Рівень сонячної радіації. Сонячна радіація у медицині

Сонячна радіація – випромінювання, властиве світилу нашої планетної системи. Сонце - головна зірка, довкола якої обертається Земля, а також сусідні планети. Фактично це величезна розпечена газова куля, що постійно випускає в простір навколо себе потоки енергії. Саме їх і називають радіацією. Смертельна, водночас саме ця енергія - один із основних факторів, які роблять можливим життя на нашій планеті. Як і все у цьому світі, користь та шкода сонячної радіації для органічного життя тісно взаємопов'язані.

Загальне уявлення

Щоб зрозуміти, що є сонячна радіація, необхідно спочатку розібратися, що таке Сонце. Основне джерело тепла, що забезпечує умови для органічного існування на нашій планеті, у вселенських просторах є лише невеликою зірочкою на галактичних околицях Чумацького Шляху. А ось для землян Сонце – це центр міні-всесвіту. Адже саме довкола цього газового згустку звертається наша планета. Сонце дає нам тепло та освітлення, тобто постачає форми енергії, без яких наше існування було б неможливим.

У давнину джерело сонячної радіації – Сонце – було божеством, об'єктом, гідним поклоніння. Сонячна траєкторія небом людям здавалася очевидним доказом божої волі. Спроби вникнути в суть явища, пояснити, що це світило, робилися з давніх-давен, і особливо значний внесок у них зробив Коперник, сформувавши ідею геліоцентризму, разюче відрізнялася від загальноприйнятого на той час геоцентризму. Втім, достеменно відомо, що і в давнину вчені не раз замислювалися над тим, що ж таке Сонце, чому воно таке важливе для будь-яких форм життя на нашій планеті, чому пересування цього світила саме таке, яким ми його бачимо.

Прогрес технологій дозволив глибше зрозуміти, що є Сонце, які процеси відбуваються всередині зірки, на її поверхні. Вчені пізнали, що є сонячною радіацією, яким чином газовий об'єкт впливає на планети у своїй зоні впливу, зокрема, на земний клімат. Зараз людство має в своєму розпорядженні досить об'ємну базу знань, щоб з упевненістю говорити: вдалося з'ясувати, що таке за своєю суттю радіація, що випромінюється Сонцем, як виміряти цей енергетичний потік і як сформулювати особливості його впливу на різні форми органічного життя на Землі.

Про терміни

Найважливіший крок у освоєнні суті поняття було зроблено у минулому столітті. Саме тоді іменитий астроном А. Еддінгтон сформулював припущення: у сонячних глибинах відбувається термоядерний синтез, що дозволяє виділятися величезній кількості енергії, що випромінюється у простір навколо зірки. Намагаючись оцінити величину сонячної радіації, було зроблено зусилля визначення фактичних параметрів середовища на світилі. Так, температура ядра, за розрахунками вчених, сягає 15 мільйонів градусів. Цього достатнього, щоб упоратися із взаємним відразливим впливом протонів. Зіткнення одиниць призводить до формування гелієвих ядер.

Нові відомості привернули увагу багатьох видатних учених, включаючи А. Ейнштейна. У спробах оцінити величину сонячної радіації науковці з'ясували, що ядра гелієві за своєю масою поступаються сумарній величині 4 протонів, необхідних для формування нової структури. Так було виявлено особливість реакцій, що отримала назву «дефект мас». Але ж у природі ніщо не може пропасти безвісти! У спробі знайти «утекли» величини вчені порівняли енергетичне лікування та специфіку зміни маси. Саме тоді вдалося виявити, що різниця випромінюється гамма-квантами.

Об'єкти, що випромінюються, пробиваються від ядра нашої зірки до її поверхні крізь численні газові атмосферні шари, що призводить до дроблення елементів і формування на їх основі електромагнітного випромінювання. Серед інших видів сонячної радіації - світло, яке сприймається людським оком. Приблизні оцінки дозволили припустити, що процес проходження гамма-квантів займає близько десяти мільйонів років. Ще вісім хвилин – і випромінювана енергія сягає поверхні нашої планети.

Як і що?

Сонячною радіацією називають сумарний комплекс електромагнітного випромінювання, якому властивий досить великий діапазон. Сюди входить так званий сонячний вітер, тобто енергетичний потік, сформований електронами, легкими частинками. На прикордонному шарі атмосфери нашої планети постійно спостерігається однакова інтенсивність випромінювання Сонця. Енергія зірки дискретна, її перенесення здійснюється через кванти, при цьому корпускулярний нюанс настільки малозначущий, що можна розглядати промені як електромагнітні хвилі. А їхнє поширення, як з'ясували фізики, відбувається рівномірно і по прямій лінії. Отже, щоб описати сонячну радіацію, необхідно визначити властиву їй довжину хвилі. З цього параметра прийнято виділяти кілька типів випромінювання:

• тепло;
• радіохвиля;
• білий світ;
• ультрафіолет;
• гамма;
• рентген.

Співвідношення інфрачервоних, видимих, ультрафіолетових краще оцінюється наступним чином: 52%, 43%, 5%.

Для кількісної радіаційної оцінки необхідно розрахувати щільність потоку енергії, тобто кількість енергії, яка в заданий часовий проміжок досягає обмеженої ділянки поверхні.

Як показали дослідження, сонячна радіація здебільшого поглинається планетарною атмосферою. Завдяки цьому відбувається нагрівання до температури, комфортної для органічного життя, властивого Землі. Існуюча оболонка з озону дозволяє пройти лише однією сотою ультрафіолетового випромінювання. У цьому повністю блокуються хвилі короткої довжини, небезпечні живих істот. Атмосферні шари здатні розсіяти майже третину променів Сонця, ще 20% поглинаються. Отже, поверхні планети сягає трохи більше половини всієї енергії. Саме цей «залишок» у науці назвали прямою сонячною радіацією.

А якщо детальніше?

