Strahlung der Sonne. Schätzung der Sonnenstrahlungsenergie

Die Energie der Sonne ist die Quelle des Lebens auf unserem Planeten. Die Sonne erwärmt die Atmosphäre und die Erdoberfläche. Dank der Sonnenenergie wehen Winde, der Wasserkreislauf findet in der Natur statt, Meere und Ozeane erwärmen sich, Pflanzen entwickeln sich und Tiere haben Nahrung (siehe Abb. 1.1). Der Sonnenstrahlung ist es zu verdanken, dass fossile Brennstoffe auf der Erde existieren.

Abbildung 1.1 – Der Einfluss der Sonnenstrahlung auf die Erde

Sonnenenergie kann in Wärme oder Kälte umgewandelt werden, treibende Kraft und Strom. Die Hauptenergiequelle für fast alle natürlichen Prozesse, die auf der Erdoberfläche und in der Atmosphäre ablaufen, ist die Energie, die in Form von der Sonne auf die Erde gelangt Sonnenstrahlung.

Abbildung 1.2 stellt ein Klassifizierungsschema dar, das die Prozesse widerspiegelt, die auf der Erdoberfläche und in ihrer Atmosphäre unter dem Einfluss der Sonnenstrahlung ablaufen.

Die Ergebnisse der direkten Sonnenaktivität sind der thermische Effekt und der photoelektrische Effekt, wodurch die Erde Wärmeenergie und Licht erhält. Die Folge der indirekten Aktivität der Sonne sind entsprechende Effekte in der Atmosphäre, Hydrosphäre und Geosphäre, die das Auftreten von Wind und Wellen verursachen, die Strömung von Flüssen bestimmen und Bedingungen für die Erhaltung der inneren Wärme der Erde schaffen.

Abbildung 1.2 – Klassifizierung erneuerbarer Energiequellen

Die Sonne ist eine Gaskugel mit einem Radius von 695.300 km, dem 109-fachen des Erdradius, und einer strahlenden Oberflächentemperatur von etwa 6000 °C. Die Temperatur im Inneren der Sonne erreicht 40 Millionen °C.

Abbildung 1.3 zeigt ein Diagramm der Struktur der Sonne. Die Sonne ist ein riesiger „thermonuklearer Reaktor“, der mit Wasserstoff betrieben wird und jede Sekunde 564 Millionen Tonnen Wasserstoff durch Schmelzen in 560 Millionen Tonnen Helium verarbeitet. Der Verlust von vier Millionen Tonnen Masse entspricht 9:1-10 9 GW h Energie (1 GW entspricht 1 Million kW). In einer Sekunde wird mehr Energie produziert, als sechs Milliarden Kernkraftwerke in einem Jahr produzieren könnten. Dank der schützenden Hülle der Atmosphäre gelangt nur ein Teil dieser Energie an die Erdoberfläche.

Der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Erde und der Sonne beträgt durchschnittlich 1,496 * 10 8 km.

Jährlich Sonne sendet etwa 1,6 zur Erde 10 18 kW h Strahlungsenergie oder 1,3 * 10 24 cal Wärme. Das ist 20.000 Mal mehr als der derzeitige weltweite Energieverbrauch. Beitrag Sonne in der Energiebilanz der Erde ist 5000-mal größer als der Gesamtbeitrag aller anderen Quellen.

Diese Wärmemenge würde ausreichen, um eine 35 m dicke Eisschicht, die die Erdoberfläche bei 0 °C bedeckt, zum Schmelzen zu bringen.

Im Vergleich zur Sonnenstrahlung sind alle anderen Energiequellen, die die Erde erreichen, vernachlässigbar. Die Energie der Sterne beträgt also ein Hundertmillionstel Solarenergie; kosmische Strahlung - zwei Teile pro Milliarde. Die innere Wärme, die aus den Tiefen der Erde an ihre Oberfläche gelangt, beträgt ein Zehntausendstel der Sonnenenergie.

Abbildung 1.3 – Diagramm der Struktur der Sonne

Auf diese Weise. Die Sonne ist praktisch die einzige Wärmeenergiequelle auf der Erde.

Im Zentrum der Sonne befindet sich der Sonnenkern (siehe Abb. 1.4). Die Photosphäre ist die sichtbare Oberfläche der Sonne, die die Hauptstrahlungsquelle darstellt. Die Sonne ist von einer Sonnenkorona umgeben, die eine sehr hohe Temperatur hat, aber extrem verdünnt ist und daher mit bloßem Auge nur während Zeiten totaler Sonnenfinsternis sichtbar ist.

Die sichtbare Oberfläche der Sonne, die Strahlung aussendet, wird Photosphäre (Lichtsphäre) genannt. Es besteht aus heißen Dämpfen verschiedener chemischer Elemente in ionisiertem Zustand.

Über der Photosphäre befindet sich die leuchtende, fast transparente Atmosphäre der Sonne, bestehend aus verdünnten Gasen, die Chromosphäre genannt wird.

Oberhalb der Chromosphäre befindet sich die äußere Hülle der Sonne, die sogenannte Korona.

Die Gase, aus denen die Sonne besteht, befinden sich in einem Zustand ständiger heftiger (intensiver) Bewegung, wodurch sogenannte Sonnenflecken, Fackeln und Protuberanzen entstehen.

Sonnenflecken sind große Trichter, die durch Wirbelbewegungen von Gasmassen entstehen, deren Geschwindigkeit 1-2 km/s erreicht. Die Temperatur der Flecken ist 1500 °C niedriger als die Sonnentemperatur und beträgt etwa 4500 °C. Die Anzahl der Sonnenflecken variiert von Jahr zu Jahr mit einem Zeitraum von etwa 11 Jahren.

