Количество солнечного тепла и света поступающего на земную поверхность: Впишите пропущенные слова. Количество солнечного тепла и света, поступающего на земную поверхность, зависит от

Содержание

ГДЗ География 6 класс. Рабочая тетрадь Летягин А.А. 2020 » Страница 46 » Shkola.Center

Урок 24. Как нагревается атмосферный воздух (§ 24) стр.61

Мы ответим на следующие вопросы.

1. Какая часть солнечного тепла и света достигает земной поверхности?

На пути солнечной энергии к поверхности Земли находится атмосфера. Она поглощает часть энергии, часть пропускает к земной поверхности, а часть отражает обратно в космос. Атмосфера поглощает около 17% энергии, отражает — около 31%, а пропускает к поверхности Земли оставшиеся 49%.

2. Почему не весь поток солнечной энергии доходит до земной поверхности?

Источниками энергии всех процессов, происходящих на поверхности Земли, является Солнце и недра нашей планеты. Солнце — главный источник. К верхней границе атмосферы доходит одна двухмиллиардная доля энергии, излучаемой Солнцем. Однако даже такая малая доля солнечной энергии полностью не достигает поверхности Земли.

Часть солнечных лучей поглощается, рассеивается в тропосфере и отражается обратно в космическое пространство, а часть доходит до Земли и поглощается ею. тратится на ее нагрев.

Нагрев атмосферного воздуха. Температура нижних слоев атмосферного воздуха зависит от температуры поверхности, над которой оно находится. Солнечные лучи, проходя сквозь прозрачный воздух, почти не нагревает его, наоборот, через облака и содержание примесей оно рассеивается, теряя часть энергии. Зато, как мы уже отмечали, нагревается земная поверхность, и уже от нее прогревается воздух.

3. Что называют подстилающей поверхностью?

Подстилающая поверхность — поверхность земли, которая взаимодействует с атмосферой, обменивается с ней теплом и влагой.

4. От каких условий зависит нагрев подстилающей поверхности?

Количество солнечного тепла и света, поступающего на земную поверхность, зависит от угла падения солнечных лучей. Чем выше Солнце над горизонтом, тем выше угол падения солнечных лучей, тем больше солнечной энергии получает подстилающая поверхность.

5. Что нагревает атмосферный воздух?

Солнечные лучи, проходя через атмосферу, мало ее нагревают. Нагревание атмосферы происходит от поверхности Земли, которая, поглощая солнечную энергию, превращает ее в тепловую. Частицы воздуха, соприкасаясь с нагретой поверхностью, получают тепло и уносят его в атмосферу. Так нагреваются нижние слои атмосферы. Очевидно, чем больше получает поверхность Земли солнечной радиации, тем сильнее она нагревается, тем сильнее нагревается от нее воздух.

6. Почему температура воздуха преимущественно понижается с высотой?

Атмосфера нагревается главным образом за счет энергии, поглощенной поверхностью. Поэтому температура воздуха понижается с высотой.

7. Как изменяется температура воздуха в течении дня?

Температура воздуха всегда меняется на протяжении суток. Она зависит от количества солнечного тепла, которое поступает на Землю. Самые высокие температуры на протяжении дня всегда в полдень, потому что в это время Солнце поднимается на самую большую высоту. Значит обогревает большую площадь. Далее оно начинает снижаться и температура так же понижается. На протяжении 24 часов самая низкая температура наблюдается ближе к утру (в 3-4 часа ночи). После восхода Солнца температура обратно начинает подыматься.

8. В какое время суток наблюдается максимальная и минимальная температура воздуха?

Минимальной температура воздуха будет в предрассветные часы. Это происходит потому, что всю ночь солнце находилось за горизонтом и воздух остывал. Максимальная температура воздуха обычно наблюдается в районе полудня, когда солнце достигает зенита и угол падения солнечных лучей максимальный. В это время дня и отмечается максимальная дневная температура, которая после полудня, как правило, начинает идти на убыль. А после заката, солнце вовсе перестает согревать землю и температура воздуха начинает стремиться к своей минимальной отметке.

Мы исследуем условия нагрева подстилающей поверхности и научимся объяснять изменения температуры воздуха в течении суток.

Урок 24. Как нагревается атмосферный воздух (§24) — Рабочая тетрадь 6 класс

Мы ответим на следующие вопросы.

1. Какая часть солнечного тепла и света достигает земной поверхности?

На пути солнечной энергии к поверхности Земли находится атмосфера. Она поглощает часть энергии, часть пропускает к земной поверхности, а часть отражает обратно в космос. Атмосфера поглощает около 17% энергии, отражает — около 31%, а пропускает к поверхности Земли оставшиеся 49%.

2. Почему не весь поток солнечной энергии доходит до земной поверхности?

Источниками энергии всех процессов, происходящих на поверхности Земли, является Солнце и недра нашей планеты. Солнце — главный источник. К верхней границе атмосферы доходит одна двухмиллиардная доля энергии, излучаемой Солнцем. Однако даже такая малая доля солнечной энергии полностью не достигает поверхности Земли. Часть солнечных лучей поглощается, рассеивается в тропосфере и отражается обратно в космическое пространство, а часть доходит до Земли и поглощается ею. тратится на ее нагрев. Нагрев атмосферного воздуха. Температура нижних слоев атмосферного воздуха зависит от температуры поверхности, над которой оно находится. Солнечные лучи, проходя сквозь прозрачный воздух, почти не нагревает его, наоборот, через облака и содержание примесей оно рассеивается, теряя часть энергии. Зато, как мы уже отмечали, нагревается земная поверхность, и уже от нее прогревается воздух.

3. Что называют подстилающей поверхностью?

Подстилающая поверхность — поверхность земли, которая взаимодействует с атмосферой, обменивается с ней теплом и влагой.

4. От каких условий зависит нагрев подстилающей поверхности?

Количество солнечного тепла и света, поступающего на земную поверхность, зависит от угла падения солнечных лучей. Чем выше Солнце над горизонтом, тем выше угол падения солнечных лучей, тем больше солнечной энергии получает подстилающая поверхность.

5. Что нагревает атмосферный воздух?

Солнечные лучи, проходя через атмосферу, мало ее нагревают. Нагревание атмосферы происходит от поверхности Земли, которая, поглощая солнечную энергию, превращает ее в тепловую. Частицы воздуха, соприкасаясь с нагретой поверхностью, получают тепло и уносят его в атмосферу. Так нагреваются нижние слои атмосферы. Очевидно, чем больше получает поверхность Земли солнечной радиации, тем сильнее она нагревается, тем сильнее нагревается от нее воздух.

6. Почему температура воздуха преимущественно понижается с высотой?

Атмосфера нагревается главным образом за счет энергии, поглощенной поверхностью. Поэтому температура воздуха понижается с высотой.

7. Как изменяется температура воздуха в течении дня?

Температура воздуха всегда меняется на протяжении суток. Она зависит от количества солнечного тепла, которое поступает на Землю. Самые высокие температуры на протяжении дня всегда в полдень, потому что в это время Солнце поднимается на самую большую высоту. Значит обогревает большую площадь. Далее оно начинает снижаться и температура так же понижается. На протяжении 24 часов самая низкая температура наблюдается ближе к утру (в 3-4 часа ночи). После восхода Солнца температура обратно начинает подыматься.

8. В какое время суток наблюдается максимальная и минимальная температура воздуха?

Минимальной температура воздуха будет в предрассветные часы. Это происходит потому, что всю ночь солнце находилось за горизонтом и воздух остывал. Максимальная температура воздуха обычно наблюдается в районе полудня, когда солнце достигает зенита и угол падения солнечных лучей максимальный. В это время дня и отмечается максимальная дневная температура, которая после полудня, как правило, начинает идти на убыль. А после заката, солнце вовсе перестает согревать землю и температура воздуха начинает стремиться к своей минимальной отметке.



Мы исследуем условия нагрева подстилающей поверхности и научимся объяснять изменения температуры воздуха в течении суток.

1. Солнечные лучи в атмосфере

  • На рисунке подпишите значения долей (в %) солнечной энергии, поглощенной Землей и отраженной ею в космическое пространство.




2. Подстилающая поверхность

Впишите пропущенные слова.

Земную поверхность, которая взаимодействует с атмосферой, участвуя в обмене теплом и влагой, называют подстилающей поверхностью.

Впишите пропущенные слова.

Количество солнечного тепла и света, поступающего на земную поверхность, зависит от угла падения солнечных лучей. Чем выше Солнце над горизонтом, тем больше угол падения солнечных лучей, тем больше солнечной энергии получает подстилающая поверхность.

Укажите, какую часть солнечной энергии поглощают различные виды подстилающей поверхности.




3. Изменение температуры воздуха в течение суток. По данным наблюдений за погодой в Москве 16 апреля 2013 г. (см. табл.) проанализируйте изменение температуры воздуха в течение суток. Время восхода и захода Солнца, максимальной высоты Солнца над горизонтом узнайте в Интернете по ссылке http://voshod-solnca.ru/.
Ночью температура воздуха понижалась от +14°С (в 20 ч), достигнув своего минимального значения +5°С (в 5 ч.). В течение этого времени подстилающая поверхность не освещалась Солнцем, поэтому охлаждалась, приземный слой воздуха также охлаждался.

Восход Солнца произошел в 5 ч. 39 мин. В течение 4 часов после восхода Солнца незначительно нагревало подстилающую поверхность, так как угол падения солнечных лучей был в это время был небольшой. С подъемом Солнца над горизонтом угол падения солнечных лучей увеличивается, подстилающая поверхность все больше нагревается, отдавая свое тепло нижнему слою воздуха.

Подъем температуры воздуха был отмечен между 9 и 14 часами, т.е. через 3 часа после восхода Солнца. Наибольшая высота Солнца наблюдалась в истинный полдень (12 ч. 40 мин.) После полудня подстилающая поверхность продолжала прогреваться, поэтому температура воздуха продолжала расти от +13°С (в 12 ч) до +16°С (в 14 ч.).

Солнце клонилось к закату, подстилающая поверхность все меньше получала тепла, и ее температура стала понижаться. Теперь уже воздух отдавал свое тепло подстилающей поверхности. С 20 часов температура воздуха стала понижаться от максимального значения +16°С (в 19 часов) до полуночи. В ночные часы следующего дня температура воздуха продолжала понижаться.

Таким образом, суточный ход температуры воздуха в Москве 16 апреля 2013 г. Характеризуется ночным понижением до минимального значения +3°С (в 7 ч) и дневным повышением до максимального значения +16°С (в 14 ч.) Суточная амплитуда температуры воздуха составила +16°С — +3°С = 13°С.



Школа географа-следопыта

Выполните работу на с. 126 учебника. Запишите ответы на следующие вопросы.

Изменился ли поток свет от лампы при изменении положения картонного квадрата без выреза? Нужно наглядно провести опыт и записать последовательно по учебнику.

Да, изменялся

Как изменилась площадь освещенной части при последовательном увеличении угла падения лучей на поверхность картонного квадрата без выреза? Нужно наглядно провести опыт и записать последовательно по учебнику.

При увеличении угла падения лучей площадь освещенной части тоже увеличивалась.

Изменилось ли количество света на единицу площади освещенной части (например, на 1 см.)? Нужно наглядно провести опыт и записать последовательно по учебнику. 

Да, так как площадь увеличивалась, сответственно, и количество света на единицу площади освященной части изменялось.


Поступление тепла в атмосферу

Солнечная радиация является единственным источником тепла, поступающего на земную поверхность и в различные слои атмосферы. Путь, который проходит энергия солнечных лучей до перехода ее в тепловую, довольно сложен.


Современные исследования солнечной радиации (так называемые актинометрические исследования) показали, что солнечные лучи до поступления в атмосферу приносят в 1 минуту около 1.92 калорий на 1 см2 перпендикулярной к лучам поверхности. Значит, если на пути солнечного луча вне пределов атмосферы поставить перпендикулярно к нему зачерненную пластинку в 1 см2, то эта пластинка получит количество тепла, способное повысить температуру 1 см3 (1 г) воды на 1.92° Ц. Это так называемая «солнечная постоянная».

По мере прохождения луча вглубь атмосферы его интенсивность постепенно уменьшается. Потери энергии солнечного луча происходят потому, что атмосферный воздух не является совершенно прозрачным. Он частично поглощает эту энергию, превращая ее в тепловую.

Кривая, показывающая интенсивность лучей волн различной длины (выраженных в миллионных долях сантиметра) в солнечном спектре. Сплошная кривая дает остаток этой энергии после прохождения солнечного луча сквозь слой атмосферы. На этом рисунке видно, что наибольшие потери испытывают длинные лучи. Они находятся в невидимой инфракрасной части спектра. Участок кривой солнечного спектра, соответствующий видимым лучам (над незаштрихованной частью нижней полосы), испытывает сравнительно небольшие потери, так как эти лучи непосредственно поглощает атмосферный воздух. Кроме этого поглощения, энергия солнечного луча рассеивается частичками пыли в атмосфере и молекулами воздуха.

Наибольшее рассеяние испытывают лучи коротких волн, входящие в состав солнечного луча, а именно: голубые, фиолетовые и ультрафиолетовые лучи. Наоборот, желтые и красные лучи солнечного спектра рассеиваются в атмосфере в наименьшей степени. Потеря энергии солнечного луча зависит от пути, который он проходит в атмосфере, и, следовательно, от наклона его к земной поверхности. Если солнце находится в зените, этот путь будет наименьшим. По мере приближения его к горизонту длина пути увеличивается, достигая максимальных размеров, когда солнце находится около горизонта.

С приближением солнца к горизонту количество фиолетовых лучей сильно убывает. Относительное же значение красных возрастает, так как они, и в особенности инфракрасные лучи, менее остальных рассеиваются в атмосфере. Это обстоятельство используется при устройстве аэромаяков. Максимум световой энергии аэромаяка сосредоточен у красной части спектра.

Полезно применять красные и желтые светофильтры для световых огней. В противном случае голубые лучи данного источника света не только не улучшают освещения местности, но при туманной погоде ухудшают его. Кругом них образуется световая дымка, так как эти лучи сильнее других рассеиваются туманом.

Огромное значение приведенных выше факторов показывают снимки, сделанные одним и тем же аппаратом, но с пластинками, чувствительными к различным световым лучам. Отдаленная гора на снимке в ультрафиолетовых лучах не видна. Она совершенно затуманена. В световых лучах, чувствительных для глаза, эта же гора видна очень слабо, как бы за вуалью. Снимок же в инфракрасных лучах дает все детали горы без признаков вуали. При работе со светофильтрами не следует забывать об основах безопасности поведения и работы.

Получая тепло от прямых солнечных лучей, земная поверхность поглощает в некоторых случаях и значительное количество энергии от рассеянного света. Рассеянный свет излучается атмосферой и находящимися в ней облачными слоями. Это имеет особенное значение для северных районов, с большим количеством облачных дней.