Відомо кілька аспектів, від яких залежить, наскільки інтенсивним буде пряме випромінювання. Найбільш значущими вважаються кут падіння, що залежить від широти (географічна характеристика місцевості на земній кулі), пора року, що визначає, наскільки велика відстань до конкретної точки від джерела випромінювання. Багато що залежить від особливостей атмосфери – наскільки вона забруднена, як багато у заданий момент хмар. Нарешті, відіграє роль характер поверхні, на яку падає промінь, а саме, її здатності відбивати хвилі, що надійшли.

Сумарною сонячною радіацією називають величину, що поєднує розсіяні обсяги та пряме випромінювання. Параметр, що використовується для оцінки інтенсивності, оцінюється в калоріях для розрахунку на одиницю території. При цьому пам'ятають, що в різні часи доби значення, властиві випромінюванню, відрізняються. Крім того, енергія не може розподілятися поверхнею планети рівномірно. Чим ближче до полюса, тим інтенсивність вища, при цьому снігові покриви мають високу відбивну здатність, а значить, повітря не отримує можливості прогрітися. Отже, що далі від екватора, то сумарні показники сонячного хвильового випромінювання будуть меншими.

Як вдалося виявити вченим, енергія сонячної радіації серйозно впливає на планетарний клімат, підпорядковує собі життєдіяльність різноманітних організмів, що існують на Землі. У нашій країні, а також на території найближчих сусідів, як і в інших країнах, розташованих у північній півкулі, взимку переважна частка належить розсіяному випромінюванню, а ось улітку домінує пряме.

Інфрачервоні хвилі

Із загальної кількості сумарної сонячної радіації значний відсоток належить саме інфрачервоному спектру, який не сприймається оком людини. За рахунок таких хвиль нагрівається поверхня планети, що поступово передає теплову енергію повітряним масам. Це допомагає зберігати комфортний клімат, підтримувати умови існування органічного життя. Якщо немає якихось серйозних збоїв, клімат залишається умовно незмінним, отже, все істоти можуть мешкати у звичних їм умовах.

Наше світило – не єдине джерело хвиль інфрачервоного спектру. Аналогічне випромінювання властиве будь-якому нагрітому об'єкту, включаючи звичайну батарею в будинку. Саме на принципі сприйняття інфрачервоного випромінювання працюють численні прилади, що дають можливість бачити у темряві, інших некомфортних для очей умовах нагріті тіла. До речі, за аналогічним принципом працюють компактні прилади, які стали настільки популярними останнім часом для оцінки, через які ділянки будівлі відбуваються найбільші тепловтрати. Ці механізми особливо поширені серед будівників, і навіть власників приватних будинків, оскільки допомагають виявити, якими ділянками тепло втрачається, організувати їх захист і запобігти зайву витрату енергії.

Не варто недооцінювати вплив сонячної радіації інфрачервоного спектру на людський організм лише тому, що очі не можуть сприймати такі хвилі. Зокрема, випромінювання активно використовується в медицині, оскільки дозволяє підвищити концентрацію лейкоцитів у кровоносній системі, а також привести до норми кровотік за рахунок збільшення просвітів кровоносних судин. Прилади, засновані на ІЧ-спектрі, застосовуються як профілактичні проти шкірних патологій, терапевтичних при запальних процесах у гострій та хронічній формі. Найбільш сучасні препарати допомагають впоратися з колоїдними рубцями та трофічними ранами.

Це цікаво

На основі вивчення факторів сонячної радіації вдалося створити унікальні прилади, звані термографами. Вони дозволяють своєчасно виявити різні хвороби, не доступні виявлення іншими способами. Саме так можна знайти рак чи тромб. ІЧ певною мірою захищає від ультрафіолету, небезпечного для органічного життя, що дозволило використовувати хвилі такого спектру для відновлення здоров'я астронавтів, які тривалий час перебували в космосі.

Природа навколо нас і донині загадкова, стосується це і випромінювання різних довжин хвиль. Зокрема, інфрачервоне світло досі досліджено не досконало. Вчені знають, що його неправильне застосування може спричинити шкоду здоров'ю. Так, неприпустимо використовувати обладнання, яке формує таке світло, для терапії гнійних запалених ділянок, кровотеч та злоякісних новоутворень. Інфрачервоний спектр протипоказаний людям, які страждають на порушення функціонування серця, судин, включаючи розташовані в мозку.

Видиме світло

Один із елементів сумарної сонячної радіації – видиме людському оку світло. Хвильові пучки розповсюджуються по прямих лініях, тому немає накладення друг на друга. Свого часу це стало темою чималої кількості наукових праць: вчені поставили собі за мету зрозуміти, чому навколо нас так багато відтінків. Виявилося, що свою роль відіграють ключові параметри світла:

• заломлення;
• відображення;
• поглинання.

Як з'ясували вчені, об'єкти не здатні власними силами бути джерелами видимого світла, але можуть поглинати випромінювання і відбивати його. Варіюються кути відбиття, частота хвиль. Протягом багатьох століть здатність людини бачити поступово вдосконалювалася, але певні обмеження зумовлені біологічною будовою ока: сітківка така, що може сприйняти лише певні промені відбитих світлових хвиль. Це випромінювання – невеликий проміжок між ультрафіолетом та інфрачервоними хвилями.

Численні цікаві та загадкові світлові особливості не тільки стали темою безлічі робіт, а й були основою зародження нової фізичної дисципліни. Одночасно з'явилися ненаукові практики, теорії, прихильники яких вважають, що колір здатний вплинути на фізичний стан людини, психіку. На підставі таких припущень люди оточують себе предметами, найбільш приємними для їхнього ока, роблячи побутову повсякденність комфортнішою.

Ультрафіолет

Не менш важливий аспект сумарної сонячної радіації – ультрафіолетове вивчення, сформоване хвилями великої, середньої та малої довжини. Вони відмінні один від одного як за фізичними параметрами, так і особливостями впливу на форми органічного життя. Довгі ультрафіолетові хвилі, наприклад, в атмосферних шарах переважно розсіюються, а до земної поверхні добирається лише незначний відсоток. Чим коротша довжина хвилі, тим глибше таке випромінювання може проникнути в людську (і не лише) шкіру.