Abbildung 1.4 – Struktur der Sonne

Solarfackeln sind Emissionen von Sonnenenergie und Protuberanzen sind kolossale Explosionen in der Chromosphäre der Sonne, die Höhen von bis zu 2 Millionen Kilometern erreichen.

Beobachtungen haben gezeigt, dass mit zunehmender Anzahl von Sonnenflecken die Anzahl der Faculae und Protuberanzen zunimmt und dementsprechend die Sonnenaktivität zunimmt.

Mit zunehmender Sonnenaktivität kommt es auf der Erde zu magnetischen Stürmen, die sich negativ auf die Telefon-, Telegrafen- und Funkkommunikation sowie auf die Lebensbedingungen auswirken. Mit dem gleichen Phänomen ist auch eine Zunahme der Polarlichter verbunden.

Zu beachten ist, dass in der Zeit zunehmender Sonnenflecken zunächst die Intensität der Sonnenstrahlung zunimmt, was mit einer allgemeinen Zunahme der Sonnenaktivität einhergeht Anfangszeit, und dann nimmt die Sonneneinstrahlung ab, wenn die Fläche der Sonnenflecken zunimmt, wobei die Temperatur 1500° unter der Temperatur der Photosphäre liegt.

Der Teil der Meteorologie, der die Auswirkungen der Sonnenstrahlung auf die Erde und in der Atmosphäre untersucht, wird Aktinometrie genannt.

Bei der Durchführung aktinometrischer Arbeiten ist es notwendig, den Stand der Sonne am Firmament zu kennen. Diese Position wird durch die Höhe oder den Azimut der Sonne bestimmt.

Höhe der Sonne Er nennt man den Winkelabstand von der Sonne zum Horizont, also den Winkel zwischen der Richtung zur Sonne und der Ebene des Horizonts.

Der Winkelabstand der Sonne vom Zenit, also von ihrer Vertikalrichtung, wird Azimut oder Zenitabstand genannt.

Es besteht ein Zusammenhang zwischen Höhe und Zenitabstand

(1.1)

Der Azimut der Sonne wird selten bestimmt, nur für spezielle Arbeiten.

Die Höhe der Sonne über dem Horizont wird durch die Formel bestimmt:

Wo - Breitengrad des Beobachtungsortes;

- Die Deklination der Sonne ist der Bogen des Deklinationskreises vom Äquator zur Sonne, der je nach Sonnenstand auf beiden Seiten des Äquators von 0 bis ±90° berechnet wird;

T - Stundenwinkel der Sonne oder wahre Sonnenzeit in Grad.

Der Wert der Deklination der Sonne für jeden Tag wird in astronomischen Nachschlagewerken über einen langen Zeitraum angegeben.

Mit der Formel (1.2) können Sie für jeden Zeitpunkt rechnen T Höhe der Sonne Er oder in einer bestimmten Höhe hc Bestimmen Sie die Zeit, zu der sich die Sonne in einer bestimmten Höhe befindet.

Die maximale Mittagshöhe der Sonne für verschiedene Tage im Jahr wird nach folgender Formel berechnet:

(1.3)

Die blendende Sonnenscheibe erregt seit jeher die Gemüter der Menschen und diente als fruchtbares Thema für Legenden und Mythen. Seit jeher vermuten die Menschen seine Auswirkungen auf die Erde. Wie nah waren unsere entfernten Vorfahren an der Wahrheit. Der Strahlungsenergie der Sonne verdanken wir die Existenz des Lebens auf der Erde.

Was ist die radioaktive Strahlung unseres Sterns und wie beeinflusst sie irdische Prozesse?

Was ist Sonnenstrahlung?

Sonnenstrahlung ist die Gesamtheit der Sonnenmaterie und -energie, die auf die Erde gelangt. Die Energie breitet sich in Form elektromagnetischer Wellen mit einer Geschwindigkeit von 300.000 Kilometern pro Sekunde aus, durchquert die Atmosphäre und erreicht die Erde in 8 Minuten. Das Spektrum der an diesem „Marathon“ teilnehmenden Wellen ist sehr breit – von Radiowellen bis hin zu Röntgenstrahlen, einschließlich des sichtbaren Teils des Spektrums. Die Erdoberfläche steht unter dem Einfluss sowohl direkter als auch gestreuter Sonnenstrahlen aus der Erdatmosphäre. Es ist die Streuung blau-blauer Strahlen in der Atmosphäre, die das Blau des Himmels an einem klaren Tag erklärt. Die gelb-orange Farbe der Sonnenscheibe ist darauf zurückzuführen, dass die entsprechenden Wellen nahezu streuungsfrei hindurchgehen.

Mit einer Verzögerung von 2–3 Tagen erreicht der „Sonnenwind“ die Erde, die eine Fortsetzung der Sonnenkorona darstellt und aus Atomkernen leichter Elemente (Wasserstoff und Helium) sowie Elektronen besteht. Es ist ganz natürlich, dass Sonneneinstrahlung eine starke Wirkung auf den menschlichen Körper hat.

Der Einfluss der Sonnenstrahlung auf den menschlichen Körper

Das elektromagnetische Spektrum der Sonnenstrahlung besteht aus infraroten, sichtbaren und ultravioletten Anteilen. Da ihre Quanten haben verschiedene Energien, dann haben sie eine vielfältige Wirkung auf den Menschen.