Остаток энергии солнечного луча, поступивший на земную поверхность, поглощается ею почти полностью. Нагревание зависит как от степени поглощения луча земной поверхностью, так и от теплоемкости последней.

Черная земля, песок, каменистые участки почти полностью поглощают солнечную энергию. Теплоемкость таких участков сравнительно невелика, и нагревание их происходит особенно интенсивно.

Наоборот, влажные участки, участки, покрытые растительностью, и пр. поглощают сравнительно меньшее количество солнечной радиации. Кроме того, они обладают, вследствие присутствия воды, сравнительно большой теплоемкостью. Нагревание таких участков должно происходить значительно менее интенсивно, чем первых.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Распределение солнечного света и тепла на Земле. Причины, влияющие на климат

Все мы знаем о том, что на смену теплому солнечному лету всегда приходит осень, а на смену осени – холодная зима. В марте начинается весна, появляются зелёные листья на деревьях, природа пробуждается. Затем наступает снова лето и все повторяется заново.

Разнообразен и климат на Земле. В некоторых частях Земли круглый год светит солнце, там очень тепло и выпадает много осадков, например, как на экваторе. А в некоторых частях – круглый год стоят лютые морозы, и выпадает очень мало осадков, например, как на полюсах.

Почему же на Земле происходит смена пор года, и отчего зависит климат той или иной территории?

На территории нашей страны выделяют четыре поры года. Зимой практически на всей территории России очень холодно, солнце находится очень низко над горизонтом, ночи длинные, а дни короткие, но с началом весны температура воздуха поднимается и становится теплее. Высота солнца над горизонтом становится больше, продолжительность дня постепенно увеличивается, а ночи – уменьшается. Летом солнце находится высоко над горизонтом, поэтому в эту пору года наблюдаются самые высокие температуры воздуха. С приходом осени высота солнца над горизонтом снова уменьшается, продолжительность ночи увеличивается, а дня уменьшается.

Проанализировав процесс смены пор года, можно сделать вывод, что чем выше над горизонтом находится солнце, тем более отвесно его лучи падают на земную поверхность, а, значит, и больше тепла она получает.

Почему высота солнца над горизонтом постоянно изменяется?

Земля вращается вокруг центра Солнечной системы. Ее ось проходит не перпендикулярно плоскости орбиты, а наклонена на 66,50С. Поэтому получается, что в течение года солнце в большей степени освещает то северное, то южное полушарие.

В течение июня, июля и августа солнце больше освещает северное полушарие, поэтому здесь в это время наблюдается лето. Самое высокое положение Солнца над горизонтом наблюдается 22 июня. Это день летнего солнцестояния. В этот день в северном полушарии наблюдается самый длинный день, и самая короткая ночь.

22 июня Солнце находится в зените на параллели 23,50 северной широты. Эту параллель называют северным тропиком.

Что же в это время происходит в Южном полушарии?

Здесь все наоборот. Из-за того, что Земля повёрнута к Солнцу больше северным полушарием, южное полушарие получает намного меньше солнечного тепла. Поэтому июнь, июль и август здесь являются зимними месяцами. В это время здесь наблюдается самая длинная ночь и самый короткий день.

Через полгода земля находится на орбите в диаметрально противоположном положении. Солнце больше освещает южное полушарие. Здесь начинается лето. Такое положение земли приходится на декабрь, январь и февраль. День, когда в южном полушарии Солнце имеет наибольшую высоту над горизонтом, называют днём зимнего солнцестояния. Это 22 декабря. В этот день в южном полушарии наблюдается самый длинный день, и самая короткая ночь. В северном полушарии, наоборот: в день зимнего солнцестояния здесь самая длинная ночь и самый короткий день. В этот день Солнце в южном полушарии находится в зените на параллели 23,50 южной широты. Эту параллель называют южным тропиком. К северу от северного тропика и к югу от южного тропика солнце никогда не бывает в зените.

Северный и южный тропики имеют еще одно название – тропик Рака и тропик Козерога соответственно. Такое название появилось от созвездий Рака и Козерога, в которые входило Солнце 2000 лет назад в момент летнего и зимнего солнцестояния.

Два раза в год Солнце освещает северное и южное полушария нашей планеты равномерно. Это наблюдается тогда, когда земная ось становится перпендикулярно к плоскости орбиты и солнечные лучи отвесно падают на экватор. Эти дни 21 марта и 23 сентября называют днями весеннего и осеннего равноденствия. Они знаменуют переход Солнца из одного полушария в другое. В любой точке Земли 21 марта и 23 сентября день равен ночи.

На земле есть такие места, где ночь или день длятся 6 месяцев. Такое явление можно наблюдать на северном и южном полюсах.

В день летнего солнцестояния, 22 июня, в северном полушарии на параллели 66,50 северной широты в течение суток Солнце не заходит за горизонт, т.е. здесь наблюдается полярный день. А в это время в южном полушарии на параллели 66,50 южной широты наблюдается полярная ночь.

В день зимнего солнцестояния, 22 декабря, наоборот, в южном полушарии наступает полярный день, а в северном – полярная ночь. Параллели 66,50 северной и южной широты называют соответственно северным полярным кругом и южным полярным кругом.

При продвижении к северу от северного полярного круга и к югу от южного полярного круга продолжительность полярного дня и ночи увеличивается и на полюсах составляет до полугода.

Тропики и полярные круги делят землю на пояса освещенности, которые отличаются получаемым от Солнца количеством тепла и света. Их всего пять.

Между северным и южным тропиками находится тропический или жаркий пояс. Здесь земная поверхность получает наибольшее количество тепла от солнца.

Между полярными кругами и полюсами земли находятся полярные области. Эти территории получают наименьшее количество тепла на земной поверхности.

Между полярными кругами и тропиками находятся области, которые получают солнечного тепла и света меньше, чем в тропическом поясе, но больше, чем в полярном. Это северный умеренный пояс, находящийся между северным тропиком и северным полярным кругом, и южный умеренный пояс, находящийся между южным тропиком и южным полярным кругом.

Но на Земле происходит не только смена пор года. Земная поверхность отличается и разнообразием климата.

На климат земли оказывают влияние следующие факторы: географическая широта территории, её близость к океанам и морям, направление господствующих ветров, океанические течения, высота местности над уровнем моря и рельеф.

Самая главная причина изменения климата является географическая широта территории, которая определяет количество поступающего солнечного тепла. Солнечные лучи падают под большим углом в районе экватора, поэтому здесь территория получает максимальное количество тепла. Чем дальше от экватора, тем угол падения солнечных лучей становится меньше, и территория получает меньше солнечного тепла. Становится холоднее.

Следующим фактором, который влияет на климат, является близость морей и океанов и направление господствующих ветров. Они оказывают влияние на величину температуры воздуха и на количество выпадающих осадков.

Например, остров Великобритания называют «туманным Альбионом», потому что территорию этого острова очень часто окутывает морской туман. Великобритания омывается водами Атлантического океана. Воздушные массы, которые формируются над его акваторией, приносят сюда сравнительно невысокие температуры воздуха лета и теплую зиму. Здесь же равномерно в течение года выпадает большое количество осадков. Такой тип климата называют морским. Он характерен для северо-западной части Евразии.

В умеренных широтах господствует западный перенос воздушных масс, то они постепенно передвигаются вглубь материка. При этом температуры лета постепенно увеличиваются, а температуры зимы и количество осадков уменьшаются. Это связано с тем, что морские воздушные массы при продвижении на восток, отдают свою влагу и постепенно прогреваются от земной поверхности, принося более высокие температуры лета, и низкие температуры зимы. Поэтому такой климат называют умеренно-континентальным.

При продвижении воздушных масс дальше на восток они все больше иссушаются и прогреваются, температура лета становится всё выше, а зимы – всё ниже, уменьшается и количество выпадающих осадков. Климат постепенно становится континентальным и резко континентальным.

У восточных берегов Евразии дуют муссоны, которые летом приносят прохладную и влажную погоду, а зимой сухую и морозную. Поэтому климат этой части Евразии называют муссонным типом климата.

На климат территории оказывают влияние и океанические течения.

Почему морской порт города Мурманска не замерзает, хотя он расположен за северным полярным кругом?

Потому что его берега омывает тёплое Северо-Атлантическое течение. Оно согревает воздух и отепляет эту территорию. А холодные течения, наоборот, приносят на территорию, которую они омывают, сухой, прохладный воздух. Они влияют и на образование пустынь, расположенных у западных берегов Южной Америки и Африки.

Например, из-за того, что к западному побережью Южной Америки подходит холодное Перуанское течение, здесь образуется пустыня Атакама. А западное побережье Африки омывает холодное Бенгельское течение, которое повлияло на образование пустыни Намиб.

Высота местности над уровнем моря определяет изменение величины температуры воздуха. Известно, что при поднятии на 1 км в высоту, температура воздуха падает на 60С. По этой причине географические объекты, расположенные на одной широте, но имеющие разную абсолютную высоту, имеют разный климат. Например, на Памире, находящемся на широте теплой и солнечной Греции, температура воздуха может понижаться до -500С, потому что его высота составляет 4000 метров.

Кроме этого значительно влияние на климат оказывает рельеф территории. Например, если на пути движения влажных теплых воздушных масс оказались горы, то для того, чтобы преодолеть это препятствие, воздушным массам необходимо отдать лишнюю влагу. Становясь легче, они переваливают через горный хребет, принося на эту территорию уже сухой, жаркий воздух. Поэтому город Черапунджи получает наибольшее количество осадков на Земле, так как влажные массы с Индийского океана здесь встречают на своем пути преграду в виде гор Гималаев. А вот за северными склонами этих гор раскинулись безводные пустыни, потому что поступающий сюда воздух сухой и жаркий.

Подведём итоги.

Смену пор года на Земле определяет тот факт, что земная ось наклонена к плоскости орбиты под углом 66,50. Из-за этого Солнце в течение года прогревает больше то северное, то южное полушарие.

22 июня – в день летнего солнцестояния, Солнце прогревает больше северное полушарие; 22 декабря – в день зимнего солнцестояния, больше прогревается южное полушарие.

Дважды в год 21 марта и 23 сентября солнце в равном количестве прогревает и освещает два полушария. Это дни весеннего и осеннего равноденствий.

На климат любой территории Земли влияет её географическая широта, близость к океанам и морям, направление господствующих ветров, океанические течения, высота местности над уровнем моря и рельеф.

Таблицы солнечной энергии и инсоляции в регионах России.

Астрахань, широта 46.4 янв февр март апр май июнь июль авг сент окт нояб дек год
Горизонтальная панель 32,4 52,9 95,5 145,5 189,4 209,9 189,7 174,7 127. 8 81.7 45.0 26.6 1371.1
Вертикальная панель 62.1 75.9 99.5 103.0 97.1 92.0 91.8 112.1 123.2 116.5 86.4 52.7 1112.2
Наклон панели 35.0° 56.1 77.9 122.5 161,6 187.8 197.7 184.5 189.9 164.6 124.7 80.2 46.9 1593.6
Вращение вокруг полярной оси 69.4 96.0 157.1 218.3 268.0 293.3 269.1 276,1 229 164,4 102,3 57,3 2200,2
Владивосток, широта 43.1 янв февр март апр май июнь июль авг сент окт нояб дек год
Горизонтальная панель 72.7 93.2 130.0 135,1 143.9 129.2 124.3 124.8 119.1 94.3 64.6 57.8 1289.5
Вертикальная панель 177. 0 166.0 139.2 90.2 74. 9 64.4 66.9 79.0 105.2 126.8 127.7 147.1 1364.2
Наклон панели — 50.0° 169.0 171.8 173.0 138.1 121.1 109.6 109.1 121.7 144.1 147.5 130.3 139.5 1681.3
Вращение вокруг полярной оси 194.9 211.1 227.0 189.3 178.9 150.6 142.8 164.3 194.2 184.0 151.9 157.6 2146.7
Москва,широта 55.7 янв февр март апр май июнь июль авг сент окт нояб дек год
Горизонтальная панель 16.4 34.6 79.4 111.2 161.4 166.7 166.3 130.1 82.9 41.4 18.6 11.7 1020.7
Вертикальная панель 21.3 57.9 104.9 93.5 108.2 100.8 108.8 103.6 86. 5 58.1 38.7 25.8 908.3
Наклон панели — 40.0° 20.6 53.0 108.4 127.6 166.3 163.0 167.7 145.0 104.6 60.7 34.8 22.0 1173.7
Вращение вокруг полярной оси 21.7 62.3 132.9 161.4 228.0 227.8 224.8 189.2 126.5 71.6 42.2 26.0 1514.3
Петрозаводск,широта 61 янв февр март апр май июнь июль авг сент окт нояб дек год
Горизонтальная панель 7.1 19,9 66,7 101,1 141.0 167,1 157.7 109,6 56,5 23.0 8.2 2.4 860.0
Вертикальная панель 20.0 41.3 120.2 107.1 102,7 112.0 113,6 98,1 67,6 36 14.4 2.8 835,6
Наклон панели — 45.0° 16,8 36. 9 116.4 127.7 148.1 166.3 163.7 128.6 77.3 36.7 13.5 2.8 1034,6
Вращение вокруг полярной оси 19.9 44.6 159.1 177.5 215.2 258.0 252.1 179.7 96.4 42.7 15.0 2.9 1463
Петропавловск-Камчатский,широта 53.3 янв февр март апр май июнь июль авг сент окт нояб дек год
Горизонтальная панель 30.2 49.6 94.3 127.3 152.9 155.8 144.9 131.1 91.0 64.4 33.6 23.3 1098.4
Вертикальная панель 77.7 99.7 133.3 116.1 96.5 90.3 91.3 99.5 97.1 111.5 86.8 78.5 1178.3
Наклон панели » 50.0° 70.6 95.9 142.3 148.1 147.4 142.5 137.6 140.9 120.2 118. 0 81.6 69.8 1414.9
Вращение вокруг полярной оси 80.2 114.5 181. 5 200.8 202.7 202.5 189.3 193.0 156.0 147.0 95.9 80.2 1843.6
Сочи, широта 43.6 янв февр март апр май июнь июль авг сент окт нояб дек год
Горизонтальная панель 37.0 55.2 84.0 116.6 167.1 199.0 206.8 185.0 130.1 95.4 54.2 34.7 1365.1
Вертикальная панель 65.8 76.5 78.1 80.0 86.9 86.2 95.7 113.6 119.0 130.0 97.6 67.6 1099.9
Наклон панели — 35.0° 62.0 80.2 103.5 125.0 163.0 184.9 198.1 197.0 161.6 141.7 92.8 61.7 1571.4
Вращение вокруг полярной оси 76.0 99. 1 129.9 160.1 222.1 269.3 289.0 284.0 222.0 185.8 117.2 75.6 2129.9
Южно-Сахалинск,широта 47 янв февр март апр май июнь июль авг сент окт нояб дек год
Горизонтальная панель 50.9 77.1 128.8 138.6 162.8 157.5 146.7 128.5 105.9 79.4 49.7 41.7 1267.5
Вертикальная панель 113.2 137.8 1.32.2 103.4 90.3 81.9 82.9 87.3 99.5 111.4 97.9 97.7 1265.5
Наклон панели 45.0° 102.2 132.7 175.4 149.1 153.7 142.2 136.6 131.5 130.4 124.2 94.8 87.2 1560.2
Вращение вокруг полярной оси 118.5 160.6 219.3 191.8 206.6 193.4 176.3 167.5 167.7 153. 8 111.7 99.9 1966.9

Ответы Итоговые задания по теме Земля, как планета География 6 класс Домогацких

Вопрос 1. В состав Солнечной системы входит:

в) 8 планет.