З одного боку, ультрафіолет небезпечний, але без нього неможливе існування різноманітного органічного життя. Таке випромінювання відповідає формування кальциферолу в організмі, а цей елемент необхідний будівництва кісткової тканини. УФ-спектр – це потужна профілактика рахіту, остеохондрозу, що особливо важливо у дитячому віці. Крім того, таке випромінювання:

• приводить до норми метаболізм;
• активізує виробництво незамінних ферментів;
• посилює регенеративні процеси;
• стимулює кровотік;
• розширює кровоносні судини;
• стимулює імунну систему;
• призводить до формування ендорфіну, отже, зменшується нервове перезбудження.

Зворотній бік медалі

Вище було зазначено, що сумарною сонячною радіацією називають кількість випромінювання, яке досягло поверхні планети та розсіяного в атмосфері. Відповідно елементом цього обсягу є ультрафіолет усіх довжин. Слід пам'ятати, що це чинник має як позитивні, і негативні боку впливу органічне життя. Сонячні ванни, часто корисні, можуть бути джерелом небезпеки для здоров'я. Занадто тривале перебування під прямим сонячним світлом, особливо в умовах підвищеної активності світила, шкідливе та небезпечне. Тривалий вплив на організм, а також надто висока активність опромінення стають причиною:

• опіків, почервоніння;
• набряків;
• гіперемії;
• спека;
• нудоти;
• блювання.

Довготривале ультрафіолетове опромінення провокує порушення апетиту, функціонування ЦНС, імунної системи. Крім того, починає боліти голова. Описані ознаки – класичні прояви сонячного удару. Сама людина не завжди може усвідомити, що відбувається – стан поступово погіршується. Якщо помітно, що комусь поблизу стало погано, слід надати першу допомогу. Схема наступна:

• допомогти перейти з-під прямого світла в прохолодне затінене місце;
• покласти хворого на спину так, щоб ноги були вищими за голову (це допоможе привести в норму кровотік);
• охолодити водою шию, обличчя, а на лоб покласти холодний компрес;
• розстебнути краватку, ремінь, зняти тісний одяг;
• через півгодини після нападу дати випити холодної води (маленька кількість).

Якщо потерпілий знепритомнів, важливо відразу звернутися за допомогою до лікаря. Бригада швидкої допомоги перемістить людину в безпечне місце та зробить ін'єкцію глюкози або вітаміну С. Ліки вводять у вену.

Як засмагати правильно?

Щоб не дізнатися на своєму досвіді, якою неприємною може бути зайва кількість сонячної радіації, що отримується при засмагі, важливо дотримуватися правил безпечного проведення часу на сонці. Ультрафіолет ініціює вироблення меланіну - гормону, що допомагає шкірним покривам захиститися від негативного впливу хвиль. Під впливом цієї речовини шкіра стає темнішою, а відтінок переходить у бронзовий. І до цього дня не вщухають суперечки про те, наскільки це корисно та шкідливо для людини.

З одного боку, засмага - спроба організму захиститися від зайвої дії випромінювання. У цьому підвищується можливість формування злоякісних новоутворень. З іншого боку, засмага вважається модною і красивою. Щоб мінімізувати для себе ризики, розумно перед початком пляжних процедур розібрати, чим небезпечна кількість сонячної радіації, що отримується під час сонячних ванн, як мінімізувати ризики для себе. Щоб враження були максимально приємними, любителі засмагати повинні:

• пити багато води;
• користуватися засобами, що захищають шкіру;
• засмагати увечері чи вранці;
• проводити під прямими променями сонечка не більше години;
• не вживати спиртне;
• включити до меню багаті селеном, токоферолом, тирозином продукти. Не варто забувати і про бета-каротину.

Значення сонячної радіації для людського організму винятково велике, не варто зважати і на позитивні, і негативні аспекти. Слід усвідомлювати, що у різних людей біохімічні реакції відбуваються з індивідуальними особливостями, тому для когось і півгодинні сонячні ванни можуть бути небезпечними. Розумно перед пляжним сезоном проконсультуватися з лікарем, оцінити тип, стан шкірних покривів. Це допоможе запобігти шкоді здоров'ю.

По можливості слід уникати засмаги у похилому віці, у період виношування малюка. Не поєднуються із сонячними ваннами ракові захворювання, порушення психіки, шкірні патології та недостатність функціонування серця.

Сумарна радіація: де нестача?

Досить цікавим для розгляду процес розподілу сонячної радіації. Як вище було згадано, лише близько половини всіх хвиль можуть досягти поверхні планети. Куди ж зникають решта? Свою роль відіграють різні верстви атмосфери та мікроскопічні частинки, з яких вони сформовані. Велика частина, як було зазначено, поглинається озоновим шаром – це все хвилі, довжина яких менше 0,36 мкм. Додатково озон здатний поглинути деякі типи хвиль з видимого людського ока спектру, тобто проміжок 044-118 мкм.

Ультрафіолет певною мірою поглинається кисневим шаром. Це властиво випромінюванню із довжиною хвилі 0,13-0,24 мкм. Вуглекислий газ, пара води можуть поглинути невеликий відсоток інфрачервоного діапазону. Аерозоль атмосфери поглинає деяку частину (ІЧ-спектр) загальної кількості сонячної радіації.

Хвилі з категорії коротких розсіюються в атмосфері через наявність мікроскопічних неоднорідних частинок, аерозолю, хмар. Неоднорідні елементи, частинки, габарити яких поступаються довжині хвилі, провокують молекулярне розсіювання, а для більших властиве явище, що описується індикатрисою, тобто аерозольне.

Інша кількість сонячної радіації сягає земної поверхні. Воно поєднує пряме випромінювання, розсіяне.