Innenbeleuchtung

Auch die hygienische Bedeutung der Sonnenstrahlung ist äußerst hoch. Denn sichtbares Licht ist ein entscheidender Faktor bei der Gewinnung von Informationen über Außenwelt, ist es notwendig, für eine ausreichende Beleuchtung des Raumes zu sorgen. Die Regulierung erfolgt gemäß SNiP, das für die Sonneneinstrahlung unter Berücksichtigung der Licht- und Klimaeigenschaften verschiedener geografischer Zonen erstellt und bei der Planung und dem Bau verschiedener Anlagen berücksichtigt wird.

Schon eine oberflächliche Analyse des elektromagnetischen Spektrums der Sonnenstrahlung beweist, wie groß der Einfluss dieser Strahlungsart auf den menschlichen Körper ist.

Verteilung der Sonnenstrahlung über die Erdoberfläche

Nicht die gesamte Strahlung der Sonne erreicht die Erdoberfläche. Und dafür gibt es viele Gründe. Die Erde wehrt den Angriff der Strahlen, die ihre Biosphäre zerstören, standhaft ab. Diese Funktion übernimmt der Ozonschild unseres Planeten, der den aggressivsten Teil nicht durchlässt. UV-Strahlung. Ein atmosphärischer Filter in Form von Wasserdampf, Kohlendioxid und in der Luft schwebenden Staubpartikeln reflektiert, streut und absorbiert weitgehend die Sonnenstrahlung.

Der Teil davon, der alle diese Hindernisse überwunden hat, fällt je nach Breitengrad des Gebiets in unterschiedlichen Winkeln auf die Erdoberfläche. Die lebensspendende Wärme der Sonne ist ungleichmäßig über das Territorium unseres Planeten verteilt. Da sich die Höhe der Sonne über dem Horizont im Laufe des Jahres ändert, ändert sich auch die Luftmasse, durch die der Weg der Sonnenstrahlen verläuft. All dies beeinflusst die Verteilung der Sonnenstrahlungsintensität auf dem Planeten. Die allgemeine Tendenz ist folgende: Dieser Parameter nimmt vom Pol zum Äquator zu, da je größer der Einfallswinkel der Strahlen ist, desto mehr Wärme fällt pro Flächeneinheit.

Mithilfe von Sonnenstrahlungskarten können Sie sich ein Bild von der Verteilung der Sonnenstrahlungsintensität über die Erdoberfläche machen.

Der Einfluss der Sonnenstrahlung auf das Erdklima

Der Infrarotanteil der Sonnenstrahlung hat entscheidenden Einfluss auf das Klima der Erde.

Es ist klar, dass dies nur geschieht, wenn die Sonne über dem Horizont steht. Dieser Einfluss hängt von der Entfernung unseres Planeten von der Sonne ab, die sich im Laufe des Jahres ändert. Die Erdumlaufbahn ist eine Ellipse, in der sich die Sonne befindet. Auf ihrer jährlichen Reise um die Sonne entfernt sich die Erde entweder von ihrem Stern oder nähert sich ihm.

Neben der Entfernungsänderung wird die Menge der die Erde erreichenden Strahlung durch die Neigung der Erdachse zur Orbitalebene (66,5°) und den dadurch verursachten Wechsel der Jahreszeiten bestimmt. Im Sommer ist es größer als im Winter. Am Äquator gibt es diesen Faktor nicht, aber mit zunehmender Breite des Beobachtungsortes wird die Kluft zwischen Sommer und Winter erheblich.

Bei den auf der Sonne ablaufenden Prozessen kommt es zu Katastrophen aller Art. Ihre Auswirkungen werden teilweise durch enorme Entfernungen, die schützenden Eigenschaften der Erdatmosphäre usw. ausgeglichen Magnetfeld Erde.

So schützen Sie sich vor Sonneneinstrahlung

Der Infrarotanteil der Sonnenstrahlung ist die begehrte Wärme, auf die sich die Bewohner mittlerer und nördlicher Breiten in allen anderen Jahreszeiten freuen. Der Gesundheitsfaktor Sonnenstrahlung wird sowohl von gesunden als auch kranken Menschen genutzt.

Wir dürfen jedoch nicht vergessen, dass Hitze ebenso wie ultraviolette Strahlung ein sehr starker Reizstoff ist. Der Missbrauch ihrer Wirkung kann zu Verbrennungen, allgemeiner Überhitzung des Körpers und sogar zur Verschlimmerung chronischer Krankheiten führen. Beim Sonnenbaden sollten Sie sich an bewährte Regeln halten. Beim Sonnenbaden an klaren, sonnigen Tagen ist besondere Vorsicht geboten. Säuglinge und ältere Menschen, Patienten mit chronischer Tuberkulose und Problemen mit dem Herz-Kreislauf-System sollten sich im Schatten mit diffuser Sonneneinstrahlung begnügen. Dieses ultraviolette Licht reicht völlig aus, um den Bedarf des Körpers zu decken.

Auch junge Menschen, die keine besonderen gesundheitlichen Probleme haben, sollten vor Sonneneinstrahlung geschützt werden.

Nun ist eine Bewegung entstanden, deren Aktivisten sich gegen das Bräunen aussprechen. Und das nicht umsonst. Gebräunte Haut ist zweifellos schön. Aber das vom Körper produzierte Melanin (was wir Bräunung nennen) ist seine Schutzreaktion auf Sonneneinstrahlung. Es gibt keine Vorteile durch Bräunen! Es gibt sogar Hinweise darauf, dass Bräunen das Leben verkürzt, da Strahlung eine kumulative Eigenschaft hat – sie sammelt sich ein Leben lang an.