Вопрос 2. Следствием взаимного притяжения Земли и Луны является:

б) возникновение приливов и отливов.

Вопрос 3. Выберите верное утверждение о географических координатах.

г) Значение географической широты изменяется от 0 до 90°.

Вопрос 4. Выберите верное утверждение.

а) Географическая долгота отсчитывается от Гринвичского меридиана. б) Значение географической широты уменьшается от экватора к полюсам.

1) верно только а.

Вопрос 5. Установите соответствие между датой и положением Солнца.

1) 21 марта – в) Солнце в зените над экватором;

2) 22 июня – а) Солнце в зените над Северным тропиком;

3) 23 сентября – в) Солнце в зените над экватором;

4) 22 декабря – б) Солнце в зените над Южным тропиком.

Вопрос 6. Установите соответствие между особенными днями года и утверждениями, их характеризующими.

1) день весеннего равноденствия – в) оба полушария одинаково освещены;

2) день летнего солнцестояния – б) Северное полушарие получает больше солнечного света и тепла;

3) день осеннего равноденствия – в) оба полушария одинаково освещены;

4) день зимнего солнцестояния – а) в северной полярной области полярная ночь.

Вопрос 7. Установите соответствие между условными линиями на карте и значениями географической широты.

1) Северный тропик – в) 23,5° с. ш.

2) Северный полярный круг – а) 66,5° с. ш.

3) Южный тропик – б) 23,5° ю. ш.

4) Южный полярный круг – г) 66,5° ю. ш.

Вопрос 8. Дополните утверждение.

Количество солнечного тепла и света, поступающего на земную поверхность, уменьшается при движении от экватора к полюсам.

Вопрос 9. Дополните утверждение.

Северный умеренный пояс освещённости на севере ограничен полярным поясом освещенности, а на юге — тропическим поясом освещенности.

Вопрос 10. О каком поясе освещённости говорится в описании?

Данный пояс освещённости в течение всего года получает большое количество солнечного тепла и света. На параллелях, ограничивающих пояс, солнце бывает в зените по одному разу в год, а между данными параллелями — по два.

Ответ: Тропический пояс освещённости.

Презентация»Географическая карта. Масштаб» — География

Просмотр содержимого документа
«Презентация»Географическая карта. Масштаб»»

Географическая карта. масштаб

5 КЛАСС

Проверка домашнего задания

Установите соответствие

1. 21 марта

2. 22 июня

А. Солнце в зените над Северным тропиком

Б. Солнце в зените над Южным тропиком

3. 23 сентября

4. 22 декабря

В. Солнце в зените над Экватором

Дополните утверждение

  • Северный умеренный пояс освещённости на севере ограничен _____________, а на юге _______________.
  • Количество солнечного тепла и света, поступающего на земную поверхность, _____________ при движении от экватора к ______________.

О каком поясе освещённости говорится в описании?

  • Данный пояс освещённости в течении всего года получает большое количество солнечного тепла и света. На параллелях, ограничивающих пояс, пояс бывает в зените по одному разу в год, а между данными параллелями – по два.

Выберите верное утверждение

  • Географическая долгота отсчитывается от экватора.
  • Географическая широта бывает западной и восточной.
  • Значение географической долготы изменяется от 0 до 360
  • Значение географической широты изменяется от 0 до 90

Отгадайте загадку!

  • Страны без людей,  Города без домов,  Леса без деревьев,  Моря без воды. 

Сформулируйте тему урока. Какие вопросы должны рассмотреть?

Географическая карта и её масштаб

Цели урока: формирование представлений обучающихся о географической карте, ее видах. Развитие и формирование умений пользоваться масштабом

Вы узнаете:

  • Что такое масштаб.
  • Какие существуют виды масштаба.
  • Как переводить один вид масштаба в другой.
  • Как использовать масштаб при чтении карты.
  • Какие существуют способы изображения земной поверхности?
  • Чем отличаются изображения земной поверхности?
  • Что такое географическая карта?

Первые картографические изображения появились несколько тысячелетий назад. Их делали на камнях, бивнях мамонта, бересте. Сначала они были похожи на рисунки, но современная карта – это не рисунок.

Что такое карта? Чем карта отличается от рисунка?

Прочитайте пункт на стр. 40 «Географическая карта»

Понятие

Географическая карта

Что такое ?

=

изображение

Существенные признаки

+

  • Земной поверхности
  • Обобщённое
  • На плоскости
  • В масштабе
  • С помощью условных знаков
  • Прочитайте текст учебника о масштабе на стр. 42.
  • Дайте определение понятию МАСШТАБ и представьте его в виде таблицы.

Понятие

Понятие

Масштаб

Масштаб

Что такое ?

=

Что такое ?

=

число

+

Существенные признаки

+

Существенные признаки

показывает, во сколько раз уменьшено расстояние на карте (плане местности), чем на местности.

  • Масштаб 1: 1000 (одна тысячная) показывает, что все расстояния на местности уменьшены в тысячу раз.
  • Что показывает масштаб, если…
  • 1: 250 000 000
  • 1: 50

Виды масштаба

Численный

Линейный

Именованный

Численный масшта б

  • 1: 1000
  • 1: 2500000
  • 1: 250
  • Численный масштаб это дробь, в числителе единица, а в знаменателе число, показывающее во сколько раз изображение на карте уменьшено по сравнению с местностью.

Именованный масштаб

  • Он расшифровывает численный масштаб, переводя сантиметры в метры и километры.

1: 1000 в 1 см- 10 м

1: 250 000 000 в 1 см – 2500км

1: 250 в 1 см – 2,5 м

Переведите численный масштаб в именованный

в 1см – 100 км

в 1 см- 200 м

в 1 см – 10 см

в 1 см – 50 км

в 1 см – 1 км

  • 1: 10 000 000
  • 1: 20 000
  • 1: 10
  • 1: 5 000 000
  • 1: 100 000

Переведите именованный масштаб в численный

  • В 1 см – 35 км
  • В 1 см – 50 м
  • В 1 см – 450км
  • В 1 см – 1 км
  • В 1 см – 50 см

Линейный масштаб

  • Прочитайте текст на стр. 35
  • От чего зависит выбор масштаба?
  • Какой масштаб мельче —
  • 1: 10 000 или 1: 1 000 000

Используя план форзаца 1

  • Определите расстояние от высотной отметки 151,8 до загона
  • От колодца с ветровым двигателем до мукомольного завода
  • От церкви до высотной отметки 129, 5

7,3 *100м = 730 м

6 * 100м = 600 м

8* 100м= 800м

Рефлексия

  • Сегодня я узнал …
  • У меня вызвало затруднение…
  • Я понял…
  • На уроке мне было …

Основы солнечного излучения | Министерство энергетики

Солнечное излучение , часто называемое солнечным ресурсом или просто солнечным светом, является общим термином для электромагнитного излучения, излучаемого солнцем. Солнечное излучение можно улавливать и превращать в полезные формы энергии, такие как тепло и электричество, с помощью различных технологий. Однако техническая осуществимость и экономическая эксплуатация этих технологий в конкретном месте зависит от доступного солнечного ресурса.

Основные принципы

Каждое место на Земле получает солнечный свет, по крайней мере, часть года.Количество солнечной радиации, достигающей любой точки на поверхности Земли, варьируется в зависимости от:

  • Географического положения
  • Времени дня
  • Сезона
  • Местного ландшафта
  • Местной погоды.

Поскольку Земля круглая, солнце падает на поверхность под разными углами в диапазоне от 0 ° (чуть выше горизонта) до 90 ° (прямо над головой). Когда солнечные лучи вертикальны, поверхность Земли получает всю возможную энергию. Чем больше наклонены солнечные лучи, тем дольше они проходят через атмосферу, становясь более рассеянными и рассеянными.Поскольку Земля круглая, в холодных полярных регионах никогда не бывает высокого солнца, а из-за наклона оси вращения эти области вообще не получают солнца в течение части года.

Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите и в определенное время года находится ближе к Солнцу. Когда Солнце приближается к Земле, поверхность Земли получает немного больше солнечной энергии. Земля ближе к Солнцу, когда в южном полушарии лето, а в северном — зима.Однако наличие обширных океанов смягчает более жаркое лето и более холодную зиму, которые можно было бы ожидать в южном полушарии в результате этой разницы.

Наклон оси вращения Земли на 23,5 ° является более важным фактором при определении количества солнечного света, падающего на Землю в конкретном месте. Наклон приводит к увеличению продолжительности дней в северном полушарии от весеннего (весеннего) равноденствия до осеннего (осеннего) равноденствия и к увеличению продолжительности дней в южном полушарии в течение остальных 6 месяцев. Дни и ночи длятся ровно 12 часов в дни равноденствий, которые происходят каждый год примерно 23 марта и 22 сентября.

Такие страны, как Соединенные Штаты, которые расположены в средних широтах, получают больше солнечной энергии летом, а не только потому, что дни длиннее, но еще и потому, что солнце находится почти над головой. Солнечные лучи гораздо более наклонены в более короткие дни зимних месяцев. Такие города, как Денвер, штат Колорадо (около 40 ° широты), получают в июне почти в три раза больше солнечной энергии, чем в декабре.

Вращение Земли также отвечает за почасовые колебания солнечного света. Ранним утром и ближе к вечеру солнце садится низко. Его лучи проходят через атмосферу дальше, чем в полдень, когда солнце находится в самой высокой точке. В ясный день наибольшее количество солнечной энергии достигает солнечного коллектора около солнечного полудня.

Рассеянное и прямое солнечное излучение

Когда солнечный свет проходит через атмосферу, часть его поглощается, рассеивается и отражается:

  • Молекулами воздуха
  • Водяной пар
  • Облака
  • Пыль
  • Загрязняющие вещества
  • Лесные пожары
  • Вулканы.

Это называется диффузное солнечное излучение . Солнечное излучение, которое достигает поверхности Земли, не рассеиваясь, называется прямым лучом солнечного излучения . Сумма рассеянной и прямой солнечной радиации называется глобальной солнечной радиацией . Атмосферные условия могут снизить прямое излучение луча на 10% в ясные сухие дни и на 100% в пасмурные дни.

Измерение

Ученые измеряют количество солнечного света, падающего на определенные места в разное время года.Затем они оценивают количество солнечного света, падающего на регионы на одной широте с аналогичным климатом. Измерения солнечной энергии обычно выражаются как общее излучение на горизонтальной поверхности или как общее излучение на поверхности, отслеживающей солнце.

Данные о радиации для солнечных электрических (фотоэлектрических) систем часто представлены в киловатт-часах на квадратный метр (кВтч / м 2 ). Прямые оценки солнечной энергии также могут быть выражены в ваттах на квадратный метр (Вт / м 2 ).

Данные о радиации для солнечных водонагревательных систем и систем отопления помещений обычно представлены в британских тепловых единицах на квадратный фут (БТЕ / фут 2 ).

Распределение

Солнечных ресурсов в Соединенных Штатах достаточно для фотоэлектрических (PV) систем, поскольку они используют как прямой, так и рассеянный солнечный свет. Другие технологии могут быть более ограниченными. Однако количество энергии, генерируемой любой солнечной технологией на определенном участке, зависит от того, сколько солнечной энергии достигает его.Таким образом, солнечные технологии наиболее эффективно работают на юго-западе США, который получает наибольшее количество солнечной энергии.

Карты ресурсов солнечной энергии

Просмотр карт солнечных ресурсов как для фотоэлектрической, так и для концентрированной солнечно-тепловой энергии.

Дополнительная информация

Узнайте больше о том, как работает солнечная энергия, а также о солнечных батареях и программах концентрации солнечно-тепловой энергии.

Home »Солнечные информационные ресурсы» Основы солнечного излучения

Солнечная энергия, Альбедо и полярные регионы — Энергия и полярная среда — Помимо пингвинов и белых медведей

Предоставлено консорциумом SOHO.SOHO (Солнечная и гелиосферная обсерватория) — это проект международного сотрудничества между Европейским космическим агентством и НАСА.

Знаете ли вы, что Солнце выбрасывает в космос более миллиарда тонн вещества со скоростью миллионы километров в час? В конечном счете, энергия солнца является движущей силой погоды, климата и жизни на Земле. Но какие виды энергии исходит от солнца? Как эта энергия перемещается в космосе? А что произойдет, когда он достигнет Земли?


ИЗЛУЧАЮЩАЯ ЭНЕРГИЯ

Copyright 2000-2001 Университетская корпорация атмосферных исследований. Все права защищены. Используется с разрешения.

Солнце испускает множество форм электромагнитного излучения в различных количествах. Как показано на диаграмме (напротив), около 43 процентов общей лучистой энергии, излучаемой солнцем, находится в видимой части спектра. Большая часть остатка приходится на

.

в ближнем инфракрасном (49 процентов) и ультрафиолетовом (7 процентов) диапазонах. Менее 1 процента солнечного излучения испускается в виде рентгеновских лучей, гамма-волн и радиоволн.

Передача энергии от Солнца через почти пустое пространство (помните, что космос — это вакуум) осуществляется в основном за счет излучения.Излучение — это передача энергии движением электромагнитной волны.


ПЕРВАЯ ОСТАНОВКА: АТМОСФЕРА ЗЕМЛИ

Когда энергия солнца достигает Земли, она сначала улавливается атмосферой. Небольшая часть солнечной энергии непосредственно поглощается, особенно некоторыми газами, такими как озон и водяной пар.

Часть солнечной энергии отражается обратно в космос облаками и земной поверхностью.

Copyright 2000-2001 Университетская корпорация атмосферных исследований.Все права защищены. Используется с разрешения.

Однако большая часть излучения поглощается земной поверхностью. Когда излучение поглощается веществом, атомы вещества движутся быстрее, и вещество становится теплым на ощупь. Поглощенная энергия преобразуется в тепловую энергию. Эта тепловая энергия играет важную роль в регулировании температуры земной коры, поверхностных вод и нижних слоев атмосферы.

