется более зубчатой ​​в максимуме пятна, чем в минимуме. Солнечное радиоизлучение короны показывает заметные изменения в зависимости от цикла солнечных пятен, а также коррелирует с более коротким периодом изменения числа солнечных пятен.

Солнечная постоянная

Солнце является источником более 99 процентов тепловой энергии, необходимой для физических процессов, происходящих в системе Земля-атмосфера. Солнечная постоянная — это поток солнечной радиации на внешней границе земной атмосферы, получаемый на поверхность, расположенную перпендикулярно направлению солнца на среднем расстоянии между солнцем и землей. Значение солнечной постоянной составляет 1370 Вт м-2 (около 2 кал-см-2-мин-1), что дает средний поток солнечной энергии на единицу площади земной поверхности, равный 350 Вт м-2. Солнечная постоянная лишь приблизительно постоянна. В зависимости от расстояния Земли от Солнца его значение колеблется примерно от 1360 до 1380 Вт м-2.

Примерно 31 процент этой энергии рассеивается обратно в космос, 43 процента поглощается земной поверхностью и 26 процентов поглощается атмосферой. Отношение внешнего и внутреннего потока солнечной радиации от всей земной поверхности (называемое альбедо) составляет около 0,31, в результате чего остается в среднем около 225 Вт м-2 (диапазон от 220 до 235 Вт м-2), которые доступны для нагрева, непосредственно и косвенно, система земля-атмосфера (Goody and Yung, 1989; Kiehl and Trenberth, 1997; Roberto et al., 1999). Величина облучения у земной поверхности неравномерна, годовая величина на экваторе в 2,4 раза выше, чем у полюсов. Солнечная энергия, падающая на поверхность, зависит от географического положения, ориентации поверхности, времени суток, времени года и атмосферных условий (Boes, 19). 81).

Продолжить чтение здесь: Природа и законы излучения

Была ли эта статья полезной?

Солнечная погода оказывает реальное материальное воздействие на Землю

Солнечные вспышки и другие явления могут оказывать удивительное влияние на нашу земную деятельность. 1 кредит

1 сентября 1859 г. солнечный астроном Ричард Каррингтон наблюдал солнечные пятна, которые внезапно и на короткое время ярко вспыхнули, прежде чем исчезнуть. Незадолго до рассвета следующего дня полярные сияния вспыхнули над большей частью Земли, достигнув юга до Карибского моря и Гавайев, а южное сияние можно было увидеть на севере до Чили. Это событие вызвало не только видимое световое шоу в местах, где они обычно не появляются, но и вывело из строя телеграфные системы по всему миру.

Учитывая состояние технологий во времена Кэррингтона, воздействие геомагнитной бури ограничивалось сбоями в работе телеграфа. Если бы нечто подобное произошло сегодня, мировая технологическая инфраструктура могла бы остановиться. Экстремальные явления космической погоды, такие как геомагнитные бури, сейчас более разрушительны, чем в прошлом. Это происходит из-за нашей большей зависимости от технических систем, на которые могут воздействовать электрические токи и высокоэнергетические частицы высоко в земной атмосфере.

Угроза космической погоды

Мы можем думать о космосе как о безмолвной пустой пустоте, а о солнце как о далеком источнике света и тепла. Это не обязательно правда. Солнце и Земля связаны более сложными, интимными и иногда опасными способами.

Солнечные пятна — это временные явления на фотосфере Солнца, которые кажутся более темными, чем окружающие области. Солнечные пятна могут непрерывно меняться и сохраняться от нескольких часов до нескольких дней; или даже месяцы для более интенсивных групп. Давно известно, что общее количество солнечных пятен изменяется примерно с 11-летним повторением, известным как солнечный цикл. Пик активности солнечных пятен известен как солнечный максимум, а затишье — как солнечный минимум.