Wenn die Situation so ernst ist, sollten Sie die Regeln zum Schutz vor Sonneneinstrahlung genau befolgen:

• Begrenzen Sie die Bräunungszeit streng und führen Sie die Bräunung nur zu sicheren Zeiten durch.
• Bei starker Sonneneinstrahlung sollten Sie einen breitkrempigen Hut, geschlossene Kleidung, eine Sonnenbrille und einen Regenschirm tragen.
• Verwenden Sie nur hochwertige Sonnenschutzmittel.

Ist Sonneneinstrahlung zu jeder Jahreszeit gefährlich für den Menschen? Die Menge der Sonnenstrahlung, die die Erde erreicht, hängt mit dem Wechsel der Jahreszeiten zusammen. In mittleren Breiten sind es im Sommer 25 % mehr als im Winter. Am Äquator gibt es keinen Unterschied, aber mit zunehmender Breite des Beobachtungsortes nimmt dieser Unterschied zu. Dies liegt daran, dass unser Planet in einem Winkel von 23,3 Grad zur Sonne geneigt ist. Im Winter liegt er tief über dem Horizont und beleuchtet den Boden nur mit gleitenden Strahlen, die die beleuchtete Oberfläche weniger aufheizen. Diese Position der Strahlen bewirkt ihre Verteilung über größere Oberfläche, was ihre Intensität im Vergleich zum Sommersturz verringert. Darüber hinaus die Präsenz spitzer Winkel Wenn Strahlen die Atmosphäre durchdringen, „verlängert“ dies ihren Weg, wodurch sie mehr Wärme verlieren. Dieser Umstand verringert die Auswirkungen der Sonneneinstrahlung im Winter.

Die Sonne ist ein Stern, der für unseren Planeten Wärme und Licht liefert. Es „kontrolliert“ das Klima, den Wechsel der Jahreszeiten und den Zustand der gesamten Biosphäre der Erde. Und nur die Kenntnis der Gesetze dieses mächtigen Einflusses wird es uns ermöglichen, dieses lebensspendende Geschenk zum Wohle der Gesundheit der Menschen zu nutzen.

Die wichtigste Quelle, aus der die Erdoberfläche und die Erdatmosphäre Wärmeenergie beziehen, ist die Sonne. Es sendet eine enorme Menge Strahlungsenergie in den kosmischen Raum: Wärme, Licht, Ultraviolett. Von der Sonne ausgesendet Elektromagnetische Wellen breiten sich mit einer Geschwindigkeit von 300.000 km/s aus.

Die Erwärmung der Erdoberfläche hängt vom Einfallswinkel der Sonnenstrahlen ab. Alle Sonnenstrahlen treffen parallel zueinander auf der Erdoberfläche ein, aber da die Erde kugelförmig ist, fallen die Sonnenstrahlen in unterschiedlichen Winkeln auf verschiedene Teile ihrer Oberfläche. Steht die Sonne im Zenit, fallen ihre Strahlen senkrecht und die Erde erwärmt sich stärker.

Die gesamte Menge der von der Sonne gesendeten Strahlungsenergie wird als bezeichnet Sonnenstrahlung, Sie wird normalerweise in Kalorien pro Oberflächeneinheit und Jahr ausgedrückt.

Sonneneinstrahlung bestimmt Temperaturregime Lufttroposphäre der Erde.

Es ist zu beachten, dass die Gesamtmenge der Sonnenstrahlung mehr als das Zweimilliardenfache der von der Erde aufgenommenen Energiemenge beträgt.

Strahlung, die die Erdoberfläche erreicht, besteht aus direkter und diffuser Strahlung.

Als Strahlung bezeichnet man Strahlung, die direkt von der Sonne in Form von direktem Sonnenlicht unter einem wolkenlosen Himmel auf die Erde gelangt gerade. Sie trägt größte Zahl Wärme und Licht. Wenn unser Planet keine Atmosphäre hätte, würde die Erdoberfläche nur direkte Strahlung erhalten.

Allerdings wird etwa ein Viertel der Sonnenstrahlung beim Durchgang durch die Atmosphäre durch Gasmoleküle und Verunreinigungen gestreut und weicht vom direkten Weg ab. Einige von ihnen erreichen die Erdoberfläche und bilden sich gestreute Sonnenstrahlung. Dank Streustrahlung dringt Licht an Stellen vor, an denen direktes Sonnenlicht (Direktstrahlung) nicht eindringt. Diese Strahlung erzeugt Tageslicht und verleiht dem Himmel Farbe.

Gesamte Sonneneinstrahlung

Alle Sonnenstrahlen erreichen die Erde gesamte Sonneneinstrahlung, also die Gesamtheit der direkten und diffusen Strahlung (Abb. 1).

Reis. 1. Gesamte Sonneneinstrahlung für das Jahr

Verteilung der Sonnenstrahlung über die Erdoberfläche

Die Sonnenstrahlung ist auf der Erde ungleichmäßig verteilt. Es kommt darauf an:

1. von der Luftdichte und Luftfeuchtigkeit – je höher sie sind, desto weniger Strahlung erhält die Erdoberfläche;