Каждая поверхность на Земле поглощает и отражает энергию в разной степени, в зависимости от ее цвета и текстуры.Объекты темного цвета поглощают больше видимого излучения; светлые объекты отражают более видимое излучение. Блестящие или гладкие объекты отражают больше, а тусклые или грубые — больше. Различия в отражении влияют на температуру, погоду и климат.


ОТРАЖАТЬ ИЛИ ПОГЛОЩАТЬ?

Ученые используют термин , альбедо , чтобы описать процент солнечного излучения, отраженного обратно в космос объектом или поверхностью.

Совершенно черная поверхность имеет альбедо 0 (поглощается все излучение).Совершенно белая поверхность имеет альбедо 1,0 (все излучение отражается).

Различные объекты земли (например, снег, лед, тундра, океан и облака) имеют разные альбедо. Например, земля и океан имеют низкое альбедо (обычно от 0,1 до 0,4) и поглощают больше энергии, чем отражают. Снег, лед и облака имеют высокое альбедо (обычно от 0,7 до 0,9) и отражают больше энергии, чем поглощают.

Среднее альбедо Земли составляет около 0,3. Другими словами, около 30 процентов поступающей солнечной радиации отражается обратно в космос, а 70 процентов поглощается.

Датчик на борту спутника НАСА Terra в настоящее время собирает подробные измерения того, сколько солнечного света земная поверхность отражается обратно в атмосферу. Точно определяя альбедо нашей планеты, спектрорадиометр среднего разрешения (MODIS) помогает ученым понять и предсказать, как различные особенности поверхности влияют как на краткосрочные погодные условия, так и на долгосрочные климатические тенденции.

Изображение любезно предоставлено Обсерваторией Земли НАСА.

Цвета на этом изображении подчеркивают альбедо над земной поверхностью в диапазоне от 0.От 0 до 0,4. Области, окрашенные в красный цвет, показывают самые яркие, наиболее отражающие области; желтый и зеленый — промежуточные значения; а синий и фиолетовый — относительно темные поверхности. Белый цвет указывает на отсутствие данных и данные об альбедо над океанами.

Как показано на изображении, Арктика, покрытая снегом и льдом, имеет высокое альбедо. (Хотя данных не было, Антарктида также имела высокое альбедо.) Пустынные районы, такие как Сахара в Северной Африке, также отражают большое количество радиации.Лесные участки или участки с темной почвой поглощают больше радиации и имеют более низкое альбедо.

Антропогенные и природные процессы изменили альбедо земной поверхности. Например, среднее альбедо Земли во время последнего ледникового периода было намного выше, чем сегодня. Антропогенное воздействие, такое как вырубка лесов, загрязнение воздуха и уменьшение арктического морского льда, также повлияло на значения альбедо. Эти изменения изменяют чистое количество энергии, поглощаемой и излучаемой обратно в космос.


РАДИАЦИОННЫЙ БЮДЖЕТ ЗЕМЛИ

Центр данных НАСА по атмосферным наукам.Используется с разрешения.

Радиационный баланс Земли — это концепция, которая помогает нам понять, сколько энергии Земля получает от Солнца и сколько энергии Земля излучает обратно в космос.

Изменения земной коры, такие как оледенение, вырубка лесов и таяние полярных льдов, изменяют количество и длину волны электромагнитного поглощения и отражения на поверхности земли.


ЛЕД, ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БЮДЖЕТ ЗЕМЛИ

Лед воздействует на всю земную систему по-разному.В океане и на границе между сушей и морем лед предотвращает испарение относительно теплой океанской воды, передавая тепло более холодной атмосфере и тем самым повышая глобальную температуру воздуха.

Изображение любезно предоставлено Хьюго Алениусом, Библиотека карт и графики ЮНЕП / ГРИД-Арендал.

Лед также отражает солнечный свет, предотвращая поглощение дополнительного тепла водой или землей. В покрытых льдом полярных регионах холоднее, чем в других местах на Земле, отчасти из-за высокого альбедо снежного и ледяного покрова.

По мере потепления климата Земли количество льда в виде ледников и морского льда резко уменьшилось. Данные, полученные со спутников, которые отслеживают формирование полярного морского льда, показывают, что за последние три десятилетия уменьшились как покрытие, так и толщина. Недавние исследования показывают, что самые высокие ледники в мире (в Гималаях) отступают со средней скоростью от 10 до 15 метров (от 33 до 49 футов) в год. Исследование, опубликованное в июне 2008 года, показывает, что площадь морского льда в Арктике летом 2007 года сократилась до рекордно низкого уровня.

Уменьшение площади льда в полярных регионах (в частности, морского льда в Арктике) является частью петли положительной обратной связи, которая может ускорить изменение климата. Более высокие температуры приводят к таянию снега и льда, что снижает альбедо Земли, вызывая дальнейшее потепление и еще большее таяние.

Деятельность человека, вызывающая загрязнение, также влияет на энергетический баланс. Например, когда мы сжигаем уголь, нефть, древесину и другие виды топлива, побочный продукт углерода, сажа, выбрасывается в атмосферу и в конечном итоге осаждается обратно на Землю.Темные частицы приземляются на снег и лед и уменьшают альбедо. Затемненный снег и лед поглощают больше радиации, чем чистый снег и лед. Кроме того, по мере таяния снега и льда сажа, содержащаяся в снеге, остается позади и становится более концентрированной на поверхности, что еще больше ускоряет потепление.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Нет никаких сомнений в том, что без солнечной лучистой энергии жизнь на Земле не существовала бы. Но по мере того, как земля нагревается и полярный лед уменьшается, баланс поглощенной и отраженной энергии сдвигается, что ведет к дальнейшим изменениям.


Ресурсы

Альбедо Земли и глобальное потепление
Это интерактивное задание, адаптированное из материалов НАСА и Геологической службы США, иллюстрирует концепцию альбедо — меры того, насколько солнечная радиация отражается от поверхности Земли.

Криосфера Земли: Арктика
В этом четырехминутном видеофрагменте, адаптированном из материалов НАСА, используются спутниковые изображения для обзора криосферы (замороженных частей земной поверхности) в Северном полушарии, включая Арктику.

Криосфера Земли: Антарктида
В этом видеофрагменте, адаптированном из НАСА, используются спутниковые изображения для обзора криосферы Антарктики.

Новости и анализ морского льда в Арктике
Национальный центр данных по снегу и льду (NSIDC) предоставляет последние новости, исследования и анализ морского льда в Арктике.

Уровень моря: изменения объема льда
Этот ресурс обеспечивает имитацию таяния айсбергов и ледников, а также влияние таяния на уровень моря.


НАЦИОНАЛЬНЫЕ СТАНДАРТЫ НАУЧНОГО ОБРАЗОВАНИЯ : СТАНДАРТЫ СОДЕРЖАНИЯ НАУКИ

Весь документ Национальных стандартов научного образования можно прочитать в Интернете или бесплатно загрузить с веб-сайта National Academies Press.Следующий отрывок взят из главы 6. ​​

Изучение энергии, солнца и альбедо согласуется со стандартами содержания «Физика, Земля и Космос», а также «Наука в личных и социальных перспективах» Национальных образовательных стандартов естественных наук :

Физические науки (стандарт содержания B): классы K-4

В результате своей деятельности в классах K-4 все учащиеся должны развить понимание свойств предметов и материалов, включая свет, тепло, электричество и магнетизм.

  • Объекты обладают множеством наблюдаемых свойств, включая размер, вес, форму, цвет, температуру и способность реагировать с другими веществами. Эти свойства можно измерить с помощью таких инструментов, как линейки, весы и термометры.
  • Свет распространяется по прямой линии, пока не попадает в объект. Свет может отражаться зеркалом, преломляться линзой или поглощаться объектом.
  • Тепло может выделяться разными способами, например, сжиганием, трением или смешиванием одного вещества с другим.Тепло может переходить от одного объекта к другому за счет теплопроводности.

Физические науки (стандарт содержания B): 5–8 классы

В результате своей деятельности в 5-8 классах все учащиеся должны развить понимание Земли в Солнечной системе.

  • Солнце является основным источником энергии для таких явлений на поверхности земли, как рост растений, ветры, океанские течения и круговорот воды.
  • Времена года возникают в результате изменения количества солнечной энергии, падающей на поверхность, из-за наклона вращения Земли вокруг своей оси и продолжительности дня.

Наука в личной и социальной перспективе (стандарт содержания F): классы K-4

В результате своей деятельности в классах K-4 все учащиеся должны развить понимание изменений в окружающей среде.

  • Окружающая среда — это пространство, условия и факторы, которые влияют на способность людей и населения выживать и качество их жизни.
  • Изменения в окружающей среде могут быть естественными или вызваны влиянием человека. Некоторые изменения хороши, некоторые плохи, а некоторые ни хороши, ни плохи.
  • Некоторые изменения окружающей среды происходят медленно, а другие — быстро.

Наука в личной и социальной перспективе (стандарт содержания F): 5–8 классы

В результате своей деятельности в 5-8 классах все учащиеся должны развить понимание стихийных бедствий.

  • Человеческая деятельность может создавать опасности из-за приобретения ресурсов, роста городов, принятия решений о землепользовании и удаления отходов. Такие действия могут ускорить многие естественные изменения.

Эта статья написана Кимберли Лайтл. Для получения дополнительной информации см. Страницу Соавторы. Напишите Кимберли Лайтл, главному исследователю, с любыми вопросами о содержании этого сайта.

Авторские права, октябрь 2008 г. — Государственный университет Огайо. Этот материал основан на работе, поддержанной Национальным научным фондом в рамках гранта № 0733024. Любые мнения, выводы, выводы или рекомендации, выраженные в этом материале, принадлежат авторам и не обязательно отражают взгляды Национального научного сообщества. Фундамент. Эта работа находится под лицензией Attribution-ShareAlike 3.0 Unported Creative Commons License .

Солнечное излучение и фотосинтетически активное излучение

Что такое солнечное излучение?

Солнечное излучение — это лучистая (электромагнитная) энергия солнца. Он обеспечивает Землю светом и теплом, а также дает энергию для фотосинтеза. Эта лучистая энергия необходима для метаболизма окружающей среды и ее обитателей 1 .Три соответствующих диапазона или диапазона в спектре солнечного излучения — это ультрафиолетовый, видимый (PAR) и инфракрасный. Из света, который достигает поверхности Земли, инфракрасное излучение составляет 49,4%, а видимый свет — 42,3%. 9 . Ультрафиолетовое излучение составляет чуть более 8% от общей солнечной радиации. Каждая из этих полос по-разному влияет на окружающую среду.

Большая часть солнечного излучения, достигающего Земли, состоит из видимого и инфракрасного света. Лишь небольшое количество ультрафиолетового излучения достигает поверхности.

Количество и интенсивность солнечной радиации, которую получает место или водоем, зависит от множества факторов. Эти факторы включают широту, время года, время суток, облачность и высоту. Не вся радиация, испускаемая Солнцем, достигает поверхности Земли. Большая его часть поглощается, отражается или рассеивается в атмосфере. На поверхности солнечная энергия может поглощаться непосредственно от солнца, это называется прямым излучением, или от света, который рассеивается при попадании в атмосферу, что называется непрямым излучением 1 .

Как измеряется солнечная радиация?

Циклы длин волн измеряются в нанометрах (нм) от пика к пику. Чем короче длина волны, тем больше у нее энергии. Синий свет имеет больше энергии, чем красный свет.

Солнечное излучение измеряется длинами волн или частотой. Поскольку свет распространяется в волне, длина волны определяется как расстояние от пика до пика и измеряется в нанометрах (нм). Частота определяется как длина волны в циклах в секунду и выражается в герцах (Гц).Полосы с более короткими длинами волн производят более высокие частоты. Аналогично, чем длиннее длина волны, тем больше времени потребуется для завершения цикла, что дает более низкую частоту 1 .

Энергия длины волны увеличивается с частотой и уменьшается с увеличением длины волны 16 . Другими словами, более короткие волны более энергичны, чем более длинные. Это означает, что ультрафиолетовое излучение более энергично, чем инфракрасное излучение. Из-за этой дополнительной энергии более короткие волны имеют тенденцию причинять больший вред, чем более длинные волны 16 .Чем больше энергии имеет длина волны, тем легче разрушить молекулу, которая ее поглощает. Ультрафиолетовый свет (который обладает самой высокой энергией) может вызвать повреждение ДНК и других важных клеточных структур 16 .

Что такое электромагнитный спектр?

Электромагнитный спектр охватывает все виды излучения 5 . Часть спектра, которая достигает Земли от Солнца, составляет от 100 нм до 1 мм. Этот диапазон разбит на три диапазона: ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение.Ультрафиолет содержит волны с длиной волны 100-400 нм. Видимый свет находится в диапазоне 400-700 нм, а инфракрасный свет содержит длины волн от 700 нм до более 1 мм 1 . В спектре видимого света цвета определяются длиной. Более длинные волны кажутся красными, а более короткие — синими / фиолетовыми, поскольку они располагаются ближе к ультрафиолетовому спектру 5 .

Солнечный свет или спектр солнечного излучения включает полосы от 100 нм до 1 мм, которые охватывают ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение.

Ультрафиолетовое излучение

Почти все УФ-С, половина УФ-В и часть УФ-С поглощается озоном в стратосфере, прежде чем достигнет поверхности.

Ультрафиолетовое излучение можно разделить на три диапазона длин волн: УФ-А, УФ-В и УФ-С. Все длины волн ультрафиолетового света могут напрямую влиять на ДНК водных обитателей, а также создавать вредные фотохимические вещества 1 . Чем короче длина волны, тем больший ущерб она может нанести.

UV-C включает длины волн от 100 до 280 нм. Этот диапазон излучения составляет всего 0,5% от всей солнечной радиации, но он может нанести наибольший ущерб организмам. Однако большая часть этого коротковолнового излучения поглощается стратосферными газами (озоном) и очень мало достигает поверхности 9 .

УФ-В излучение может достигать больших глубин в соленой воде, чем в более пресной воде (изображение любезно предоставлено Васильковым и др., JGR-Oceans, 2001 через НАСА).

UV-B (280-320 нм) — это энергетическая фотоактивирующая полоса излучения, которая лишь частично поглощается в стратосфере 1 .Этот диапазон излучения известен тем, что вызывает рак кожи у людей и может нарушать фотосинтез у многих растений 16 . Глубина проникновения УФ-В в воду зависит от мутности и химического состава воды. УФ-B достигает большей глубины в соленой воде, чем в пресной, и может достигать 20 м от поверхности океана 1,9 .

УФ-А (320-400 нм) имеет меньшую энергию, чем УФ-В, и не поглощается озоном в атмосфере. Однако с поверхности он может быть заблокирован облачным покровом 9 .УФ-A также называется черным светом и известен своей способностью вызывать флуоресценцию в некоторых материалах 37 . Хотя он хуже впитывается водой, он может проникать глубже, чем УФ-В или УФ-С 1 . УФ-А вызывает солнечные ожоги у людей. Он также более ингибирует фотосинтез, чем УФ-В. 1 . Исследования показали, что УФ-А может значительно снизить фотосинтез более чем на 70% 6 . Это связано с тем, что УФ-А снижает эффективность переноса электронов, что, в свою очередь, снижает фотосинтетическое производство.

