|
Главная страница > Образование > Рефераты > просмотр статьи Механизм влияния солнечной активности на погоду и климат Земли. Часть 1 |
назад в раздел Рефераты |
Содержание статьи
ru предлагает услуги по бурению скважин под сваи для фундамента
подарочные сертификаты из пластика формата А6
занимаемся обучением шугарингу
вы можете купить подходящие интимные товары из приятного ассортимента товаров эротического и БДСМ
Блог частного инвестора
|
|
|
|
постоянная ссылка на статью: https://uainfo.info/stat/1676_stat.html
Механизм влияния солнечной активности на погоду и климат Земли
Часть 1
Тысинюк Н.М.
В воздухе, насыщенном ионами, молекулы азота и кислорода приобретают свойства излучать и поглощать электромагнитные волны в инфракрасном диапазоне. Ионы в тропосфере образуются вследствие облучения молекул воздуха заряженными частицами солнечного, космического и техногенного происхождения.
1. Введение
В настоящее время в научных и политических кругах преобладает мнение об антропогенных причинах глобального изменения климата Земли. Однако, на наш взгляд, имеются и другие, более мощные факторы, влияющие на погоду и климат нашей планеты – это активность Солнца и теплоотдача недр Земли через дно океанов.
О том, что активность Солнца влияет на климат земли известно давно и доказано многочисленными исследованиями. Однако надежного объяснения этого влияния в настоящее время нет. Поэтому среди ученых немало скептиков, не доверяющих результатам исследований, тем более, что влияние солнечной активности на погоду Земли неоднозначно.
Датский климатолог Хенрик Свенсмаркопубликовал статью, в которой доказывал, что на погоду и климат Земли оказывают влияние не сколько выбросы углекислого газа в атмосферу, столько высокоэнергичные космические лучи из открытого космоса, проникающие глубоко в атмосферу и вызывающие ионизацию газов воздуха. Ионы, являясь ядрами конденсации, стимулируют конденсацию и сублимацию водяных паров в атмосфере и, в конечном итоге, облакообразование. В зависимости от покрытия Земли облаками, изменяется поступление солнечной тепловой энергии на земную поверхность в связи с тем, что значительная ее часть отражается от облаков в Космос. Интенсивность облучения земной атмосферы космическим излучением, зависит от активности Солнца. Поэтому погода и климат Земли, как доказывает Хенрик Свенсмарк, зависит от активности нашего светила. В периоды высокой активности Солнца Земля меньше облучается космическими лучами и, соответственно, меньше формируется облаков и температура повышается. В периоды низкой активности Солнца на Землю попадает больше космических лучей, увеличивающих облачность и Земля охлаждается.
Исследования этого вопроса дали противоречивые результаты. Причиной этого могли быть неоднозначность влияния космического излучения на погоду и климат в различных регионах Земли или отсутствие указанного эффекта.
Если идея не подтверждается исследованиями, необходимо хотя бы попытаться дать теоретическое ее обоснование.
Жаркое лето 1986 года и исключительно холодная, снежная и продолжительная зима и весна 1986 - 1987 годов на Украине после аварии на Чернобыльской АС [7], натолкнули на мысль о возможности влияния продуктов радиоактивного распада на погодообразующие элементы. Приземный слой воздуха в течение указанного периода облучался β и γ излучениями. В нижнюю, среднюю и верхнюю тропосферу с загрязненной радиоактивными продуктами подстилающей поверхности и приземного слоя воздуха поступали нейтроны, распадающиеся на разных высотах на протоны, электроны и электронные антинейтрино. Несмотря на то, что энергия отдельных элементарных частиц значительна, общая вносимая в тропосферу энергия была ничтожной по сравнению с энергией происходящих в ней процессов. Поэтому ионизирующее излучение прямого влияния на процессы, происходящие в тропосфере оказывать не может. Очевидно существует какой-то механизм, в результате которого внесение в атмосферу столь ничтожной энергии вызывает заметные изменения погоды и климата.
В результате облучения атмосферы ионизирующим излучением любого происхождения происходит образование легких ионов, состоящих из нескольких десятков нейтральных молекул. Рассмотрим на молекулярном уровне излучение газов воздуха, свободных от легких ионов и, отдельно, насыщенных последними.