Сумарна радіація: важливі аспекти

Сумарна величина - це кількість сонячної радіації, яку отримує територія, а також поглинена в атмосфері. Якщо на небі немає хмар, сумарна величина випромінювання залежить від широти місцевості, висоти положення небесного тіла, типу землі на цій ділянці, а також рівня прозорості повітря. Чим більше в атмосфері розсіяно аерозольних частинок, тим нижче пряме випромінювання, зате зростає частка розсіяного. У нормі за відсутності хмарності у сумарній радіації розсіяна – це одна четверта частина.

Наша країна належить до північних, тому більшу частину року у південних регіонах випромінювання значно більше, ніж у північних. Це зумовлено становищем світила на небі. А ось короткий часовий проміжок травень-липень - це унікальний період, коли навіть на півночі сумарна радіація досить велика, оскільки сонце знаходиться високо в небі, а тривалість світлового дня більша, ніж у інші місяці року. При цьому в середньому на азіатській половині країни за відсутності хмарності сумарна радіація істотніша, ніж на заході. Максимальна сила хвильового випромінювання спостерігається опівдні, а річний максимум посідає червень, коли сонце найвище у небі.

Сумарною сонячною радіацією називають кількість сонячної енергії, яка досягає нашої планети. При цьому слід пам'ятати, що різні атмосферні фактори призводять до того, що річний прихід сумарної радіації менший, ніж міг би бути. Найбільша різниця між реальним і максимально можливим характерна для далекосхідних регіонів у літній період. Мусони провокують виключно щільну хмарність, тому сумарна радіація зменшується приблизно наполовину.

Цікаво знати

Найбільший відсоток максимально можливого опромінення сонячної енергією насправді спостерігається (з розрахунку на 12 місяців) Півдні країни. Показник сягає 80%.

Хмарність не завжди призводить до однакового показника розсіювання сонячного випромінювання. Відіграє роль форма хмар, особливості сонячного диска у конкретний момент часу. Якщо така відкрита, тоді хмарність стає причиною зменшення прямого випромінювання, одночасно розсіяне різко зростає.

Можливі й такі дні, коли пряме випромінювання за своєю силою приблизно таке саме, як розсіяне. Добова сумарна величина може бути навіть більшою, ніж випромінювання, властиве абсолютно безхмарному дню.

У розрахунку на 12 місяців особливу увагу необхідно приділяти астрономічним явищам як визначальним загальні чисельні показники. При цьому хмарність призводить до того, що реально радіаційний максимум може спостерігатися не у червні, а місяцем раніше чи пізніше.

Радіація у космосі

З межі магнітосфери нашої планети і далі в космічні простори сонячна радіація стає фактором, пов'язаним із смертельною небезпекою для людини. Ще 1964 року було випущено важливу науково-популярну працю, присвячену методам захисту. Його авторами виступили радянські вчені Каманін, Бубнов. Відомо, що для людини доза опромінення з розрахунку на тиждень має бути не більше 0,3 рентгена, при цьому за рік - в межах 15 Р. При короткочасному опроміненні межею для людини позначено 600 Р. Польоти в космос, особливо в умовах непередбачуваної сонячної активності можуть супроводжуватися значним опроміненням астронавтів, що зобов'язує вживати додаткових заходів захисту від хвиль різної довжини.

Після місій "Аполлон", в ході яких тестувалися способи захисту, досліджувалися фактори, що впливають на людське здоров'я, пройшло не одне десятиліття, але й донині вчені не можуть знайти результативних, надійних методів прогнозування геомагнітних бур. Можна скласти прогноз з розрахунку на годинник, іноді - на кілька днів, але навіть для тижневого припущення шанси реалізації - не більше 5%. Сонячний вітер - ще більш непередбачуване явище. Імовірно один до трьох космонавти, вирушаючи в нову місію, можуть потрапити в потужні потоки випромінювань. Це робить ще важливішим питання як дослідження та прогнозування радіаційних особливостей, так і розробки методів захисту від нього.

Джерелом теплової та світлової енергії для Землі є сонячна радіація. Її величина залежить від широти місця, оскільки від екватора до полюсів кут падіння сонячних променів зменшується. Чим менший кут падіння сонячних променів, тим на велику поверхнюрозподіляється пучок сонячних променів однакового перерізу, отже на одиницю площі припадає менше енергії.

Завдяки тому, що протягом року Земля здійснює 1 оберт навколо Сонця, переміщаючись, зберігаючи сталість кута нахилу своєї осі до площини орбіти (екліптики) з'являються сезони року, що характеризуються різними умовами нагрівання поверхні.

21 березня та 23 вересня Сонце стоїть у зеніті під екватором (Дні рівнодення). 22 червня Сонце у зеніті над Північним Тропиком, 22 грудня – над Південним. На земній поверхні виділяють пояси освітленості і теплові пояси (за середньорічною ізотермою +20 про З проходить межа теплого (жаркий) пояса; між середньорічними ізотермами +20 про З та ізотермою +10 про З розташований помірний пояс; по ізотермі +10 про З – кордону холодний пояс.

Сонячні промені проходять через прозору атмосферу, не нагріваючи її, вони досягають земної поверхні, нагрівають її, а від неї за рахунок довгохвильового випромінювання нагрівається повітря. Ступінь нагрівання поверхні, а значить і повітря, залежать, перш за все, від широти місцевості, а також від 1) висоти над рівнем моря (з підйомом вгору температура повітря зменшується в середньому на 0,6 ºС на 100 м.; 2) особливостей поверхні, що підстилає яка може бути різною за кольором і мати різне альбедо - здатність відбивати гірських порід. Також різні поверхні мають різну теплоємність та тепловіддачу. Вода через високу теплоємність повільно нагрівається та повільно, а суша навпаки. 3) від узбереж углиб материків кількість водяної пари в повітрі зменшується, а чим прозоріше атмосфера, тим менше розсіюється в ній сонячних променів краплями води, і більше сонячних променів досягає поверхні Землі.