Ультрафиолетовое излучение и фитопланктон

Фитопланктон — это микроскопические организмы, обитающие в воде и использующие фотосинтез для преобразования солнечного света в энергию 16 . Эти организмы используют углекислый газ и производят кислород в качестве побочного продукта фотосинтеза, как и растения 17 . Ультрафиолетовый свет может замедлить этот процесс в фитопланктоне. УФ-А и УФ-В излучения подавляют фотосинтетическое производство, тем самым снижая потребление углекислого газа и выход кислорода. В условиях естественного солнечного света УФ-А и УФ-В могут уменьшить фотосинтез более чем на 8% 41 .

Фитопланктону требуется свет для фотосинтеза, но УФ-излучение может снизить их производство. Коллаж адаптирован из рисунков и микрофотографий Салли Бенсусен, Научное бюро проекта NASA EOS.

Этот эффект может быть пагубным не только для фитопланктона. Эти одноклеточные растения ответственны за большую часть переноса углерода между атмосферой и океаном, процесс, известный как «биологический углеродный насос» 17 . Большая часть океанической жизни под поверхностью зависит от фитопланктона, прямо или косвенно потребляя его 17 .Фитопланктон также способствует образованию «морского снега» — мертвого органического материала, который падает на дно океана в качестве топлива для глубоководных организмов. Когда ультрафиолетовое излучение снижает фотосинтетическое производство фитопланктона, оно отрицательно сказывается на мировом углеродном цикле и морской пищевой цепи 16 .

Инфракрасный свет

Инфракрасное излучение вызывает нагревание поверхности и атмосферы Земли.

Инфракрасный свет находится на противоположной стороне спектра от ультрафиолетового.Это излучение имеет длину волны> 700 нм и обеспечивает 49,4% солнечной энергии 9 . Инфракрасное излучение легко поглощается молекулами воды и углекислого газа и преобразуется в тепловую энергию 10 . Более длинные волны вызывают тепло, возбуждая электроны в веществах, которые их поглощают. Таким образом, инфракрасное излучение вызывает нагревание поверхности Земли. Инфракрасный свет отражается больше, чем УФ или видимый свет из-за его большей длины волны 10 . Это отражение позволяет инфракрасному излучению передавать тепло между поверхностью, водой и воздухом.

В водоеме инфракрасный свет может достигать только определенного расстояния от поверхности. 90% инфракрасного излучения поглощается на первом метре поверхности воды, и только 1% может достигать двух метров в чистой воде 1 . Вот почему поверхность большинства водоемов теплее глубины.

Что такое фотосинтетически активная радиация?

Фотосинтетически активное излучение (ФАР) — это диапазон длин волн света, который лучше всего подходит для фотосинтеза.Фотосинтез — это процесс, который требует световой энергии и оптимально протекает в диапазоне от 400 до 700 нанометров (нм) 1 . Этот диапазон также известен как видимый свет.

Фотосинтетически активное излучение — это диапазон видимого света, который растения могут использовать для фотосинтеза.

Видимый свет охватывает электромагнитный спектр от видимого синего / фиолетового до красного. Синий свет имеет более высокую энергию и более короткую длину волны, чем зеленый или красный свет. Красный свет имеет самую низкую энергию в видимом спектре 12 .Когда видимый свет достигает Земли, поверхность будет поглощать или отражать волны различной длины, создавая видимый цвет. Длина волны, отраженная поверхностью, имеет цвет 12 . Если поверхность отражает все видимые длины волн, она будет белой 12 .

Большинство растений кажутся зелеными, поскольку хлорофилл в их клетках отражает зеленый свет 8 . Вода часто кажется синей, поскольку этот цвет проникает глубже всего, прежде чем впитаться. 1 .Находясь на суше, растения используют для фотосинтеза почти весь видимый диапазон. Однако даже под водой, когда доступен только синий свет, фотосинтез все равно может происходить.

Почему важны солнечная и фотосинтетически активная радиация?

Солнечное излучение обеспечивает тепло, свет и энергию, необходимые для всех живых организмов. Инфракрасное излучение обеспечивает теплом все места обитания, на суше и в воде 24 . Без солнечной радиации поверхность Земли была бы примерно на 32 ° C холоднее 25 .

Солнечное излучение обеспечивает необходимое тепло и свет для жизни на Земле. Фотосинтетически активное излучение — это полоса, обеспечивающая энергию для фотосинтеза.

Свет также обеспечивается солнечным излучением. Хищники не смогли бы эффективно охотиться на добычу без солнечного света, а жертва не смогла бы воспользоваться преимуществами темных областей, если бы хищники были адаптированы к темным местам обитания 1 . Человеческие глаза адаптированы к видимому спектру, хотя некоторые другие виды могут видеть ультрафиолетовый свет в дополнение к цветам 26 .

В частности, важен уровень фотосинтетически активной радиации (ФАР), которую получает область. Это связано с тем, что разные растения реагируют на разные длины волн PAR 1 . Большинство растений отражают зеленые волны, поглощая остальную часть видимого светового спектра. Кроме того, тенистые растения реагируют на более низкие уровни PAR, в то время как солнечные растения собирают PAR более эффективно при более высоких уровнях освещенности 7 . Другими словами, по мере увеличения солнечного излучения (интенсивности) солнечные растения подвергаются более высокому уровню фотосинтеза.Листья подсолнечника маленькие и толстые, со специальными ячейками, позволяющими получить эти более высокие показатели. 20 . Затененные растения проводят фотосинтез при более низком уровне интенсивности излучения. Их листья тоньше, длиннее и содержат меньше клеток хлорофилла. Это облегчает фотосинтез в условиях низкой освещенности 20 .

Хотя основным преимуществом фотосинтеза является энергия для растений, он дает и другие важные результаты. Кислород — побочный продукт фотосинтеза 1 .Этот процесс обеспечивает производство большего количества кислорода, чем используется организмами в окружающей среде. Если фотосинтез не производит достаточно растворенного кислорода под водой, он может создать аноксические условия, при которых рыба и другие организмы не могут жить 1 . Фотосинтез также потребляет углекислый газ, тем самым снижая уровень углекислого газа в воздухе и воде 1 .

Солнечная освещенность

Годовая солнечная освещенность поверхности, полученная в 2008 году. Экватор получает солнечное излучение с большей интенсивностью (освещенностью), чем северное и южное полушария.Данные собраны П. Вангом, П. Стаммесом, Р. ван дер А, Г. Пинарди, М. ван Розендаль (2008), FRESCO +

Солнечное излучение — это интенсивность, с которой радиация проникает в атмосферу Земли. Соответствующий способ подумать о солнечном излучении — это посмотреть на разницу между 20-ваттной лампочкой и 100-ваттной лампочкой. Оба излучают видимый свет с одинаковой длиной волны, но яркость и интенсивность сильно различаются. Лампа мощностью 100 ватт имеет более высокую интенсивность или освещенность. Солнечное излучение — это количество лучистого потока на площади, которое измеряется в ваттах на квадратный метр (Вт / м²) 9 .

Что влияет на солнечное излучение?

Солнечное излучение, получаемое конкретным местом или водным пространством, зависит от высоты над уровнем моря, угла наклона солнца (в зависимости от широты, сезона и времени суток) и рассеивающих элементов, таких как облака 9 . Чем выше высота, тем короче путь от атмосферы. Это может означать более высокую освещенность, но не более высокие температуры. Эта интенсивная радиация способствует засушливому климату, а более разреженный воздух означает, что больше ультрафиолетового излучения достигает поверхности на этих высотах.

Угол наклона солнца определяет солнечное излучение. Чем больше угол, тем меньше интенсивность солнечного света.

Чем ниже угол наклона солнца, тем большее количество озона свет должен пройти через 9 . Это также фактор ультрафиолетового излучения. Озон поглощает ультрафиолетовый свет и может снизить интенсивность излучения.

Угол наклона солнца зависит от широты, времени года и времени суток. Расстояние, которое должно пройти излучение, будет минимальным, когда солнце находится прямо над головой.Вот почему годовая чистая солнечная освещенность над экватором больше, чем над северными и южными широтами. Солнечное излучение будет уменьшаться по мере отклонения полушария от солнца.

В течение дня угол наклона солнца к любому месту будет уменьшаться от восхода до полудня, а затем увеличиваться до захода солнца. Под большими углами (утром и вечером) солнечное излучение должно проходить через большую часть атмосферы, что снижает его освещенность. Вот почему солнечный свет вечером кажется менее интенсивным, чем в полдень.

Облачность и загрязнение воздуха также могут снизить количество радиации, достигающей поверхности Земли. Облака и аэрозоли в атмосфере могут рассеивать и поглощать все диапазоны излучения 9 . По мере увеличения облачности угол падения солнца становится менее важным при измерении освещенности. Это связано с увеличением диффузии (рассеяния) излучения 10 . Увеличенная облачность уменьшает освещенность, из-за чего солнечный свет становится менее интенсивным. В наши дни солнечная радиация все еще достигает поверхности Земли, просто с меньшей освещенностью.В этих условиях люди могут обгореть на солнце, не осознавая последствий, пока не станет слишком поздно.

Тепло, температура и солнечное излучение

Солнечный свет отвечает за нагревание Земли, океанов и атмосферы за счет инфракрасного излучения. И вода, и земля отражают часть этого излучения, чтобы нагреть атмосферу или другие объекты, контактирующие с поверхностью. Чем темнее объект или поверхность, тем быстрее они поглощают свет и нагреваются. 31 .

Температура воздуха

Температура воздуха косвенно зависит от солнечной радиации.Хотя сам воздух не поглощает инфракрасное излучение, он получает тепло от поверхности Земли. Этот эффект возникает за счет теплопередачи за счет теплопроводности и конвекции 31 .

Инфракрасное излучение, поглощаемое поверхностью Земли, нагревает окружающий воздух.

Земля поглощает инфракрасное излучение и преобразует его в тепловую энергию. Поскольку поверхность поглощает тепло от солнца, она становится теплее окружающей атмосферы. Затем тепло передается посредством теплопроводности (контакта) от более теплой Земли к более холодной атмосфере 24 .Сам по себе воздух плохо проводит тепло, поэтому конвекция или подъем и падение теплого и холодного воздуха нагревает остальную атмосферу, не контактирующую с поверхностью 31 . Поднимающийся теплый воздух часто называют термиком. По мере того, как нагретый воздух поднимается, более холодный воздух опускается на поверхность, где продолжается процесс конвекции.

Поверхность Земли также отражает часть инфракрасного излучения обратно в воздух. Это отраженное излучение может улавливаться и поглощаться газами в атмосфере или повторно излучаться обратно на Землю 25 .Этот процесс называется парниковым эффектом. Без парникового эффекта средняя температура поверхности Земли была бы около -18 ° C вместо нынешних + 18 ° C 25 .

Температура воды

90% инфракрасного излучения поглощается на первом метре поверхности воды. Затем тепло передается по воде за счет ветра и конвекции.

Инфракрасный свет солнца поглощается водоемами и преобразуется в тепловую энергию. Это низкоэнергетическое излучение возбуждает электроны и нагревает верхний слой воды.Почти все инфракрасное излучение поглощается в пределах одного метра от поверхности 1 . Затем это тепло передается на большие глубины за счет движения ветра и конвекции 1 . Хотя тепло медленно передается через толщу воды, оно часто не достигает самого дна. Это связано с расслоением водной толщи.

В океане и многих озерах вода может расслаиваться или образовывать отдельные слои воды. Эти слои отличаются своей температурой, плотностью и часто различной концентрацией растворенных веществ (например, соли или кислорода). Различные слои воды разделены крутыми градиентами температуры, известными как термоклины 1 . Даже при конвекции и ветре большей части солнечного тепла трудно преодолеть эти препятствия. Вместо этого нижний слой воды будет оставаться около 4 ° C, в то время как температура поверхностной воды будет колебаться как суточно (ежедневно), так и сезонно 1 .

Что такое фотосинтез?

Фотосинтез — это процесс, при котором растения и другие организмы, также известные как фотоавтотрофы, используют энергию солнечного света для производства глюкозы.Этот процесс может происходить как на суше, так и под водой 18 .

Глюкоза — это разновидность сахара, которая позже превращается в аденозинтрифосфат (АТФ) посредством клеточного дыхания. 3 . АТФ — это молекула, несущая энергию, которая используется в метаболических реакциях живых организмов. Эта молекула необходима почти для всех организмов 4 . Фотоавтотрофы используют солнечный свет, шесть молекул углекислого газа и двенадцать молекул воды для производства одной молекулы глюкозы, шести молекул кислорода и шести молекул воды.Эта реакция снижает уровень углекислого газа в воздухе или воде, производя глюкозу для АТФ.

Фотосинтез может происходить под водой, пока доступно достаточно света. В океане значительное количество фотосинтетически активной радиации можно обнаружить на глубине до 200 м под поверхностью 29 . В этой эвфотической зоне (зоне солнечного света) может происходить фотосинтез. Для этого процесса требуется только свет, углекислый газ и вода 18 . Пока фотосинтезирующий организм на суше или под водой имеет достаточно этих молекул, он может производить глюкозу и кислород.

Фотосинтез и температура

Температура влияет на скорость фотосинтеза различных водорослей.

Фотосинтез — это серия химических реакций, протекающих с помощью ферментов. Ферменты являются катализаторами биологических процессов и помогают ускорить химические реакции 11 . Фотосинтез также требует тепла, чтобы активировать процесс. Поскольку тепло увеличивает кинетическую энергию (заставляя реагенты чаще сталкиваться друг с другом), более высокая температура может ускорить химические реакции в дополнение к инициированию процесса 11 .

Хотя повышенная температура может ускорить фотосинтез, слишком много тепла может быть вредным 11 . При определенной температуре ферменты денатурируют и теряют свою форму. Денатурированные ферменты больше не ускоряют химические реакции, а вместо этого замедляют фотосинтез. Таким образом, температура является важным фактором фотосинтетического производства, как для активации, так и для поддержания процесса. Вот почему существуют разные оптимальные температуры фотосинтеза для разных организмов 1 .

Как мутность влияет на подводный фотосинтез?

Мутность — это отсутствие прозрачности воды, вызванное наличием взвешенных частиц 1 . Эти частицы поглощают солнечный свет и могут вызывать отражение света от частиц в воде. Чем больше частиц присутствует в воде, тем меньше фотосинтетически активной радиации будут получать растения и фитопланктон. Эта потеря солнечного света снижает скорость фотосинтеза. Если фотосинтетическое производство ограничено, уровень растворенного кислорода в воде снизится. 13 .Кроме того, помутнение может нанести значительный ущерб водной среде обитания из-за поглощения инфракрасного излучения и повышения температуры воды выше нормального уровня.