2. Abhängig von der geografischen Breite des Gebiets nimmt die Strahlungsmenge von den Polen zum Äquator zu. Die Menge der direkten Sonnenstrahlung hängt von der Länge des Weges ab, den die Sonnenstrahlen durch die Atmosphäre zurücklegen. Steht die Sonne im Zenit (der Einfallswinkel der Strahlen beträgt 90°), treffen ihre Strahlen auf die Erde der kürzeste Weg und geben ihre Energie intensiv an eine kleine Fläche ab. Auf der Erde geschieht dies im Band zwischen 23° N. w. und 23° S. sh., also zwischen den Tropen. Wenn man sich von dieser Zone nach Süden oder Norden entfernt, nimmt die Weglänge der Sonnenstrahlen zu, das heißt, der Einfallswinkel auf der Erdoberfläche nimmt ab. Die Strahlen beginnen in einem kleineren Winkel auf die Erde zu fallen, als ob sie gleiten würden, und nähern sich der Tangente im Bereich der Pole. Dadurch wird der gleiche Energiefluss auf eine größere Fläche verteilt, sodass die Menge der reflektierten Energie zunimmt. So ist in der Äquatorregion, wo die Sonnenstrahlen in einem Winkel von 90° auf die Erdoberfläche fallen, die Menge der direkten Sonnenstrahlung, die die Erdoberfläche empfängt, höher, und je weiter wir uns den Polen nähern, desto stärker wird sie nimmt ab. Darüber hinaus hängt die Länge des Tages vom Breitengrad des Gebiets ab. andere Zeiten Jahr, das auch die Menge der Sonnenstrahlung bestimmt, die auf die Erdoberfläche gelangt;

3. aus der jährlichen und täglichen Bewegung der Erde – in den mittleren und hohen Breiten variiert der Zustrom der Sonnenstrahlung je nach Jahreszeit stark, was mit Veränderungen des Mittagsstandes der Sonne und der Tageslänge verbunden ist;

4. Von der Beschaffenheit der Erdoberfläche – je heller die Oberfläche, desto mehr Sonnenlicht reflektiert sie. Die Fähigkeit einer Oberfläche, Strahlung zu reflektieren, nennt man Albedo(vom lateinischen Weißsein). Schnee reflektiert Strahlung besonders stark (90 %), Sand schwächer (35 %) und Schwarzerde noch schwächer (4 %).

Die Erdoberfläche absorbiert Sonnenstrahlung (absorbierte Strahlung), erwärmt sich und strahlt Wärme in die Atmosphäre ab (reflektierte Strahlung). Die unteren Schichten der Atmosphäre blockieren die terrestrische Strahlung weitgehend. Die von der Erdoberfläche absorbierte Strahlung wird zur Erwärmung von Boden, Luft und Wasser verwendet.

Als Strahlung bezeichnet man den Teil der Gesamtstrahlung, der nach Reflexion und Wärmestrahlung von der Erdoberfläche übrig bleibt Strahlungsbilanz. Die Strahlungsbilanz der Erdoberfläche schwankt im Tagesverlauf und je nach Jahreszeit, im Jahresdurchschnitt ist sie jedoch unterschiedlich positiver WertÜberall außer in den Eiswüsten Grönlands und der Antarktis. Die Strahlungsbilanz erreicht ihre Maximalwerte in niedrigen Breiten (zwischen 20° N und 20° S) – über 42*10 2 J/m 2 , bei einer Breite von etwa 60° in beiden Hemisphären sinkt sie auf 8*10 2 - 13*10 2 J/m 2.

Die Sonnenstrahlen geben bis zu 20 % ihrer Energie an die Atmosphäre ab, die sich über die gesamte Luftschicht verteilt, weshalb die dadurch verursachte Erwärmung der Luft relativ gering ist. Die Sonne erwärmt die Erdoberfläche, wodurch Wärme übertragen wird atmosphärische Luft auf Kosten der Konvektion(von lat. Konvektion- Lieferung), d.h. die vertikale Bewegung der an der Erdoberfläche erhitzten Luft zu deren Ort mehr kalte Luft. Auf diese Weise erhält die Atmosphäre den größten Teil ihrer Wärme – im Durchschnitt dreimal mehr als direkt von der Sonne.

Das Vorhandensein von Kohlendioxid und Wasserdampf verhindert, dass die von der Erdoberfläche reflektierte Wärme ungehindert entweichen kann Raum. Sie kreieren Treibhauseffekt, Dadurch beträgt der Temperaturunterschied auf der Erde tagsüber nicht mehr als 15 °C. Ohne Kohlendioxid in der Atmosphäre würde sich die Erdoberfläche über Nacht um 40-50 °C abkühlen.

Aufgrund der wachsenden Größenordnung Wirtschaftstätigkeit Menschen - Verbrennung von Kohle und Öl in Wärmekraftwerken, Emissionen Industrieunternehmen, zunehmende Automobilemissionen – der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre steigt, was zu einer Erhöhung führt Treibhauseffekt und bedroht den globalen Klimawandel.

Die Sonnenstrahlen treffen, nachdem sie die Atmosphäre passiert haben, auf die Erdoberfläche und erwärmen diese, was wiederum Wärme an die Atmosphäre abgibt. Dies erklärt charakteristisches Merkmal Troposphäre: Abnahme der Lufttemperatur mit der Höhe. Es gibt jedoch Fälle, in denen die höheren Schichten der Atmosphäre wärmer sind als die unteren. Dieses Phänomen nennt man Temperaturinversion(von lateinisch inversio – umdrehen).

Dazhbog bei den Slawen, Apollo bei den alten Griechen, Mithra bei den Indoiranern, Amon Ra bei den alten Ägyptern, Tonatiuh bei den Azteken – im antiken Pantheismus nannten die Menschen den Sonnengott mit diesen Namen.

Seit der Antike haben die Menschen verstanden, was sehr wichtig denn das Leben auf der Erde hat die Sonne, und sie haben sie vergöttert.

Die Leuchtkraft der Sonne ist enorm und beträgt 3,85x10 23 kW. Auf einer Fläche von nur 1 m 2 kann Sonnenenergie einen 1,4-kW-Motor aufladen.