Вся сукупність сонячної матерії та енергії, що надходить на землю називається Сонячна радіація. Вона ділиться на пряму та розсіяну. Пряма радіація- Це сукупність прямих сонячних променів, що пронизують атмосферу при безхмарному небі. Розсіяна радіація- Частина радіації, що розсіюється в атмосфері, промені при цьому йдуть у всіх напрямках. П + Р = Сумарна радіація. Частина сумарної радіації відбита від Землі називається відбита радіація. Частина сумарної радіації поглинена поверхнею Землі – поглинена радіація. Теплова енергія, що рухається від нагрітої атмосфери до Землі, назустріч потоку тепла від Землі називається зустрічне випромінювання атмосфери.

Річна кількість сумарної сонячної радіації в ккал/см 2 рік (за Т.В. Власової).

Ефективне випромінювання- Величина, що виражає фактичний перехід тепла від поверхні Землі до атмосфери. Різниця між випромінюванням Землі та зустрічним випромінюванням атмосфери визначає прогрів поверхні. Від ефективного випромінювання безпосередньо залежить радіаційний баланс – результат взаємодії двох процесів приходу та витрати сонячної радіації. На величину балансу багато в чому впливає хмарність. Там, де вона значна в нічний час, вона перехоплює довгохвильове випромінювання Землі, не даючи йому піти в космос.

Від надходження сонячної радіації безпосередньо залежать температури підстилаючої поверхні та приземних шарів повітря та тепловий баланс.

Тепловий баланс визначає температуру, її величину та зміну на тій поверхні, яка безпосередньо нагрівається сонячними променями. Нагріваючись, ця поверхня, передає тепло (в довгохвильовому діапазоні) як нижче шарів, що лежить, так і атмосфері. Саму поверхню називають діяльною поверхнею.

Основні складові теплового балансу атмосфери та поверхні Землі як цілого

У добовому ході температури поверхні, сухої та позбавленої рослинності, у ясний день максимум настає після 14 годин, а мінімум – близько сходу Сонця. Порушувати добовий перебіг температури може хмарність, вологість та рослинність поверхні.

Денні максимуми температури поверхні суші можуть становити +80 про З і більше. Добові коливання досягають 40 о. Величини екстремальних значень та амплітуди температур залежать від широти місця, пори року, хмарності, теплових властивостей поверхні, її кольору, шорсткості, характеру рослинного покриву, орієнтування схилів (експозиції).

Нагріваючись, поверхня передає тепло ґрунтогрунтам. На передачу тепла від шару до шару витрачається час і моменти настання максимальних і мінімальних значень температури протягом доби запізнюється на кожні 10 см приблизно на 3 години. Чим глибший шар, тим менше тепла він отримує і тим слабше в ньому коливання температур. На глибині в середньому близько 1 м добові коливання температури ґрунту "загасають". Шар, в якому вони припиняються, називається шаром постійної добової температури.

На глибині 5-10 м у тропічних широтах та 25 м у високих широтах знаходиться шар постійної річної температури, де температура близька до середньої річної температури повітря над поверхнею.

Вода повільніше нагрівається та повільніше віддає тепло. До того ж сонячні промені можуть проникати на більшу глибину, безпосередньо нагріваючи глибші шари. Перенесення тепла на глибину йде не так за рахунок молекулярної теплопровідності, а більшою мірою за рахунок перемішування вод турбулентним шляхом або перебігами. При охолодженні поверхневих шарів води виникає теплова конвекція, що також супроводжується перемішуванням.

На відміну від суші, добові коливання температури на поверхні океану менше. У високих широтах у середньому всього 0,1ºС, в помірних – 0,4ºС, у тропічних – 0,5ºС, глибина проникнення цих коливань 15-20 м.

Річні амплітуди температури на поверхні океану від 1ºС в екваторіальних широтах до 10,2ºС у помірних. Річні коливання температури проникають на глибину 200-300 м-коду.

Моменти максимумів температури водойм запізнюються порівняно з сушею. Максимум настає близько 15-16 години, мінімум – через 2-3 години після сходу Сонця. Річний максимум температури на поверхні океану в північній півкулі посідає серпень, мінімум – на лютий.

Дажбог у слов'ян, Апполон у стародавніх греків, Митра в індоіранців, Амон Ра у стародавніх єгиптян, Тонатіу у ацтеків – цими іменами в стародавньому пантеїзмі люди називали Бога-Сонце.

З давніх-давен люди розуміли, яке велике значення для життя на Землі має Сонце, і обожнювали його.

Світність Сонця величезна і становить 3,85 х10 23 кВт. Сонячна енергія, що впливає на площу всього 1 м 2 здатна зарядити двигун 1,4 кВт.

Джерелом енергії є термоядерна реакція, що проходить у ядрі зірки.

4 He, що утворюється при цьому, становить, без малого (0,01%) весь гелій землі.

Зірка нашої системи випромінює електромагнітне та корпускулярне випромінювання. З зовнішнього боку корони Сонця в космічний простір «дме» сонячний вітер, що складається з протонів, електронів та α-часток. З сонячним вітром втрачається щорічно 2-3х10 -14 мас світила. З корпускулярним випромінюванням пов'язані магнітні бурі та полярне сяйво.

Електромагнітне випромінювання (сонячна радіація) досягає поверхні нашої планети у вигляді прямих та розсіяних променів. Спектральний діапазон його складають:

• ультрафіолетове випромінювання;
• рентгенівські промені;
• γ-промені.

На короткохвильову частину припадає лише 7% енергії. Видиме світло становить 48% енергії радіації Сонця. В основному він складений синьо-зеленим спектром випромінювання, 45% становить інфрачервоне випромінювання і лише незначна частина представлена ​​радіовипромінюванням.

Ультрафіолетове випромінювання, залежно від довжини хвилі, поділяють на:

Більшість ультрафіолетового випромінювання з великою довжиною хвилі досягає поверхні землі. Кількості, що дійшла до поверхні планети УФ-В, енергії залежить від стану озонового шару. УФ-С майже повністю поглинається озоновим шаром та газами атмосфери. Ще 1994 р. ВООЗ і ВМО запропонували запровадити індекс ультрафіолету (UV, Вт/м 2 ).