Почему для фотосинтеза нельзя использовать УФ или инфракрасный свет?

Оптимальным фотосинтетически активным излучением является диапазон 400-700 нм, который охватывает спектр видимого света.

Видимый свет — единственная полоса света в спектре, которая считается фотосинтетически активной. Он обладает идеальным количеством энергии для возбуждения электронов, необходимых для начала фотосинтеза, а не для повреждения ДНК или разрыва связей.

Ультрафиолет нельзя использовать для фотосинтеза, потому что он имеет слишком много энергии. Эта энергия разрывает связи в молекулах и может разрушить ДНК и другие важные структуры в организмах 8 . Когда растения и другие фотоавтотрофы пытаются использовать УФ-А (320-400 нм) для фотосинтеза, эффективность переноса электронов снижается, что, в свою очередь, снижает скорость фотосинтеза 6 . С другой стороны спектра инфракрасный свет не содержит много энергии. Недостаточная энергия не возбуждает электроны в молекулах в достаточной степени, чтобы их можно было использовать для фотосинтеза.Инфракрасный свет преобразуется в тепловую энергию вместо 8 .

Типичные уровни солнечной радиации

Уровни солнечной радиации зависят от времени суток и от угла Солнца по отношению к Земле. Этот угол зависит от широты и сезона. Чем больше угол наклона Солнца, тем больше озона должен пройти солнечный свет, чтобы достичь поверхности 9 . Помимо угла наклона солнца, на уровень радиации могут влиять атмосферные условия. Облачный покров, загрязнение воздуха и дыра в озоновом слое — все это изменяет количество солнечной радиации, которая может достигать поверхности.Все эти факторы вызывают различие типичных уровней излучения.

Ежедневные колебания

Летом солнечная радиация (измеренная по освещенности) будет максимальной над экватором и полушарием, наклоненным к солнцу.

На большей части поверхности Земли принимаемое солнечное излучение измеряется солнечной радиацией. Освещенность будет увеличиваться от восхода до полудня, а затем уменьшаться до заката 36 . Полученные пиковые уровни солнечной энергии будут варьироваться в зависимости от широты и сезона 15 .

Как видно на графике слева, у экватора самая крутая кривая солнечного излучения, что дает ему самые короткие периоды восхода и захода солнца. К тому же продолжительность дня не сильно меняется в течение года. Это происходит потому, что угол наклона Солнца не сильно колеблется над экватором.

Полушарие, наклоненное к солнцу, достигнет такого же пикового уровня радиации, что и экватор, но с более плавными изгибами, что означает более длинные восходы и закаты. В этом полушарии в целом будут более длинные дни.Противоположное полушарие (наклоненное от Солнца) будет иметь более короткие восходы и закаты, а также более короткие периоды дневного света 15 .

На географических Северном и Южном полюсах (90 ° широты) солнечное излучение, кажется, остается постоянным в течение одного дня 15 . Это потому, что полюса являются точкой вращения Земли. Хотя суточные значения, кажется, не меняются, уровень солнечной радиации, получаемой на полюсах, будет медленно изменяться в течение года.

Ежемесячные колебания

Чем дальше город от экватора, тем сильнее будет колебание получаемой солнечной радиации в течение года.

Уровни солнечной радиации зависят от близости к солнцу и угла наклона солнца. Таким образом, разные районы земного шара имеют разные типичные уровни радиации в каждый сезон. На экваторе типичная солнечная радиация довольно постоянна круглый год 15 . Есть небольшие колебания, но нет резких скачков или падений. В Северном полушарии радиация увеличивается с течением года, пока не достигнет пика примерно в июне или июле. Затем уровни радиации медленно снижаются в течение остальной части года. 14 .В Южном полушарии уровни радиации противоположные. В начале года уровни высоки, а затем медленно опускаются до самой низкой точки примерно в июне. После июня они снова начинают расти до конца года 14 .

Дыра в озоновом слое

Дыра в озоновом слое — это участок атмосферы со значительно меньшим содержанием озона, чем в остальной стратосфере (изображение любезно предоставлено NASA GSFC Scientific Visualization Studio).

Озон — это молекулярный газ, состоящий из трех атомов кислорода (O 3 ).Этот газ помогает защитить Землю, поскольку он поглощает большую часть солнечного ультрафиолетового излучения. Большая часть УФ-С, большая часть УФ-В и примерно половина УФ-А поглощается кислородом и озоном в озоновом слое. Этот слой в основном находится в стратосфере на высоте от 10 до 50 км над поверхностью Земли.

«Дыра в озоновом слое» находится в атмосфере над Антарктикой. Эта область не полностью лишена озона, но вместо этого представляет собой участок атмосферы, который обладает значительно более низким уровнем озона, чем нормальный 27 .Хотя причина разрыва иногда является предметом споров, исследования показали, что озон разрушается, когда он вступает в реакцию с хлором, азотом, водородом или бромом 27 . Когда эти химические вещества попадают в атмосферу, они могут удалить присутствующий озон. Независимо от причины, дыра в озоновом слое позволяет большему количеству УФ-излучения достигать Земли. Если увеличение УФ-излучения становится чрезмерным, оно может быть вредным как для наземных, так и для водных сред обитания 27 .

Последствия необычных уровней

УФ-В-излучение может повредить цепи ДНК.

Необычно высокий или низкий уровень солнечного света может вызвать проблемы как на суше, так и на воде. Слишком много ультрафиолетового света может вызвать необратимое повреждение ДНК и важных фотосинтетических структур, а слишком большое количество инфракрасного света может вызвать перегрев. 1 . Повреждение ДНК вызывается УФ-В излучением. В то время как большинство живых клеток адаптировались и могут восстанавливать простые повреждения, повышенное воздействие ультрафиолетового излучения может привести к необратимой мутации клеток или их гибели 16 .

В пасмурные дни или если ранее солнечное место затеняется, фотосинтетическое производство может быть остановлено.Это не только останавливает производство кислорода, но и увеличивает потребление кислорода через дыхание растений. 1 . Уменьшение инфракрасного света также охладит затемненную поверхность или водоем, который, в свою очередь, охладит окружающий воздух.

Вода

Удаление тенистых деревьев от городского ручья увеличивает температуру воды, что делает ее непригодной для ловли холодноводных рыб, таких как форель. (Фотография предоставлена ​​Кристаном Кокериллом через Environmental Monitor).

Когда вода подвергается воздействию чрезмерного количества солнечного света, инфракрасное излучение нагревает воду.Чем теплее вода в организме, тем быстрее будет испарение. Это может снизить уровень воды и поток воды. Кроме того, теплая вода не может удерживать столько растворенного кислорода, как холодная. Это означает, что в более теплой воде для водных организмов доступно меньше растворенного кислорода 21 . Слишком много инфракрасного света также может привести к денатурированию ферментов, используемых в фотосинтезе, что может замедлить или остановить процесс фотосинтеза. 11 .

На другой стороне спектра излучение может быть ограничено пасмурными днями, теневыми источниками или низкими углами наклона солнца.Если солнечное излучение ниже обычного в течение длительного периода времени, фотосинтез может уменьшиться или полностью прекратиться. Без солнечного света фитопланктон и растения будут потреблять кислород, а не производить его. Эти условия могут вызвать резкое падение уровня растворенного кислорода в воде, что может стать причиной гибели рыбы 20 .

Земля

Затененные растения, такие как хосты, могут быть повреждены чрезмерной жарой и солнечным светом.

Как и в воде, уровень земной радиации может быть ограничен пасмурной погодой 20 .Это особенно важно для растений, поскольку фотосинтетический процесс и физиология растений в целом зависят от солнечного света.

Устьица — это поры на внешнем слое листьев растений. Они открываются в присутствии солнечного света и пропускают внутрь растения воду, углекислый газ и кислород 22 . Затем эти молекулы используются для производства глюкозы посредством фотосинтеза. В холодные бессолнечные дни устьица закрываются, потому что солнечной энергии не хватает для продолжения фотосинтеза. 23 .Слишком много яркого солнечного света также может остановить производство фотосинтеза, поскольку устьица закрываются в солнечные, жаркие и сухие дни, чтобы предотвратить потерю воды. 23 .

Солнечный свет может влиять не только на открытие и закрытие устьиц растений. В то время как у некоторых растений есть специализированные белки, которые защищают их от солнечных ожогов, у других их нет, а интенсивное солнечное излучение может повредить их листья 32 . Растения, которые не приспособлены к полному или интенсивному солнечному свету, такие как хосты или рододендроны, могут развить тепловой стресс.Многие растения, в том числе тенистые, подвержены ожогу листьев, когда части растения погибают из-за чрезмерной потери воды из-за транспирации. 33 . Помимо замедления или остановки фотосинтеза, тепловой стресс и ожог листьев могут сделать растения более восприимчивыми к болезням или нашествиям насекомых.

Сколько света?

Количество излучения, получаемого Землей, варьируется, и большая его часть отражается обратно в атмосферу. На этой карте показана чистая поглощенная солнечная радиация.(Изображение любезно предоставлено Деннисом Хартманном, Вашингтонский университет через НАСА).

Сколько света производит солнце? Это сложный вопрос, поскольку есть разные способы учитывать и измерять свет. Есть яркость (проецируемая мощность) и видимый свет, которые можно измерить как яркость (яркость) или освещенность (падающий свет). Яркость и освещенность применимы только к длинам волн в диапазоне видимого света 37 . Солнечный свет обычно определяется в единицах яркости, поскольку только половина солнечного излучения, которое достигает Земли, является видимым светом, но все излучение обеспечивает энергию.

Энергия излучения может быть измерена в джоулях, хотя чаще ее измеряют как поток излучения или мощность излучения, которая выражается как энергия во времени. Базовая единица измерения мощности — ватт (джоули в секунду). Солнце излучает 384 600 000 000 000 000 000 000 000 000 ватт (3,846 x 10 26 Вт) 38 . Для сравнения: в среднем лампа накаливания потребляет 40-100 Вт. Эта энергия излучается Солнцем в сфере, из которой некоторые упадут на Землю. Энергия, которая достигает Земли, измеряется как солнечное излучение (энергия в секунду на квадратный метр).Учитывая расчетную мощность излучения Солнца, интенсивность солнечной энергии, которая достигает верхних слоев атмосферы Земли (прямо обращенных к Солнцу), составляет 1360 Вт / м² 39 .

Сколько солнечной энергии достигает Земли? Разделите мощность солнца на площадь поверхности сферы (с радиусом, равным расстоянию между Землей и Солнцем). В любой заданной точке на поверхности этой гипотетической сферы (одна из таких точек — Земля) полученная освещенность составляет приблизительно 1360 Вт / м².

Уровень освещенности, достигающий поверхности, может варьироваться в зависимости от эллиптической орбиты Земли, солнечных вспышек и количества атмосферы, через которую должна пройти радиация (из-за угла наклона Солнца к поверхности или имеющегося облачного покрова).2), которая является единицей СИ для освещенности. Под прямыми солнечными лучами, когда солнце находится в зените (прямо над головой), измеренные значения в люксах могут достигать 130 000 40 . В большинство солнечных дней (при отсутствии прямого света) освещенность обычно составляет 10 000-25 000 люкс. В пасмурный день падающий свет может достигать только 1000 люкс, а в сумерках — 10 люкс 40 . Чем больше угол наклона солнца, тем ниже будет люкс, поскольку люмен распространяется на большую площадь. Освещенность важно учитывать при оценке фотосинтетически активной радиации.

Сколько света на самом деле достигает поверхности Земли?

Только 56% солнечной радиации, которая достигает атмосферы, попадает на поверхность Земли.

Солнечное излучение должно пройти через множество барьеров, прежде чем достигнет поверхности Земли. Первый барьер — это атмосфера. Около 26% солнечной энергии отражается или рассеивается обратно в космос облаками и частицами в атмосфере 34 . Еще 18% солнечной энергии поглощается атмосферой. Озон поглощает ультрафиолетовое излучение, а углекислый газ и водяной пар могут поглощать инфракрасное излучение 34 . Остальные 56% солнечной радиации способны достигать поверхности. Однако часть этого света отражается от снега или других ярких поверхностей земли, поэтому только 48% могут быть поглощены землей или водой 36 . Примерно половина излучения, достигающего поверхности, составляет видимый свет, а половина — инфракрасный свет 1 . Эти проценты отражения и поглощения могут варьироваться в зависимости от облачности и угла наклона солнца.В пасмурную погоду до 70% солнечной радиации может поглощаться или рассеиваться атмосферой 35 .

Сколько света разрывает поверхность воды?

5–10% света, попадающего на поверхность воды, отражается или рассеивается. Фотография предоставлена: «Свет и вода» парня по имени Джерм через Flickr

. Когда свет достигает поверхности воды, может происходить отражение и рассеяние. Отражение происходит, когда солнечное излучение просто отражается от воды 1 .Это отражение связано с альбедо или отражательной способностью воды. Количество отраженного солнечного света зависит от угла наклона солнца, длины волны и погодных условий. Примерно 5–10% света, достигающего поверхности воды, отражается 1 . Более длинные волны отражаются немного больше, чем более короткие волны 10 .

Рассеяние — это отклонение света молекулами в воде. Различные материалы, включая растворенные и взвешенные твердые частицы, а также организмы в воде, вызывают рассеивание света в разных направлениях 1 .Количество рассеиваемого света зависит от прозрачности воды.

Насколько глубоко солнечный свет проникает в океан?

Водную толщу океана можно разделить на зоны в зависимости от того, сколько света достигает определенной глубины.

Океан разделен на три зоны в зависимости от света. Первая зона, эвфотическая зона, или зона солнечного света, — это место, куда проникает солнечный свет. Фитопланктон живет в эвфотической зоне, потому что там достаточно света для фотосинтеза. Эта зона простирается примерно на 660 футов ниже поверхности океана. 2

Следующая зона называется дисфотической (сумеречной) зоной. Некоторое количество света может достигать этой глубины, но этого недостаточно для фотосинтеза 29 .

Последняя зона начинается примерно на 3300 футов ниже поверхности океана и называется афотической (полуночной) зоной. Солнечный свет не может достичь этой зоны, и его свет исходит только от биолюминесцентных организмов 2 .

Насколько глубоко солнечный свет проникает в пресную воду?

Фотосинтез может происходить в литоральной и лимнетической зоне, поскольку для фотосинтеза доступно достаточно света.

Глубина проникновения света в пресную воду зависит от ее прозрачности. В воде с высоким уровнем мутности или взвешенных твердых частицах свет не достигает прозрачных водоемов. Эти взвешенные частицы могут как поглощать, так и рассеивать свет 1 . В большинстве рек и ручьев свет достигает русла, и фотосинтез может происходить по всей толще воды. Однако в особенно глубоких, покрытых водорослями или мутных озерах свет может не достигать определенных глубин.