На этом видео, снятом Обсерваторией солнечной динамики НАСА в период с 5 по 11 июля 2017 года, активная область на Солнце — область интенсивных и сложных магнитных полей — повернулась и стала видна на Солнце. Темное ядро ​​этого пятна больше, чем Земля. .

Солнечные пятна, свидетельствующие об интенсивной магнитной активности, сопровождают вторичные явления, такие как всплески электромагнитного излучения (вспышки) и корональные выбросы массы (КВМ), которые представляют собой внезапные выбросы вещества, сопровождаемые солнечными энергетическими частицами (СЭЧ). Солнечная вспышка — это внезапный выброс солнечной энергии, в то время как КВМ выбрасывает горячую плазму солнца в космос.

Точные механизмы, вызывающие вспышки и КВМ, все еще обсуждаются, но чем больше группа солнечных пятен, тем интенсивнее солнечная активность. Солнце постоянно выбрасывает высокоэнергетические электроны, протоны и другие ядра, которые бомбардируют Землю. Солнечные вспышки и корональные выбросы посылают огромное количество энергии и заряженных частиц в столкновение с верхними слоями атмосферы Земли, где они могут вызывать геомагнитные бури.

Заряженные частицы во время геомагнитных бурь вызывают возмущения в магнитном поле Земли, воздействуя на электрические системы. Геомагнитные бури вызывают многочисленные эффекты, такие как сбои напряжения, приводящие к отключению электроэнергии; изменения напряжения грунта, усиливающие коррозию в нефтепроводах; нарушение работы спутниковых, радио- и сотовых сетей связи; воздействие повышенного уровня радиации; и сокращение полетов по полярным маршрутам.

По большей части магнитное поле Земли защищает людей от радиации, исходящей от Солнца. Однако магнитное поле Земли слабее на обоих полюсах, и поэтому некоторые частицы попадают в атмосферу Земли через геомагнитные бури.

Солнечные вспышки и другие явления могут оказывать удивительное влияние на нашу земную деятельность. 1 кредит

Солнечные погодные эффекты

Неблагоприятное экономическое воздействие солнечной активности на энергосистему Северной Америки хорошо задокументировано. Например, четыре процента нарушений электроснабжения между 1992 и 2010 г., о которых сообщило Министерство энергетики США, связаны с сильной геомагнитной активностью.

Я уже некоторое время работаю над экономическими последствиями изменения климата и подумал: «А как насчет солнца?»

Интересно, что в то время как изучение космической погоды является быстро развивающейся областью, академическая работа по оценке ее общих социальных и экономических последствий, похоже, находится в зачаточном состоянии.

Солнечная вспышка в нижней левой части Солнца 19 октября., 2014 г. Изображение было получено в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне с длиной волны 131 ангстрем — длина волны, при которой можно увидеть сильное тепло вспышки и которое обычно представлено бирюзовым цветом. Предоставлено: НАСА/SDO.

В настоящее время я работаю с одним из моих бывших аспирантов, Цзычунь Чжао, над экономическими последствиями космической погоды. Наш косвенный показатель солнечной активности — это количество солнечных пятен, создаваемых солнцем в данный момент времени, и, к счастью, эти данные общедоступны.

В ходе нашего эмпирического анализа мы обнаружили, что валовой внутренний продукт (ВВП) 34 стран-членов Организации экономического сотрудничества и развития уменьшается по мере увеличения солнечной активности. В среднем ВВП уменьшается как минимум на 0,06 процента при каждом увеличении солнечной активности на один процент.

Мы обнаружили, что негативные экономические последствия геомагнитных бурь более значительны в северных широтах. Однако последствия геомагнитных бурь не ограничиваются высокими широтами и были зарегистрированы в Великобритании, Финляндии, Швеции, Испании, США, Канаде, Южной Африке, Японии, Китае и Бразилии.

Наши эмпирические результаты показывают, что ущерб, причиняемый геомагнитными бурями, намного больше в секторах информации и связи.