Видима частина світла не поглинається атмосферою, але хвилі деякого спектра розсіюються. Інфрачервоний колір або теплова енергія в середньохвильовому діапазоні, в основному, поглинається водяною парою та вуглекислим газом. Джерелом довгохвильового діапазону є земна поверхня.

Усі перелічені вище діапазони мають значення для життя Землі. Значна частина сонячної радіації не потрапляє на Землі. У поверхні планети реєструється такі види випромінювання:

• 1% ультрафіолетового;
• 40% оптичного;
• 59% інфрачервоного.

Інтенсивність сонячної радіації залежить від:

• широти;
• сезону;
• часу доби;
• стани атмосфери;
• особливостей та рельєфу земної поверхні.

У різних точках Землі сонячна радіація по-різному впливає живі організми.

Фотобіологічні процеси, що протікають під дією енергії світла, залежно від їхньої ролі, можна поділити на наступні групи:

• синтез біологічно активних речовин (фотосинтез);
• фотобіологічні процеси, що допомагають орієнтуватися у просторі та допомагають отримати інформацію (фототаксис, зір, фотоперіодизм);
• ушкоджуюча дія (мутації, канцерогенні процеси, деструктивна дія на біоактивні речовини).

Світлове випромінювання має стимулюючий ефект на фотобіологічні процеси в організмі – синтез вітамінів, пігментів, клітинна фотостимуляція. В даний час вивчається сенсибілізуючий вплив сонячного світла.

Ультрафіолетове випромінювання, впливаючи на шкірні покриви людського тіла, стимулює синтез вітамінів D, В4 та білків, які є регуляторами багатьох фізіологічних процесів. Ультрафіолетове випромінювання впливає на:

• обмінні процеси;
• імунну систему;
• нервову систему;
• ендокринну систему

Сенсибілізуючий вплив ультрафіолету залежить від довжини хвилі:

Стимулююча дія сонячних променів виявляється у підвищенні специфічного та неспецифічного імунітету. Так, наприклад, у дітей, які зазнають помірного природного УФ опромінення, кількість простудних захворювань знижується на 1/3. У цьому ефективність лікування підвищується, відсутні ускладнення, скорочується період захворювання.

Бактерицидні властивості короткохвильового спектру УФ випромінювання застосовуються в медицині, харчовій промисловості, фармацевтичному виробництві для знезараження середовищ, повітря та продукції. Ультрафіолетове випромінювання знищує туберкульозну паличку протягом декількох хвилин, стафілокок – за 25 хвилин, а збудника черевного тифу – за 60 хв.

Неспецифічний імунітет у відповідь на ультрафіолетове опромінення відповідає збільшенням титрів компліменту та аглютинації, підвищенням активності фагоцитів. Але підвищене УФ-опромінення викликає патологічні зміни в організмі:

• рак шкіри;
• сонячну еритему;
• пошкодження імунної системи, що виражається в появі ластовиння, невуси, сонячних лентиго.

Видима частина сонячного світла:

• дає можливість отримання 80% інформації за допомогою зорового аналізатора;
• прискорює обмінні процеси;
• покращує настрій та загальне самопочуття;
• зігріває;
• впливає стан ЦНС;
• визначає добові ритми.

Ступінь впливу інфрачервоного випромінювання залежить від довжини хвилі:

• довгохвильове - має слабку проникаючу здатність і значною мірою поглинається поверхнею шкіри, викликаючи еритему;
• короткохвильове - проникає вглиб організму, надаючи судинорозширювальну дію, болезаспокійливу, протизапальну.

Окрім впливу на живі організми, сонячна радіація має велике значення у формуванні клімату Землі.

Значення сонячної радіації для клімату

Сонце є основним джерелом тепла, що формує земний клімат. На ранніх етапах розвитку Землі Сонце випромінювало на 30% менше тепла, ніж зараз. Але завдяки насиченню атмосфери газами та вулканічним пилом клімат на Землі був вологий та теплий.

В інтенсивності інсоляції відзначається циклічність, яка зумовлює потепління та похолодання клімату. Циклічністю пояснюється малий льодовиковий період, що настав у XIV-XIX ст. та потепління клімату, що спостерігалося в період 1900-1950 років.

В історії планети відзначається періодичність зміни нахилу осі та екстреситету орбіти, що змінює перерозподіл сонячної радіації на поверхні та впливає на клімат. Так, наприклад, ці зміни відбиваються на збільшенні та зменшенні площі пустелі Сахари.

Міжльодовикові періоди тривають близько 10000 років. Зараз Земля перебуває у міжльодовиковому періоді, який називається геліоценом. Завдяки ранній сільськогосподарській діяльності людини цей період триватиме довше, ніж розраховано.

Вченими описані 35-45 літні цикли зміни клімату, під час яких сухий та теплий клімат змінюється на прохолодний та вологий. Вони впливають на наповнення внутрішніх водойм, рівень Світового океану, зміну заледеніння в Арктиці.

Сонячна радіація по-різному розподіляється. Так, наприклад, у середніх широтах у період з 1984 по 2008 рік відзначалося збільшення сумарної та прямої сонячної радіації та зменшення розсіяної. Зміна інтенсивності відзначається протягом року. Так, пік посідає травень-серпень, а мінімум – на зимовий період.

Так як висота Сонця і тривалість світлового дня влітку більша, то на цей період припадає до 50% сумарної річної радіації. А в період з листопада до лютого – всього 5%.

Кількість сонячної радіації, що попадає на певну поверхню Землі, впливає на важливі кліматичні показники:

• температуру;
• вологість;
• атмосферний тиск;
• хмарність;
• опади;
• швидкість вітру.

Збільшення сонячної радіації підвищує температуру і атмосферний тиск, інші показники перебувають у протилежному відношенні. Вчені з'ясували, що найбільший вплив на клімат мають рівні сумарної та прямої радіації Сонця.