2. Трансформационные изменения сухого и чистого от аэрозолей и ионов воздуха
Сухой и чистый от аэрозолей и легких ионов воздух излучает и поглощает электромагнитные волны в инфракрасной части спектра очень слабо, в основном, за счет молекул водяного пара и углекислого газа. Молекулы основных газов воздуха - азот и кислород в процессе хаотического движения сталкиваются как квазиупругие шары без потери энергии. Это обусловлено тем, что молекулы указанных газов не имеют дипольных моментов как у молекул воды. Центры масс и центры зарядов у таких молекул совпадают, поэтому они не имеют колебательных и вращательных спектров излучения и поглощения.
В связи с этим изменение температуры сухого воздуха в свободной атмосфере за счет излучения и поглощения происходит крайне медленно. Трансформационные изменения температуры сухого воздуха происходят, в основном, в приземном слое в результате радиационного выхолаживания или прогрева подстилающей поверхности. При отсутствии конвективных явлений эти изменения температуры воздуха в нижней тропосфере редко превышают высоты 1.5 – 2.5 км. В средней и верхней тропосфере изменения температуры воздуха могут происходить также за счет динамических факторов при циклогенезе и антициклогенезе и адвективных явлений. При отсутствии указанных факторов изменения температуры сухого воздуха с небольшой концентрацией аэрозолей и легких ионов в тропосфере незначительны.
3. Влияние ионов на физические свойства газов воздуха (гипотеза)
В сухом чистом воздухе, насыщенном легкими ионами, свойства молекул азота и кислорода в части поглощения и излучения электромагнитной энергии, как мы считаем, изменяются. В электростатическом полеионов происходит смещение центров зарядов у молекул азота и кислорода относительно их центров масс, в связи с чем у этих молекулвозникает дипольный момент. Эти молекулы, подобно молекулам воды и углекислого газа, на наш взгляд, приобретают свойства поглощать и излучать энергию в области инфракрасныхэлектромагнитных волн. Поэтому сухой воздух с повышенным содержанием легких ионов трансформируется не только в приземном слое, но и во всей толще тропосферы. Возможны несколько механизмов поглощения и излучения электромагнитной энергии молекулами азота и кислорода, находящимися в электростатическом поле легких ионов.
Механизм 1
Под воздействием ионизирующего излучения и механическим путем в тропосфере образуются молекулярные ионы обоих знаков, к которым прилипают нейтральные молекулы азота и кислорода, образуя легкие ионы, содержащие по несколько десятков молекул.
Значительная часть энергии электростатического поля иона расходуется на поляризацию прилипающих молекул. Поэтому, каждая последующая прилипшая молекула уменьшает энергию электростатического поля иона. При этом заряд легкого иона не меняется. Молекулы, имеющие скорости поступательного движения меньше среднеквадратической, прилипают к иону, а молекулы со скоростями, превышающими среднеквадратическую выбивают прилипшие молекулы.
Большинство молекул газов воздуха имеют скорости, близкие к среднеквадратической скорости поступательного движения. Эти молекулы при неупругих столкновениях с ионами, не прилипая, почти полностью теряют кинетическую энергию на излучение. Излучаемая энергия в этом случае равна средней кинетической энергии молекул:
ώ = 3kT/2 ,
где
ώ - средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы идеального газа (с достаточной степенью точности формула применима для воздуха);
k- постоянная Больцмана;
T- температура воздуха;
Молекула, потерявшая кинетическую энергию при неупругом столкновении с ионом, понижает общую энергию поступательного движения молекул, а, следовательно, понижается и температура воздуха. Изменение температуры воздуха в результате потери
энергии на излучение при столкновении с ионами составляет:
∆T = T2 – T1
где T1 и T2 - температура воздуха, соответственно, в начальный и конечный моменты времени.
Из кинетической теории газов:
T1 = 2ώ1/3k и T2 = 2(ώ1 - ∆ ώ)/3k
где: ώ1 - средняя кинетическая энергия молекулы при температуре ;
∆ ώ - изменение средней кинетической энергии молекулы.