Die Energiequelle ist die thermonukleare Reaktion, die im Kern des Sterns stattfindet.

Das dabei gebildete 4 He macht fast (0,01 %) des gesamten Heliums der Erde aus.

Der Stern unseres Systems sendet elektromagnetische und korpuskuläre Strahlung aus. MIT draußen Von der Korona der Sonne aus „bläst“ der Sonnenwind, bestehend aus Protonen, Elektronen und α-Teilchen, in den Weltraum. Durch den Sonnenwind gehen jährlich 2-3x10 -14 Massen des Sterns verloren. Magnetische Stürme und Polarlichter werden mit Korpuskularstrahlung in Verbindung gebracht.

Elektromagnetische Strahlung (Sonnenstrahlung) erreicht die Oberfläche unseres Planeten in Form von Direkt- und Streustrahlen. Sein Spektralbereich beträgt:

• UV-Strahlung;
• Röntgenstrahlen;
• γ-Strahlen.

Der kurzwellige Anteil macht nur 7 % der Energie aus. Sichtbares Licht macht 48 % der solaren Strahlungsenergie aus. Es besteht hauptsächlich aus blaugrünem Strahlungsspektrum, 45 % sind Infrarotstrahlung und nur ein kleiner Teil ist Radiostrahlung.

Ultraviolette Strahlung wird je nach Wellenlänge unterteilt in:

Der Großteil der langwelligen ultravioletten Strahlung erreicht die Erdoberfläche. Die Menge an UV-B-Energie, die die Oberfläche des Planeten erreicht, hängt vom Zustand der Ozonschicht ab. UV-C wird fast vollständig von der Ozonschicht und den atmosphärischen Gasen absorbiert. Bereits 1994 schlugen WHO und WMO die Einführung eines Ultraviolettindex (UV, W/m2) vor.

Der sichtbare Teil des Lichts wird von der Atmosphäre nicht absorbiert, Wellen eines bestimmten Spektrums werden jedoch gestreut. Infrarot-Farb- oder Mittelwellen-Wärmeenergie wird hauptsächlich von Wasserdampf und absorbiert Kohlendioxid. Die Quelle des langwelligen Spektrums ist die Erdoberfläche.

Alle oben genannten Bereiche sind für das Leben auf der Erde von großer Bedeutung. Ein erheblicher Teil der Sonnenstrahlung erreicht die Erdoberfläche nicht. An der Oberfläche des Planeten werden folgende Strahlungsarten registriert:

• 1 % Ultraviolett;
• 40 % optisch;
• 59 % Infrarot.

Die Intensität der Sonnenstrahlung hängt ab von:

• Breite;
• Jahreszeit;
• Uhrzeit;
• atmosphärische Bedingungen;
• Merkmale und Relief der Erdoberfläche.

IN verschiedene Punkte Auf der Erde wirkt sich die Sonnenstrahlung auf unterschiedliche Weise auf lebende Organismen aus.

Photobiologische Prozesse, die unter dem Einfluss von Lichtenergie ablaufen, lassen sich je nach ihrer Rolle in folgende Gruppen einteilen:

• Synthese biologisch aktiver Substanzen (Photosynthese);
• photobiologische Prozesse, die bei der Navigation im Raum und bei der Informationsbeschaffung helfen (Phototaxis, Vision, Photoperiodismus);
• schädigende Wirkungen (Mutationen, krebserzeugende Prozesse, zerstörerische Wirkungen auf bioaktive Substanzen).

Lichtstrahlung hat eine stimulierende Wirkung auf photobiologische Prozesse im Körper – die Synthese von Vitaminen, Pigmenten, zelluläre Photostimulation. Die sensibilisierende Wirkung von Sonnenlicht wird derzeit untersucht.

Ultraviolette Strahlung, die auf die Haut einwirkt menschlicher Körper, stimuliert die Synthese der Vitamine D, B4 und Proteine, die viele Regulatoren sind physiologische Prozesse. Ultraviolette Strahlung beeinflusst:

• metabolische Prozesse;
• Immunsystem;
• nervöses System;
• Hormonsystem.

Die sensibilisierende Wirkung ultravioletter Strahlung hängt von der Wellenlänge ab:

Die stimulierende Wirkung des Sonnenlichts äußert sich in einer Erhöhung der spezifischen und unspezifischen Immunität. Beispielsweise reduziert sich bei Kindern, die mäßiger natürlicher UV-Strahlung ausgesetzt sind, die Zahl der Erkältungen um 1/3. Gleichzeitig erhöht sich die Wirksamkeit der Behandlung, es treten keine Komplikationen auf und die Krankheitsdauer verkürzt sich.

Die bakteriziden Eigenschaften kurzwelliger UV-Strahlung werden in der Medizin, der Lebensmittelindustrie und der pharmazeutischen Produktion zur Desinfektion von Umgebungen, Luft und Produkten genutzt. Ultraviolette Strahlung zerstört den Tuberkulosebazillus innerhalb weniger Minuten, Staphylokokken in 25 Minuten und den Erreger von Typhus in 60 Minuten.

Die unspezifische Immunität reagiert auf ultraviolette Strahlung mit einem Anstieg der Komplementtiter und Agglutination sowie einer Erhöhung der Aktivität von Phagozyten. Doch eine erhöhte UV-Strahlung führt zu krankhaften Veränderungen im Körper:

• Hautkrebs;
• Sonnenerythem;
• Schaden Immunsystem, was sich im Auftreten von Sommersprossen, Nävi und Sonnenlentigines äußert.