Как и океан, глубокие озера разделены на три зоны. Первая зона называется литоральной зоной. Эта зона находится недалеко от берега, и солнечный свет достигает дна. Водные растения в прибрежной зоне могут расти на дне озера и при этом получать достаточно света для фотосинтеза 19 . Следующая зона известна как лимнетическая зона и представляет собой поверхностный слой открытой воды. Фотосинтез может происходить в этой зоне, поскольку она пронизана светом. Глубина лимнетической зоны зависит от мутности воды.В более мутной воде лимнетическая зона будет мельче 19 . Ниже лимнетической зоны находится профундальная зона. Это придонный (придонный) слой глубокого озера. Солнечный свет не может попасть в эту зону, поэтому фотосинтез не произойдет. Вместо этого организмы, постоянно проживающие в глубокой зоне (например, бактерии), полагаются на органическое вещество, падающее из более высоких зон 19 .

Передача света через лед и снег

Покрытое льдом озеро может не получать достаточно света для водных растений для продолжения фотосинтеза.

На количество света, поглощаемого водоемом, может сильно влиять ледяной и снежный покров. Прозрачный бесцветный лед имеет такой же процент светопропускания, что и жидкая вода, который составляет около 72% 1 . Однако, если лед покрывается пятнами или мутным, процентное содержание может резко снизиться. Непрозрачный лед и сильный снегопад могут снизить процент светопропускания почти до нуля. Если водоем покрыт льдом и снегом в течение длительного периода времени, весь его метаболизм может замедлиться.

Фотосинтез, для которого требуется свет, производит кислород в качестве побочного продукта и помогает поддерживать уровень растворенного кислорода в воде.Растворенный кислород постоянно потребляется в метаболических реакциях живыми организмами в воде, независимо от снежного и ледяного покрова. Если снег и лед препятствуют фотосинтезу, дыхание растений будет способствовать истощению запасов кислорода вместо восстановления уровня растворенного кислорода. Когда это происходит, может возникнуть кислородное голодание или кислородное голодание, и многие организмы могут погибнуть. Это часто происходит в неглубоких продуктивных озерах и прудах и известно как вымерзание 1 .

Водные организмы и видимый свет

Глубина, на которую проникает свет, зависит от качества воды.Теплые цвета впитываются быстрее, чем холодные (изображение любезно предоставлено Кайлом Каротерсом, NOAA-OE).

Солнечный свет проникает в воду только на определенную глубину 29 . На расстоянии более 200 м света недостаточно для фотосинтеза. Человеческий глаз недостаточно чувствителен, чтобы обнаруживать солнечный свет на глубине 850 м над уровнем моря 26 . Даже самые зрительно приспособленные рыбы не видят солнечный свет на глубине ниже 1000 м. Однако у многих организмов, живущих на этой глубине или ниже, глаза все еще функционируют.Вместо того, чтобы полагаться на солнечный свет, они используют собственную биолюминесценцию для света 26 .

Рыбы, обитающие у поверхности, обладают такими же визуальными способностями, как и организмы на суше. Они обладают цветным зрением, потому что видимый спектр света проникает через поверхность воды 26 . Многие рыбы также оснащены УФ-зрением, что дает им возможность видеть животных, прозрачных в видимом свете 26 .

Такие виды, как креветки и кальмары, могут видеть поляризацию подводного света, а также обладают цветным и УФ-зрением.Благодаря этой способности они могут эффективно обнаруживать добычу, поскольку поляризация света изменяется, когда он отражается от чешуи 26 . Креветки-богомолы также могут использовать эту способность для спаривания, поскольку лопасти самца меняют цвет с другой поляризованной ориентацией 30 .

Цитируйте эту работу

Fondriest Environmental, Inc. «Солнечная радиация и фотосинэтично активная радиация». Основы экологических измерений. 21 марта 2014 г. Web. .

Дополнительная информация

Энергетический баланс Земля-атмосфера

Энергетический баланс Земля-атмосфера — это баланс между поступающей энергией от Солнца и исходящей энергией от Земли. Энергия, выделяемая Солнцем, излучается в виде коротковолнового света и ультрафиолетовой энергии. Когда он достигает Земли, часть отражается обратно в космос облаками, часть поглощается атмосферой, а часть поглощается поверхностью Земли.

Обучающий урок: консервы

Однако, поскольку Земля намного холоднее Солнца, ее энергия излучения намного слабее (длинноволновая) инфракрасной энергии. Мы можем косвенно увидеть, как эта энергия излучается в атмосферу в виде тепла, поднимающегося с горячей дороги, создавая мерцание в жаркие солнечные дни.

Энергетический баланс Земля-атмосфера достигается за счет того, что энергия, полученная от Солнца , уравновешивает энергии, потерянной Землей обратно в космос. Таким образом, Земля поддерживает стабильную среднюю температуру и, следовательно, стабильный климат.Если взять за основу 100 единиц солнечной энергии, то энергетический баланс будет следующим:

В верхней части атмосферы — входящая энергия Солнца уравновешивается исходящей энергией Земли.
Входящая энергия Исходящая энергия
Шт. Источник шт. Источник
+100 Коротковолновое излучение Солнца. -23 Коротковолновое излучение, отраженное облаками обратно в космос.
-7 Коротковолновое излучение, отраженное земной поверхностью в космос.
-49 Длинноволновое излучение атмосферы в космос.
-9 Длинноволновое излучение облаков в космос.
-12 Длинноволновое излучение от поверхности земли в космос.
+100 Всего входящих -100 Всего исходящих
Сама атмосфера — Энергия, поступающая в атмосферу, уравновешивается исходящей энергией из атмосферы.
Входящая энергия Исходящая энергия
Шт. Источник шт. Источник
+19 Поглощенное коротковолновое излучение газами в атмосфере. -9 Длинноволновое излучение, испускаемое облаками в космос.
+4 Поглощенное коротковолновое излучение облаками. -49 Длинноволновое излучение, испускаемое в космос газами в атмосфере.
+104 Поглощенное длинноволновое излучение от поверхности земли. -98 Длинноволновое излучение, излучаемое на поверхность земли газами в атмосфере.
+5 От конвективных течений (поднимающийся воздух нагревает атмосферу).
+24 Конденсация / осаждение водяного пара (тепло выделяется в атмосферу в процессе).
+156 Всего входящих -156 Всего исходящих
На поверхности земли — поглощенная энергия уравновешивается высвобожденной энергией.
Входящая энергия Исходящая энергия
Шт. Источник шт. Источник
+47 Поглощенное коротковолновое излучение солнца. -116 Длинноволновое излучение, испускаемое поверхностью.
+98 Поглощенное длинноволновое излучение газов в атмосфере. -5 Отвод тепла конвекцией (поднимающийся теплый воздух).
-24 Тепло, необходимое для процессов испарения и сублимации, и поэтому удаляется с поверхности.
+145 Всего входящих -145 Всего исходящих

Поглощение инфракрасного излучения, пытающегося уйти с Земли обратно в космос, особенно важно для глобального энергетического баланса. Поглощение энергии атмосферой хранит больше энергии у своей поверхности, чем если бы атмосферы не было.

Средняя температура поверхности Луны, у которой нет атмосферы, составляет 0 ° F (-18 ° C). Напротив, средняя температура поверхности Земли составляет 59 ° F (15 ° C). Этот эффект нагрева называется парниковым эффектом.

Потепление теплицы усиливается ночью, когда небо затянуто облаками. Тепловая энергия Земли может улавливаться облаками, что приводит к более высоким температурам по сравнению с ночами с чистым небом.Воздуху не дают охладиться так сильно при пасмурной погоде. Под частично облачным небом часть тепла может уйти, а часть остается в ловушке. Ясное небо позволяет максимально охладиться.

Как Земля получает тепло от Солнца?

Солнце излучает энергию во всех направлениях. Большая его часть рассеивается в космосе, но крошечной части солнечной энергии, которая достигает Земли, достаточно, чтобы нагреть планету и управлять глобальной погодной системой, нагревая атмосферу и океаны.Тонкий баланс между количеством тепла, которое Земля получает от Солнца, и теплом, которое Земля излучает обратно в космос, позволяет планете поддерживать жизнь.

Солнечное излучение

Солнечное излучение создается реакциями ядерного синтеза в ядре Солнца, в результате чего оно испускает большое количество электромагнитного излучения, в основном в виде видимого света. Это излучение — это энергия, которая нагревает Землю. Поверхность Солнца излучает около 63 миллионов ватт энергии на квадратный метр.К тому времени, когда энергия достигает Земли, после прохождения 150 миллионов километров или 93 миллионов миль, она уменьшилась до 1370 ватт на квадратный метр в верхней части атмосферы, прямо обращенной к Солнцу.

Передача энергии

Электромагнитное излучение, включая видимый свет, инфракрасное излучение, ультрафиолетовое излучение и рентгеновские лучи, может распространяться в космическом вакууме. Для других форм энергии требуется физический носитель. Например, для передачи звуковой энергии необходим воздух или другое вещество, а для волновой энергии океанов нужна вода.Однако солнечная энергия может перемещаться от Солнца к Земле без необходимости в физическом веществе для передачи энергии. Эта особенность электромагнитной энергии позволяет Земле получать солнечную энергию, в том числе тепло.

Нагрев Земли

Часть солнечной энергии, поступающей на Землю, отражается от атмосферы и облаков и возвращается обратно в космос. Поверхность Земли получает около половины приходящей солнечной радиации. Солнечная энергия принимает форму тепла и видимого света, а также ультрафиолетовых лучей, которые вызывают солнечные ожоги.Энергия поглощается материей, включая воздух, воду, камни, здания, тротуар и живые существа, и в результате вещество нагревается. Земля нагревается неравномерно, главным образом потому, что одни области получают больше солнечной радиации, чем другие. Разница в энергии движет ветрами и океанскими течениями по всей планете.

Переизлучение

Если бы Земля постоянно получала солнечную энергию без каких-либо средств ее потери, она бы постоянно становилась горячее. Земля излучает тепло обратно в космос, предотвращая перегрев планеты.Количество повторно излучаемого тепла зависит от типа газов в атмосфере; одни газы поглощают тепло более эффективно, чем другие, и мешают переизлучению. Один из этих газов — углекислый газ. По мере увеличения концентрации углекислого газа в атмосфере изменяется тепловой баланс Земли: в атмосфере накапливается больше энергии, а в космос излучается меньше тепла — явление, известное как парниковый эффект.

2B: Следуя за потоком энергии

Часть B: Следуя за потоком энергии

Профиль атмосферы и заходящее солнце показаны на этом изображении, сделанном членом экипажа 15-й экспедиции на Международной космической станции.Июнь 2007 г. Источник: NASA
.

Солнечная энергия влияет на климат Земли. Энергия солнца нагревает поверхность Земли, нагревает атмосферу, обеспечивает энергию для фотосинтеза, вызывает испарение, управляет погодными и водными циклами и поддерживает океанические течения. На фотографии космонавта справа, сделанной с Международной космической станции, вы можете увидеть закат сквозь атмосферу.

Когда мы смотрим на небо с земли, кажется, что атмосфера существует вечно, но на самом деле она очень тонкая по сравнению с диаметром Земли.Чтобы получить представление о толщине тропосферы и стратосферы, двух важных слоев атмосферы, попробуйте это простое упражнение. С помощью циркуля начертите круг радиусом 127 мм. Этот круг представляет Землю и самую внутреннюю атмосферу. Линия толщиной 1 мм, нарисованная вашим карандашом, представляет собой среднюю толщину первых двух слоев атмосферы: тропосферы, области погоды и стратосферы, которая защищает нас от большей части вредного ультрафиолетового (УФ) излучения Солнца. .При работе с этими лабораториями помните об этом относительном масштабе.

В приведенном ниже примере линия представляет толщину атмосферы до верха стратосферы (на высоте 50 км над поверхностью). Девяносто девять процентов массы газов атмосферы находятся в пределах 32 км от поверхности Земли, в этих двух слоях. Одна только тропосфера содержит 75-80 процентов массы атмосферы. Внешний край линии 1 мм будет на расстоянии 128 мм от центра дуги (радиус Земли = 6371 км).На рисунке ниже пиксели используются как мера расстояния. Чтобы почувствовать, насколько «тонка» атмосфера, вы можете попробовать это занятие на открытом воздухе, используя шкалу метров.

Происхождение: Бетси Янгман
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент без -коммерческие цели при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.


Излучение — это передача энергии невидимыми электромагнитными волнами. Вы, наверное, видели тепловую лампу, нагревающую еду в кафетерии; Тепловая лампа использует один тип длинноволнового электромагнитного излучения, инфракрасное инфракрасное излучение: длинноволновое, электромагнитное излучение лучистого тепла, излучаемого всеми горячими объектами. В электромагнитном спектре его можно найти между микроволновым излучением и видимым светом. световые волны, чтобы нагреть пищу.Энергия передается от Солнца на Землю посредством электромагнитных волн или излучения. Большая часть энергии, которая проходит через верхние слои атмосферы и достигает поверхности Земли, находится в двух формах: видимом и инфракрасном свете. Большая часть этого света находится в видимом спектре. Когда солнечный свет входит в систему Земли, может произойти одно из двух: он может либо поглощаться, либо отражаться. Как только энергия поглощается земной системой, она трансформируется и передается. В конце концов, после нескольких передач это излучение излучается обратно в космос, поддерживая нашу планету в энергетическом равновесии.

Вся материя состоит из частиц, таких как атомы и молекулы. Эти частицы всегда находятся в движении; это движение известно как кинетическая энергия. Тепловая энергия единицы вещества — это полная кинетическая энергия всех частиц в данном объеме, которую мы измеряем как температуру. Передача энергии из одной области в другую называется теплом. Эта передача энергии может происходить за счет трех процессов: излучения, проводимости и конвекции. Тепловая энергия, или тепло, всегда перемещается от более теплых (обладающих большей энергией) вещей к более прохладным (имеющим меньше энергии).Например, когда вы касаетесь кубика льда теплой рукой, энергия передается от вашей руки к кубику льда, заставляя его таять.

В этой лаборатории вы изучите сложные энергетические пути и баланс, которые помогают удерживать нашу планету в идеальном температурном диапазоне.

Обзор энергетического пути

Для начала прочтите текст на интерактивном рисунке ниже, чтобы понять, как солнечная энергия движется через систему.В интерактивном режиме вам нужно будет щелкнуть стрелки вперед и назад, чтобы пройти пять шагов по этому упрощенному пути. Чтобы воспроизвести интерактив во второй раз, нажмите кнопку «Начать заново» в конце слайдов. Примечание: изображения процессов не масштабированы.

Для просмотра этого видео включите JavaScript и рассмотрите возможность обновления до веб-браузера, который поддерживает видео HTML5

Energy Flow от TERC & informmotion

* Это видео заменяет Flash-анимацию.