Заходи захисту від сонячного випромінювання

Сенсибілізуючий та ушкоджуючий вплив на людину сонячна радіація виявляє у вигляді теплового та сонячного удару, негативного впливу випромінювання на шкіру. Зараз велика кількість знаменитостей приєдналася до руху проти засмаги.

Анжеліна Джолі, наприклад, каже, що заради двох тижнів засмаги вона не хоче жертвувати кількома роками життя.

Щоб захиститися від сонячної радіації, необхідно:

1. засмагати в ранковий і вечірній годинник - найбезпечніший час;
2. користуватися сонцезахисними окулярами;
3. у період активного сонця:

• покривати голову та відкриті ділянки тіла;
• використовувати сонцезахисний крем із УФ-фільтром;
• придбати спеціальний одяг;
• захищати себе за допомогою крислатого капелюха або парасольки від сонця;
• дотримуватись питного режиму;
• уникати інтенсивних фізичних навантажень.

При розумному використанні, сонячна радіація благотворно впливає на організм людини.

Сонце - джерело тепла і світла, що дарує сили та здоров'я. Однак не завжди його вплив є позитивним. Нестача енергії або її надлишок можуть засмутити природні процеси життєдіяльності та спровокувати різні проблеми. Багато хто впевнений, що засмагла шкіра виглядає набагато красивішою, ніж бліда, проте якщо довгий час провести під прямими променями, можна отримати сильний опік. Сонячна радіація – це потік енергії, що надходить у вигляді електромагнітних хвиль, що проходять через атмосферу . Вимірюється потужністю енергії, що її переноситься на одиницю площі поверхні (ват/м 2 ). Знаючи, як впливає сонце на людину, можна запобігти її негативному впливу.

Що являє собою сонячна радіація

Про Сонце та його енергію написано безліч книг. Сонце є основним джерелом енергії всіх фізико-географічних явищ на Землі. Одна двомільярдна частка світла проникає у верхні верстви атмосфери планети, більшість же осідає у світовому просторі.

Промені світла – першоджерела інших видів енергії. Потрапляючи на поверхню землі та у воду, вони формуються у тепло, впливають на кліматичні особливості та погоду.

Ступінь впливу світлових променів на людину залежить від рівня радіації, а також від періоду, проведеного під сонцем. Багато типів хвиль люди застосовують собі на користь, користуючись рентгенівським опроміненням, інфрачервоними променями, а також ультрафіолетом. Однак сонячні хвилі в чистому вигляді у великій кількості можуть негативно вплинути на здоров'я людини.

Кількість радіації залежить від:

• положення Сонця. Найбільше опромінення посідає рівнини і пустелі, де сонцестояння досить високе, а погода безхмарна . Полярні області одержують мінімальну кількість світла, оскільки хмарність поглинає значну частину світлового потоку;
• тривалості дня. Чим ближче до екватора, тим триваліший день. Саме там люди одержують більше тепла;
• властивостей атмосфери: хмарності та вологості. На екваторі підвищена хмарність та вологість, що є перешкодою для проходження світла. Саме тому кількість світлового потоку там менша, ніж у тропічних зонах.

Розподіл

Розподіл сонячного світла по земній поверхні нерівномірний і має залежність від:

• щільності та вологості атмосфери. Чим вони більші, тим зменшується опромінення;
• географічної широти. Кількість одержуваного світла підвищується від полюсів до екватора;
• руху Землі. Обсяг випромінювання змінюється залежно від пори року;
• Показників земної поверхні. Велика кількість світлового потоку відбивається у світлих поверхнях, наприклад снігу. Найбільш слабко відбиває світлову енергію чорнозем.

Через довжину своєї території рівень випромінювання в Росії значно варіюється. Сонячне опромінення у північних регіонах приблизно таке - 810 кВт-год/м 2 за 365 днів, у південних - понад 4100 кВт-год/м 2 .

Важливе значення має тривалість годинника, протягом якого світить сонце. Ці показники різноманітні у різних регіонах, потім впливає як географічна широта, а й наявність гір. На карті сонячної радіації Росії добре помітно, що у деяких регіонах не доцільно встановлювати лінії електропостачання, оскільки природне світло цілком здатне забезпечити потреби жителів електрики і теплі.

Види

Світлові потоки досягають Землі різними шляхами. Саме від цього залежать види сонячної радіації:

• Промені, що виходять від сонця, називаються прямою радіацією.. Їхня сила має залежність від висоти розташування сонця над рівнем горизонту. Максимальний рівень спостерігається о 12 годині дня, мінімальний – у ранковий та вечірній час. З іншого боку, інтенсивність впливу має зв'язок з часом року: найбільша виникає влітку, найменша – взимку. Характерно, що в горах рівень радіації більший, ніж на рівнинних поверхнях. Також брудне повітря знижує прямі світлові потоки. Що нижче сонце над рівнем горизонту, то менше ультрафіолету.
• Відбита радіація – це випромінювання, що відбивається водою чи поверхнею землі.
• Розсіяна сонячна радіація формується при розсіюванні світлового потоку. Саме від неї залежить блакитне забарвлення неба за безхмарної погоди.

Поглинена сонячна радіація залежить від відбивної здатності земної поверхні – альбедо.

Спектральний склад випромінювання різноманітний:

• кольорові чи видимі промені дають освітленість і мають велике значення у житті рослин;
• ультрафіолет повинен проникати в тіло людини помірно, тому що її надлишок або нестача можуть завдати шкоди;
• інфрачервоне опромінення дає відчуття тепла та впливає на зростання рослинності.

Сумарна сонячна радіація – це прямі та розсіяні промені, що проникають на землю.. За відсутності хмарності, приблизно близько 12 години дня, а також у літню пору року вона досягає свого максимуму.