Sichtbares Sonnenlicht:

• ermöglicht die Gewinnung von 80 % der Informationen mit einem visuellen Analysator;
• beschleunigt Stoffwechselprozesse;
• verbessert die Stimmung und das allgemeine Wohlbefinden;
• wärmt;
• beeinflusst den Zustand des Zentralnervensystems;
• bestimmt den zirkadianen Rhythmus.

Wirkungsniveau Infrarotstrahlung hängt von der Wellenlänge ab:

• langwellig – hat eine schwache Penetrationsfähigkeit und wird größtenteils von der Hautoberfläche absorbiert, was zu Erythemen führt;
• Kurzwelle – dringt tief in den Körper ein und wirkt gefäßerweiternd, schmerzstillend und entzündungshemmend.

Neben ihrer Wirkung auf lebende Organismen ist die Sonnenstrahlung von großer Bedeutung für die Gestaltung des Erdklimas.

Die Bedeutung der Sonnenstrahlung für das Klima

Die Sonne ist die Hauptwärmequelle, die das Klima der Erde prägt. In den frühen Stadien der Erdentwicklung gab die Sonne 30 % weniger Wärme ab als heute. Doch dank der Sättigung der Atmosphäre mit Gasen und Vulkanstaub war das Klima auf der Erde feucht und warm.

Es gibt einen Zyklismus in der Intensität der Sonneneinstrahlung, der zu einer Erwärmung und Abkühlung des Klimas führt. Zyklizität erklärt die Kleine Eiszeit, die im 14.-19. Jahrhundert begann. und Klimaerwärmung im Zeitraum 1900-1950 beobachtet.

In der Geschichte des Planeten gibt es eine Periodizität von Änderungen der Achsenneigung und der Exzentrizität der Umlaufbahn, die die Umverteilung der Sonnenstrahlung auf der Oberfläche verändern und das Klima beeinflussen. Diese Veränderungen spiegeln sich beispielsweise in der Zunahme und Abnahme der Fläche der Sahara wider.

Zwischeneiszeiten dauern etwa 10.000 Jahre. Die Erde befindet sich derzeit in einer Zwischeneiszeit, dem sogenannten Heliozän. Dank früher menschlicher landwirtschaftlicher Aktivitäten dauerte dieser Zeitraum länger als erwartet.

Wissenschaftler haben 35- bis 45-jährige Zyklen des Klimawandels beschrieben, in denen sich ein trockenes und warmes Klima in ein kühles und feuchtes ändert. Sie beeinflussen die Füllung von Binnengewässern, den Pegel des Weltmeeres und Veränderungen der Vereisung in der Arktis.

Die Sonnenstrahlung verteilt sich unterschiedlich. Beispielsweise kam es in den mittleren Breiten im Zeitraum von 1984 bis 2008 zu einem Anstieg der Gesamt- und Direktstrahlung der Sonne und zu einem Rückgang der Streustrahlung. Im Laufe des Jahres sind auch Intensitätsänderungen zu beobachten. Somit tritt der Höhepunkt im Mai-August auf, und das Minimum tritt im auf Winterzeit.

Da die Höhe der Sonne und die Dauer der Tageslichtstunden in Sommerzeit mehr, dann macht dieser Zeitraum bis zu 50 % der gesamten Jahresstrahlung aus. Und im Zeitraum November bis Februar nur 5 %.

Die Menge der Sonnenstrahlung, die auf eine bestimmte Erdoberfläche fällt, beeinflusst wichtige Klimaindikatoren:

• Temperatur;
• Feuchtigkeit;
• Atmosphärendruck;
• Trübung;
• Niederschlag;
• Windgeschwindigkeit.

Eine Zunahme der Sonneneinstrahlung erhöht die Temperatur und den Luftdruck, andere Eigenschaften stehen im umgekehrten Verhältnis. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Höhe der Gesamt- und Direktstrahlung der Sonne den größten Einfluss auf das Klima hat.

Sonnenschutzmaßnahmen

Sonneneinstrahlung wirkt sensibilisierend und schädigend auf den Menschen in Form von Hitze und Sonnenstich, negative Auswirkung Strahlung auf die Haut. Jetzt große Menge Prominente haben sich der Anti-Bräunungsbewegung angeschlossen.

Angelina Jolie zum Beispiel sagt, dass sie nicht mehrere Jahre ihres Lebens für zwei Wochen Bräunen opfern möchte.

Um sich vor Sonneneinstrahlung zu schützen, müssen Sie:

1. Sonnenbaden in den Morgen- und Abendstunden ist die sicherste Zeit;
2. eine Sonnenbrille tragen;
3. während der Zeit aktiver Sonne:

• bedecken Sie den Kopf und offene Körperbereiche;
• Verwenden Sie Sonnenschutzmittel mit UV-Filter.
• spezielle Kleidung kaufen;
• Schützen Sie sich mit einem breitkrempigen Hut oder Sonnenschirm.
• Trinkregime beachten;
• Vermeiden Sie intensive körperliche Aktivität.

Bei kluger Anwendung wirkt sich die Sonnenstrahlung positiv auf den menschlichen Körper aus.

Die Intensität des Sonnenlichts, das die Erde erreicht, variiert je nach Tageszeit, Jahreszeit, Standort und Wetterbedingungen. Die pro Tag oder pro Jahr berechnete Gesamtenergiemenge wird Einstrahlung (oder auch „einfallende Sonnenstrahlung“) genannt und zeigt an, wie stark die Sonneneinstrahlung war. Die Strahlung wird in W*h/m² pro Tag oder einem anderen Zeitraum gemessen.