Чтобы просмотреть это интерактивное видео на iPad, используйте эту ссылку, чтобы загрузить / открыть бесплатное приложение TERC EarthLabs.

Пошаговое выполнение процесса

Затем, чтобы получить более глубокое представление о радиационном балансе Земли, используйте следующий интерактив, чтобы шаг за шагом проследить, как энергия движется от Солнца к Земле и обратно в космос. Прочтите текст и изучите графику в этом интерактиве.

Для просмотра этого видео включите JavaScript и рассмотрите возможность обновления до веб-браузера, который поддерживает видео HTML5

из Калифорнийского университета в Сан-Диего.Мемори Ясуда и Уэсли Белланка * Это видео заменяет интерактивный Flash.

В интерактивном режиме вам нужно будет щелкнуть текст на изображениях, чтобы собрать сведения, необходимые для ответа на вопросы о глобальном энергетическом балансе. Чтобы получить доступ к интерактивному интерфейсу, вы можете щелкнуть ссылку или изображение слева, чтобы просмотреть интерактивное. Используйте кнопку Назад , чтобы вернуться на эту страницу, когда вы закончите просмотр интерактивного.


Изучив интерактивную форму, ответьте на приведенные ниже вопросы Проверка о глобальном энергетическом балансе.

Стать бухгалтером-энергетиком

Теперь, когда вы освоили интерактивный режим «Глобальный энергетический баланс», просмотрите годовую диаграмму энергетического баланса Земли, изображенную ниже.

Чтобы упростить учет, вы разделите процесс потока энергии на три части. Используйте диаграммы и текст ниже, чтобы руководствоваться своими действиями. Хотя процесс является непрерывным, а не пошаговым, это упражнение поможет вам разделить детали и создать «учетную запись» энергии.

Перед тем, как начать, вам нужно будет собрать 100 пенни, бумажные квадраты, фишки для покера, Lego или маленькие кубики, чтобы помочь вам в ведении бухгалтерского учета.Также вам понадобятся 3 цветных карандаша: красный, синий и оранжевый. Когда у вас появятся необходимые расходные материалы, загрузите и распечатайте этот лист записи энергетического баланса (Acrobat (PDF) 1 МБ, декабрь 3 18) и копию инструкций по балансу энергии (Acrobat (PDF) 2,6 МБ, 29 марта 13), чтобы читать во время работы .

После того, как вы соберете свои материалы, вы прочитаете часть напечатанных инструкций и затем переместите пенни, представляющие энергию, из одного места в другое.

Обзор энергетических путей
Начните это занятие с обзора энергетических путей.Используя приведенный выше рисунок, определите приходящую солнечную радиацию. На вашей печатной версии рисунка раскрасьте входящее излучение синим цветом. Затем раскрасьте стрелки, представляющие исходящее излучение, в красный цвет, а стрелки скрытого и явного тепла — в оранжевый. Теперь вы разделили входящую и исходящую радиацию.

Часть 1. Входящее солнечное излучение

Солнечная энергия в форме излучения постоянно перемещается в космосе; купание нашей планеты и ее атмосферы. Излучение, достигающее верхних слоев атмосферы, либо отражается, либо поглощается.

  1. Происхождение: Источник изображения НАСА: http://eol.jsc.nasa. gov/scripts/sseop/photo.pl?mission=ISS015&roll=E&frame=10469
    Повторное использование: Этот элемент находится в общественном достоянии и может быть использован повторно свободно без ограничений.

    Прочтите первые пять слайдов загруженного вами PDF-файла (см. Выше).
  2. Начните со 100 объектов (т. Е. Пенсов). Разделите их на пять столбцов на листе бумаги следующим образом. Эти гроши представляют собой 100 процентов солнечной энергии, поступающей от солнца, или 100 единиц.Сложите монеты в стопку в соответствии с тем, что происходит с каждой единицей энергии, когда она движется через атмосферу на пути к поверхности Земли, как показано на схеме выше.
    23 единицы = отражается облаками и атмосферой
    7 единиц = отражается поверхностью Земли
    19 единиц = поглощается атмосферой (озон, аэрозоли, пыль)
    4 единицы = поглощается облаками
    47 единиц = поглощается поверхностью Земли ( в основном океан)
  3. Затем сложите и запишите общее количество единиц в своей студенческой тетради.
  4. Итого копейки, которые были отражены; у вас должно получиться 30.
  5. Итого пенни, которые были поглощены; у вас должно получиться 70. Эти гроши представляют количество радиации, попавшей в энергетическую систему Земли. Часть этой энергии сейчас находится в атмосфере (23 единицы), а остальная часть поглощена Землей (в частности, гидросфера, биосфера и литосфера — 47 единиц). Часть 1 результаты Изображение завершенного шага 1

    Происхождение: Сара Хилл
    Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http: // creativecommons.org / licenses / by-nc-sa / 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

    Изображение завершенного шага 1

    Происхождение: Сара Хилл
    Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons. org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент без -коммерческие цели при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.



Часть 2. Бюджет поверхностной энергии

В Части 1 вы видели, что около 30 процентов поступающего солнечного света отражается обратно в космос частицами в атмосфере или яркими поверхностями земли, в результате чего около 70 процентов поглощается атмосферой (23 процента) и поверхностью Земли (47 процентов). ) включая океан. Чтобы энергетический баланс на поверхности Земли был сбалансирован, процессы на поверхности должны передавать и преобразовывать 47 процентов поступающей солнечной энергии, которую поверхность океана и суша поглощает, обратно в атмосферу и, в конечном итоге, в космос.Энергия покидает поверхность посредством трех основных процессов: испарения, конвекции и испускания теплового инфракрасного (ИК) излучения.

  1. Происхождение: Наша изменяющаяся планета
    Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент для в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

    Прочтите следующие три слайда (часть 2) загруженного вами PDF-файла (см. Выше).
  2. Перенесите 47 пенни, которые представляют собой поглощенную энергию в системе Земля, на новый лист бумаги. Эта энергия, которая была поглощена поверхностью Земли, теперь будет передана обратно в атмосферу посредством нескольких процессов. Чтобы представить это, сложите пенни в четыре новых столбца следующим образом.
    24 единицы = скрытая теплота: энергия, которая используется при испарении, транспирации и конденсации 5 единиц = явное тепло: энергия, вызывающая конвекцию 12 единиц = излучаемая с Земли непосредственно обратно в космос 6 единиц = чистое количество излучения, поглощаемое атмосферой

    Это длинноволновое излучение, которое испускается с поверхности Земли в атмосферу (116), за вычетом энергии, которая непосредственно передается в космос (12) в сочетании с той, которая повторно излучается обратно на Землю атмосферой (98). Уравнение будет таким: [116- (12 + 98)] = 6

  3. Запишите эти числа в студенческую тетрадь. Часть 2 результаты Изображение завершенного шага 2

    Происхождение: Сара Хилл
    Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент без -коммерческие цели при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.


    Изображение завершенного шага 2

    Происхождение: Сара Хилл
    Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент без -коммерческие цели при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.



Часть 3. Энергетический бюджет атмосферы
На третьем этапе процесса энергия перемещается из атмосферы обратно в космос посредством следующих процессов.
  1. Происхождение: НАСА http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_324.html
    Повторное использование: Этот элемент находится в общественном достоянии и может использоваться повторно без ограничений.

    Прочтите следующие два слайда (часть 3) загруженного вами PDF-файла (см. Выше).
  2. Соберите 19 и 4 пенни, которые поглотила атмосфера и облака.
  3. Соберите 24 и 5 пенни, которые были перенесены в атмосферу с помощью скрытого и явного тепла.
  4. Соберите 6 грошей, которые остались в атмосфере.
  5. Переместите эти 58 пенни в два оставшихся места в следующих количествах:
    49 единиц = излучается атмосферой
    9 единиц = излучается облаками
  6. Суммируйте три квадрата в правом верхнем углу листа. Это единицы длинноволнового излучения, переносимые атмосферой обратно в космос.
  7. Запишите эти числа на листе бумаги в виде столбчатой ​​диаграммы или гистограммы.Сложите общее количество пенни, которое у вас есть на бумаге. Часть 3 результаты Изображение завершенного шага 3

    Происхождение: Сара Хилл
    Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент без -коммерческие цели при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.


    Когда вы закончите, ответьте на вопросы Checking In ниже.

Прибытие

  • Какова ваша сумма? Остались ли копейки? Где они и что они собой представляют?

    Теперь все гроши должны вернуться в космос, чтобы ваш глобальный энергетический бюджет был сбалансирован.

  • Как вы думаете, что произойдет, если вы измените количество энергии, которое отражается атмосферой или поверхностью Земли? Вы можете придумать пример, когда это могло бы произойти?

    Некоторые типы облаков отражают солнечный свет, другие частицы, такие как вулканический пепел, также сильно отражают солнечную энергию.Повышение отражательной способности Земли происходит, когда континенты и океаны покрываются льдом и снегом. Либо меньше поступающего, либо меньше поглощенного излучения может вызвать охлаждение системы.


Вернитесь к интерактивному потоку энергии, описанному выше. Просмотрите интерактивный материал еще раз, помня о том, что нужно делать для бухгалтера энергии. Затем ответьте на вопросы Остановись и подумай ниже.

Остановись и подумай

1. Теперь, когда вы проработали энергетический баланс Земли, обсудите, как изменения характеристик поверхности Земли и / или состава атмосферы могут способствовать глобальному потеплению или похолоданию.

2. Заполните следующие фразы и добавьте одну свою:

  • Больше излучения = _______ потепление
  • Меньше отражений = _______ потепление
  • Больше впитывания = ________ согревание
  • ______________ = ________________

Как мы узнаем то, что знаем?

Измерение радиационного баланса Земли — огромная и важная задача! Как мы можем точно и одновременно узнать, сколько энергии поступает в систему Земли, отражается облаками и излучается обратно в космос? Чтобы получить глобальное понимание этого баланса, ученые используют инструменты на спутниках.В следующем видео объясняется, как датчики Облака и Системы радиантной энергии Земли (CERES) на спутниках НАСА Aqua и Terra измеряют энергетический баланс Земли.

Дополнительный добавочный номер
Домашняя страница миссии CERES содержит дополнительную информацию о том, как научные миссии НАСА измеряют энергетический баланс Земли. Дополнительную справочную информацию, наборы данных и подробности об энергетическом балансе Земли можно найти по следующим ссылкам:
NWS Jetstream — веб-сайт энергетического баланса Земли и атмосферы содержит дополнительные пояснения, диаграммы и краткое объяснение того, как облачный покров может способствовать повышению температуры в ночное время.

Единицы измерения на диаграммах в этом упражнении выражены в процентах от поступающих 342 Вт на метр 2 солнечной энергии. Эти процентные значения могут не совпадать на всех диаграммах, поскольку есть некоторые различия в объяснениях ученых о том, сколько энергии находится в каждой части системы.




Климатические исследования Южная Флорида

Вы узнали, что поверхность Земли поглощает и излучает радиацию с одинаковой скоростью. Этот баланс в скорости поглощения и излучения Земли происходит при 255 К (-18 ° C или 0 ° F), но средняя температура Земли на самом деле намного выше (288 К, 15 ° C или 59 ° F). Эту разницу можно объяснить, если принять во внимание атмосферу. Хотя атмосфера Земли поглощает и излучает инфракрасное излучение, она не поглощает и излучает одинаково. Некоторые газы в атмосфере поглощают волны излучения некоторых длин (превращая свою энергию в тепло), в то время как другие газы прозрачны и позволяют излучению проходить свободно без поглощения.Вы поймете радиационный баланс Земли, проанализировав, как рассчитывается энергетический баланс. И вы получите лучшее представление о том, как регулируется температура на Земле, после прочтения следующих разделов о парниковом эффекте.

Что происходит с приходящей солнечной радиацией?

Солнечное излучение, которое получает Земля, в основном состоит из более коротких длин волн видимого света.Как объясняет закон Вейна, высокая температура Солнца излучает солнечное излучение в основном с более короткими длинами волн. Это поступающее солнечное излучение может рассеиваться, отражаться или поглощаться.

Рассеяние солнечного излучения происходит, когда излучение поражает очень маленькие объекты в атмосфере Земли, такие как молекулы воздуха, крошечные капли воды, кристаллы льда или аэрозоли (крошечные частицы в воздухе), которые рассеивают солнечное излучение во всех направлениях.Молекулы воздуха и аэрозоли рассеивают солнечную радиацию в атмосфере. Молекулы воздуха намного меньше длины волны падающего на них видимого света. Следовательно, рассеивается больше синего света с более короткими длинами волн, чем с более длинными волнами красного света. Это причина того, что днем ​​небо кажется голубым. Капли воды и кристаллы льда, составляющие облака, одинаково рассеивают свет на всех длинах волн и поэтому кажутся белыми.


Кредит изображения: Microsoft Clip Art

Отражение солнечного излучения происходит, когда излучение направлено прямо назад от поверхности.Доля (или процент) отраженного назад излучения известна как альбедо. Альбедо сильно варьируется от одного места к другому на Земле, в зависимости от типа поверхности (например, земля или вода), степени покрытия снегом или растительностью и угла падающего солнечного излучения. Ледники и ледяные щиты имеют высокое альбедо, отражающее от 80% до 90% радиации, достигающей их поверхности. Альбедо облаков варьируется в зависимости от их толщины, в среднем 55%. Вода отражает небольшое количество солнечной радиации.

В Модуле 3 вы узнаете больше об альбедо и его роли в климатической системе Земли.


Кредит изображения: Microsoft Clip Art

Поглощение отличается от рассеяния и отражения, потому что поглощение включает больше, чем изменение направления излучения. Поглощение излучения включает преобразование электромагнитного излучения в тепловую энергию.

Как рассчитать глобальный радиационный баланс Земли?

Что такое джоуль и ньютон?

Джоуль (Дж) — единица энергии или работа, эквивалентная энергии, затрачиваемой при приложении силы в 1 ньютон (Н) для перемещения объекта на 1 метр.Математически джоуль выражается как 1 килограмм (кг) × метр 2 2 ) ÷ секунда 2 (s 2 ). Ньютон определяется как единица силы, равная силе, необходимой для ускорения 1 кг массы на 1 метр в секунду.

Энергетический баланс Земли относится к балансу между количеством поступающей солнечной радиации и исходящей земной радиации.В течение 1 года общий средний поток энергии к Земле и от Земли должен уравновеситься, иначе глобальная средняя (средняя) температура Земли изменится. Ниже описывается баланс входящего и исходящего излучения. Среднее количество солнечной энергии, падающее на один квадратный метр ровной поверхности за пределами атмосферы Земли, составляет около 342 Вт. Ватт — это единица мощности, равная 1 джоуля энергии в секунду, поэтому интенсивность излучения — это скорость потока энергии (джоулей в секунду) на квадратный метр.

На следующем рисунке показано входящее и выходящее излучение Земли. Вы узнаете об этом больше в следующем упражнении.

.