2. Роль Солнца в жизни Земли. Солнечный ветер и солнечная радиация

Солнце играет очень большую роль в жизни нашей планеты. Оно источник света и тепла на Земле. Испарение воды, выпадение осадков, течение рек, бури, грозы, засуши и все другие явления, обусловливающие климат и погоду на Земле, зависят от нагревания Земли Солнцем и изменяются в зависимости от изменений, происходящих на Солнце.

Так, по В.И. Вернадскому, самая существенная особенность биосферы -- это биогенная миграция атомов химических элементов, вызываемая лучистой энергией Солнца и проявляющаяся в процессе обмена веществ, росте и размножении организмов Вернадский В.И. Биосфера (избранные труды по биогеохимии). М., 1967. - С. 56-61. .

К своеобразной разновидности круговоротов в биосфере относятся ее ритмические изменения. Ритмикой называется повторяемость во времени комплекса процессов, которые каждый раз развиваются в одном направлении. При этом различают две ее формы: периодическую -- это ритмы одинаковой длительности (время оборота Земли вокруг оси) и циклическую -- ритмы переменной длительности. Периодичность в биосфере проявляется во многих процессах: тектонических, осадко-накоплении, климатических, биологических и многих других. Ритмы бывают различной продолжительности: геологические, вековые, внутривековые, годовые, суточные и т.д.

Некоторые ритмы связаны с неравномерным облучением Земли в связи с ее движением вокруг Солнца. Изменение времени наступления равноденствий, наклона оси вращения к эклиптике и эксцентриситета земной орбиты соответствует периодам около 21 000 лет, 40000 лет и около 92000 лет. Эти периоды, выделенные югославским ученым М. Миланковичем, могли служить причиной климатических колебаний См. подробнее: Войткевич Г.В., Вронский В.А. Основы учения о биосфере. М., 1989. С. 108..

Солнечная радиация - поступающая на Землю энергия солнечного излучения в виде потока электромагнитных волн. Солнце излучает вокруг мощное электромагнитное излучение. Всего одна двухмиллиардная его доля попадает в верхние слои атмосферы Земли, но и она составляет огромное число калорий в минуту.

Далеко не весь энергетический поток достигает поверхности Земли. Большая его часть отбрасывается планетой в мировое пространство. Земля отражает атаку тех лучей, которые губительны для живого вещества планеты. На дальнейшем пути к Земле солнечные лучи встречают препятствие в виде наполняющих атмосферу водяного пара, молекул углекислого газа и частичек пыли, взвешенных в воздухе. Атмосферный «фильтр» поглощает значительную часть лучей, рассеивает их, отражает. Особенно велика отражательная способность облаков. В результате непосредственно земная поверхность получает лишь 2/3 той радиации, которая пропускается озоновым экраном, но и из этой части многое отражается в соответствии с отражательной способностью различных поверхностей.

На всю поверхность Земли поступает чуть более 100 тыс. калорий на 1см2 в минуту. Эта радиация поглощается растительностью, почвой, поверхностью морей и океанов. Она превращается в тепло, которое расходуется на прогревание слоев атмосферы, движение воздушных и водных масс, на создание всего великого разнообразия форм жизни на Земле.

Солнечная радиация поступает на земную поверхность различными путями:

1) прямая радиация: поступление радиации непосредственно от Солнца, если оно не закрыто облаками;

2) рассеянная радиация: поступление радиации от небесного свода или облаков, рассеивающих солнечные лучи;

3) тепловая радиация: поступление радиации происходит от атмосферы, нагревшейся в результате воздействия радиации.

Прямая и рассеянная радиация поступает только днем и вместе они составляют суммарную радиацию. Та солнечная радиация, которая остается после потери на отражение от поверхности, называется поглощенной. Солнечную радиацию измеряют актинометром.

Космические лучи -- поток частиц высоких энергий, со всех сторон падающий на Землю. Ядерные реакции в высоких слоях атмосферы вызваны космическими лучами отнюдь не солнечного, а галактического происхождения. И тем не менее, интенсивность этих космических лучей связана с солнечной активностью: чем больше пятен на Солнце, тем слабее поток космических лучей. Эта связь осуществляется солнечным ветром.

Солнечный ветер на расстоянии порядка 1013 м, т. е. на расстоянии примерно полусотни радиусов земной орбиты, сжимает силовые линии галактических магнитных полей Подробнее см.: Бялко А.В. Наша планета Земля. М., 1989. С. 133.. Космические лучи распространяются в основном вдоль магнитного поля. Только наиболее энергичные частицы космических лучей Галактики могут проникнуть вглубь этого магнитного пузырька вокруг Солнца. Расстояние до его границы солнечный ветер проходит за полгода - год. При спокойном Солнце солнечный ветер слабее, граница солнечной магнитосферы придвигается ближе и становится менее плотной. В результате растет интенсивность космических лучей, достигающих Земли, и доля 14С в атмосферной углекислоте.

Тепловое излучение Солнца постоянно. Солнечная активность изменяет только коротковолновую, нетепловую часть излучения при длинах волн, меньших 100 нм. На эту область, однако, приходится менее 1 % всей светимости Солнца. Коротковолновая часть солнечного излучения не проникает через верхние слои земной атмосферы. Поэтому солнечная активность практически не меняет тепловой поток, приходящий к нашей планете, почти не сказывается на погоде Земли. Переменное коротковолновое излучение Солнца существенно изменяет состояние только самой внешней оболочки земной атмосферы.

И ветры, и течения вызваны падающим на Землю излучением Солнца. Оно дает энергию движениям атмосферы и океана. Эта энергия диссипируется, переходит в тепло, при этом действительно возникают силы трения. Однако эти силы -- внутренние. Для каждой такой силы, замедляющей вращение планеты, по третьему закону Ньютона найдется равная и противоположно направленная сила, ускоряющая вращение Земли. Суммарный момент всех внутренних сил равен нулю. Солнечное излучение не изменяет момента количества движения Земли -- ветры и течения в среднем не замедляют Землю и не ускоряют ее.