Die Intensität der Sonnenstrahlung im freien Raum in einer Entfernung, die dem durchschnittlichen Abstand zwischen Erde und Sonne entspricht, wird als Sonnenkonstante bezeichnet. Sein Wert beträgt 1353 W/m². Beim Durchgang durch die Atmosphäre wird das Sonnenlicht hauptsächlich aufgrund der Absorption von Infrarotstrahlung durch Wasserdampf, ultravioletter Strahlung durch Ozon und Streuung der Strahlung durch atmosphärische Staubpartikel und Aerosole gedämpft. Der Indikator für den atmosphärischen Einfluss auf die Intensität der die Erdoberfläche erreichenden Sonnenstrahlung wird „Luftmasse“ (AM) genannt. AM ist definiert als die Sekante des Winkels zwischen Sonne und Zenit.

Abbildung 1 zeigt die spektrale Verteilung der Sonnenstrahlungsintensität in unterschiedliche Bedingungen. Die obere Kurve (AM0) entspricht dem Sonnenspektrum außerhalb der Erdatmosphäre (zum Beispiel an Bord). Raumschiff), d.h. bei einer Luftmasse von Null. Sie wird durch die Verteilung der Strahlungsintensität eines vollständig schwarzen Körpers bei einer Temperatur von 5800 K angenähert. Die Kurven AM1 und AM2 veranschaulichen die spektrale Verteilung der Sonnenstrahlung auf der Erdoberfläche, wenn die Sonne im Zenit steht und sich in einem Winkel dazwischen befindet Sonne und Zenit von jeweils 60°. Die Gesamtstrahlungsleistung beträgt in diesem Fall ca. 925 bzw. 691 W/m². Die mittlere Strahlungsintensität auf der Erde entspricht in etwa der Strahlungsintensität bei AM = 1,5 (die Sonne steht in einem Winkel von 45° zum Horizont).

Nahe der Erdoberfläche kann man es nehmen Durchschnittswert Sonneneinstrahlungsintensität 635 W/m². An einem sehr klaren, sonnigen Tag liegt dieser Wert zwischen 950 W/m² und 1220 W/m². Der Durchschnittswert liegt bei ca. 1000 W/m². Beispiel: Gesamtstrahlungsintensität in Zürich (47°30′N, 400 m über Meer) auf einer Fläche senkrecht zur Strahlung: 1. Mai 12:00 Uhr 1080 W/m²; 21. Dezember 12:00 Uhr 930 W/m².

Um die Berechnung der Sonnenenergieeinstrahlung zu vereinfachen, wird diese üblicherweise in Sonnenstunden mit einer Intensität von 1000 W/m² ausgedrückt. Diese. 1 Stunde entspricht dem Eintreffen einer Sonnenstrahlung von 1000 W*h/m². Dies entspricht in etwa dem Zeitraum, in dem die Sonne im Sommer mitten an einem sonnigen, wolkenlosen Tag auf eine Fläche senkrecht zur Sonneneinstrahlung scheint.

Beispiel
Die helle Sonne scheint mit einer Intensität von 1000 W/m² auf eine Fläche senkrecht zur Sonneneinstrahlung. In 1 Stunde fällt 1 kWh Energie pro 1 m² an (Energie ist gleich Leistung mal Zeit). Ebenso entspricht eine durchschnittliche Sonneneinstrahlung von 5 kWh/m² während des Tages 5 Spitzensonnenscheinstunden pro Tag. Verwechseln Sie die Hauptverkehrszeiten nicht mit den tatsächlichen Tageslichtstunden. Tagsüber scheint die Sonne unterschiedlich stark, aber in der Summe gibt sie die gleiche Energiemenge ab, als würde sie 5 Stunden lang mit maximaler Intensität scheinen. Bei der Berechnung von Solarenergieanlagen werden die Spitzenstunden der Sonneneinstrahlung berücksichtigt.

Das Eintreffen der Sonnenstrahlung variiert im Laufe des Tages und von Ort zu Ort, insbesondere in Berggebieten. Die Einstrahlung schwankt im Durchschnitt zwischen 1000 kWh/m² pro Jahr für nordeuropäische Länder und 2000-2500 kWh/m² pro Jahr für Wüsten. Wetter und die Deklination der Sonne (die vom Breitengrad des Gebiets abhängt) führt auch zu Unterschieden in der Ankunft der Sonnenstrahlung.

Entgegen der landläufigen Meinung gibt es in Russland viele Orte, an denen es rentabel ist, Sonnenenergie in Elektrizität umzuwandeln. Unten finden Sie eine Karte der Solarenergieressourcen in Russland. Wie Sie sehen, kann es in den meisten Teilen Russlands erfolgreich im Saisonmodus und in Gebieten mit mehr als 2000 Sonnenstunden pro Jahr eingesetzt werden – das ganze Jahr. Im Winter natürlich Energiegewinnung Solarplatten wird deutlich reduziert, dennoch bleiben die Stromkosten aus einem Solarkraftwerk deutlich niedriger als aus einem Diesel- oder Benzingenerator.

Besonders vorteilhaft ist der Einsatz dort, wo keine zentralen Stromnetze vorhanden sind und die Energieversorgung über Dieselgeneratoren erfolgt. Und in Russland gibt es viele solcher Gebiete.

Darüber hinaus können die Energiekosten auch bei vorhandenen Netzen durch den Einsatz parallel zum Netz betriebener Solarmodule erheblich gesenkt werden. Angesichts des aktuellen Trends zu steigenden Tarifen natürlicher Energiemonopole in Russland, Installationen Solarplatten wird zu einer klugen Investition.