Если предположить, что потеря энергии при столкновении молекул с ионами за время τ равномерно распределяется между всеми молекулами единичного объема, тогда:
∆ ώ = ώ1n±n1τ(1 – C)/n0
где: n± и n0 - число ионов и нейтральных молекул в единичном объеме соответственно;
τ- время;
С - коэффициент поглощения инфракрасного излучения кристаллами льда или каплями воды (O < С < 1);
n1 - число соударений нейтральных молекул в ион в единицу времени, которое равно:
n1 = 1.41πd2n0(8RT/πμ)0.5 ,
где:d2 - сечение взаимодействия молекулы с ионом;
R - газовая постоянная;
μ - молекулярный вес газа.
Таким образом, изменение температуры воздуха составляет:
∆T = – 1.41πd2(2ώ1/3k)(8RT1/πμ)0.5n±τ(1 – C)
или после преобразования:
∆T = – T13/2d2(16πR/μ)0.5n±τ(1 – C) (1)
Подставив значения постоянных членов и полагая, что для воздуха μ= 29, а сечение столкновения молекулы с ионом имеет порядок 10-16 см2, получим:
∆T ≈ – 10-14 T13/2n±τ(1 – C) (2)
Механизм 2
Молекулы, пролетающие в электростатическом поле иона без столкновения с ним, поляризуясь, в результате неупругих взаимодействий также теряют энергию на излучение. Сечение взаимодействия без столкновения имеет порядок 10-14 см2. На удалении 10-7 см
энергия электростатического поля иона равна 10-1ώ1, поэтому, подставив значения величин в (1), получим:
∆T ≈ – 10-13 T13/2n±τ(1 – C) (3)
Для простоты расчета здесь принято, что все молекулы в электростатическом поле иона в радиусе 10-7см теряют энергию 10-1ώ1. Фактически же потеря энергии молекулами колеблется в пределах от ώ1 до 10-1ώ1 .
Механизм 3
Легкие ионы газов воздуха подобно другим аэрозолям поглощают и излучают энергию в инфракрасной части спектра за счет изменения энергии колебательного и вращательного движения молекул внутри иона. Указанные два вида движений атомов в молекулах и поступательное движение молекул взаимосвязаны, поэтому изменение энергии первых двух видов движений влечет за собой изменение энергии поступательного движения, определяющего температурный режим газов. Концентрация ионов в воздухе сравнительно небольшая, поэтому и суммарное излучение за счет этого механизма незначительно.
Процесс излучения и поглощения электромагнитной энергии в воздухе, насыщенном легкими ионами, происходит постоянно. В результате поглощения солнечной радиации легкими ионами и поляризованными молекулами азота и кислорода кинетическая энергия
поступательного движения молекул газов повышается. Одновременно с этим действует механизм излучения энергии, вследствие чего энергия поступательного движения молекул газов уменьшается.
Изменение температуры воздуха за счет потерь энергии при взаимодействии молекул с ионами без столкновения на порядок больше, чем при столкновении, поэтому изменением температуры за счет последнего фактора можно пренебречь и для расчетов использовать формулу (3).
Расчеты показывают, что при концентрации ионов 105 см3 в сухом чистом воздухе на высоте АТ500 гПа за счет излучения температура понижается на 0,14 0С в час или 3,4 0С за сутки.
Температура воздуха при отсутствии солнечной радиации за счет выше указанного фактора понижается до достижения конденсации или сублимации водяных паров, когда С = 1. В дальнейшем происходит поглощение излучаемой энергии водяными каплями и кристаллами льда. Ионы интенсивно растворяются в каплях и оседают на кристаллах, их концентрация резко снижается.
Хотите Добавить статью в закладки - жмите на блок кнопок слева!
Хотите Добавить статью в закладки - жмите на блок кнопок слева!Параметры статьи
Заказывайте в нашем магазине мужские и женские сумки
Хотите кататься на сноуборде даже летом
Подарочный сертификат на любые услуги
реализуем свадебные платья для беременных и короткие свадебные платья
Оценка: не оценивалось
Добавлена: 24-02-2015
Срок действия: неограниченная
Голосов: 0
Просмотров: 2028