Історії наших читачів

Володимир
61 рік

Як відбувається вплив

Електромагнітні хвилі складаються з різних елементів. Є невидимі, інфрачервоні та видимі, ультрафіолетові промені. Характерно, що радіаційні потоки мають різну структуру енергії та по-різному впливають на людей.

Світловий потік може благотворно впливати на стан людського тіла.. Проходячи через зорові органи, світло регулює метаболізм, режим сну, впливає загальне самопочуття людини. Крім того, світлова енергія здатна викликати відчуття тепла. При опроміненні шкіри в організмі відбуваються фотохімічні реакції, що сприяють правильному обміну речовин.

Високу біологічну здатність має ультрафіолет, що має довжину хвилі від 290 до 315 нм. Ці хвилі синтезують вітамін D в організмі, а також здатні знищувати вірус туберкульозу за кілька хвилин, стафілокок – протягом чверті години, палички черевного тифу – за 1 годину.

Характерно, що безхмарна погода знижує тривалість епідемій грипу та інших захворювань, наприклад, дифтерії, що мають здатність передаватися повітряно-краплинним шляхом.

Природні сили організму захищають людину від раптових атмосферних коливань: температури повітря, вологості, тиску. Однак іноді подібний захист слабшає, що під впливом сильної вологості разом із підвищеною температурою призводить до теплового удару.

Вплив опромінення має зв'язок від його проникнення в організм. Чим довша хвиля, тим сильніша сила випромінювання. Інфрачервоні хвилі здатні проникати до 23 см під шкіру, видимі потоки – до 1 см, ультрафіолет – до 0,5-1 мм.

Усі види променів люди одержують під час активності сонця, коли перебувають на відкритих просторах. Світлові хвилі дозволяють людині адаптуватися у світі, тому для забезпечення комфортного самопочуття в приміщеннях необхідно створити умови оптимального рівня освітлення.

Вплив на людину

Вплив сонячного випромінювання для здоров'я людини визначається різними чинниками. Має значення місце проживання людини, клімат, і навіть кількість часу, проведеного під прямими променями.

При нестачі сонця у жителів Крайньої Півночі, а також у людей, діяльність яких пов'язана з роботою під землею, наприклад у шахтарів, спостерігаються різні розлади життєдіяльності, знижується міцність кісток, виникають нервові порушення.

Діти, що недоотримують світла, страждають рахітом частіше, ніж інші. Крім того, вони більш схильні до захворювань зубів, а також мають більш тривале перебіг туберкульозу.

Проте надто тривалий вплив світлових хвиль без періодичної зміни дня і ночі може згубно вплинути на стан здоров'я. Наприклад, жителі Заполяр'я часто страждають на дратівливість, втому, безсоння, депресії, зниження працездатності.

Радіація Російській Федерації має меншу активність, ніж, наприклад, у Австралії.

Таким чином, люди, які перебувають під тривалим випромінюванням:

• схильні до високої ймовірності виникнення раку шкірних покривів;
• мають підвищену схильність до сухості шкіри, що, у свою чергу, прискорює процес старіння та появу пігментації та ранніх зморшок;
• можуть страждати на погіршення зорових здібностей, катаракту, кон'юнктивіт;
• мають ослаблений імунітет.

Нестача вітаміну D у людини є однією з причин злоякісних новоутворень, порушень обміну речовин, що призводить до зайвої маси тіла, ендокринних порушень, розладу сну, фізичного виснаження, поганого настрою.

Людина, яка систематично отримує світло сонця і не зловживає сонячними ванними, як правило, не має проблем зі здоров'ям:

• має стабільну роботу серця та судин;
• не страждає на нервові захворювання;
• має гарний настрій;
• має нормальний обмін речовин;
• рідко хворіє.

Таким чином, лише дозоване надходження випромінювання здатне позитивно позначитися на здоров'ї людини.

Як захиститись

Надлишок опромінення може спровокувати перегрів організму, опіки, а також загострення деяких хронічних хвороб. Любителям приймати сонячні ванни необхідно подбати про виконання нехитрих правил:

• з обережністю засмагати на відкритих просторах;
• під час спекотної погоди ховатися в тіні під розсіяними променями. Особливо це стосується маленьких дітей і людей похилого віку, які страждають на туберкульоз і захворювання серця.

Слід пам'ятати, що засмагати необхідно в безпечний час доби, а також не перебувати тривалий час під сонцем, що палить. Крім того, варто оберігати від теплового удару голову, носячи головний убір, сонцезахисні окуляри, закритий одяг, а також використовувати різні засоби від засмаги.

Сонячна радіація у медицині

Світлові потоки активно застосовують у медицині:

• при рентгені використовується здатність хвиль проходити через м'які тканини та кісткову систему;
• введення ізотопів дозволяє зафіксувати їх концентрацію у внутрішніх органах, виявити багато патологій та осередків запалення;
• променева терапія здатна руйнувати зростання та розвиток злоякісних новоутворень.

Властивості хвиль успішно використовують у багатьох фізіотерапевтичних апаратах:

• Прилади з інфрачервоним випромінюванням застосовують для теплолікування внутрішніх запальних процесів, захворювань кісток, остеохондрозу, ревматизму завдяки здатності хвиль відновлювати клітинні структури.
• Ультрафіолетові промені можуть негативно позначатися на живих істотах, пригнічувати зростання рослин, пригнічувати мікроорганізми та віруси.

Гігієнічне значення сонячної радіації велике. Апарати з ультрафіолетовим випромінюванням використовують у терапії:

• різних травм шкірних покривів: ран, опіків;
• інфекцій;
• хвороб ротової порожнини;
• онкологічних новоутворень.

Крім того, радіація має позитивний вплив на організм людини в цілому: здатна надати сили, зміцнити імунну систему, заповнити нестачу вітамінів.

Сонячне світло є важливим джерелом повноцінного життя. Достатнє його надходження призводить до сприятливого існування всіх живих істот планети. Людина не може знизити ступінь радіації, проте може захистити себе від її негативного впливу.

СОНЯЧНА РАДІАЦІЯ