Каким образом поступает энергия от солнца к земле и другим планетам: 1) Каким образом поступает энергия от Солнца к Земле и другим планетам? Почему другие виды — magazinakb.ru

Содержание

1) Каким образом поступает энергия от Солнца к Земле и другим планетам? Почему другие виды

В таблице указаны виды зарядов, возникающих у тел при их электризации трением. Названия материалов, электризующихся при взаимном трении, расположены п … острочно в разных столбцах. ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ ЗАРЯДЫ ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ ЗАРЯДЫ шерсть сера В твоём распоряжении имеется заряженный электрометр. Как определить знак его заряда, используя информацию, приведённую в таблице? Выбери правильный порядок действий. Поднести одно из тел к электрометру. Если стрелка отклонилась на больший угол, то электрометр заряжен так же, как и подносимое к нему тело. Потереть тела друг о друга. Сделать вывод о заряде электрометра. Посмотреть на изменение положения стрелки электрометра. Сделать вывод о том, какой заряд приобретёт в результате трения каждое тело.

Сегодня ты узнаешь больше об электризации тел. Знаешь ли ты, к примеру, какой заряд получит электрометр, если к нему поднести горный хрусталь, наэлект … ризованный трением о фланель? Не знаешь? Тогда прочитай приведённую ниже информацию! 12689588.jpg flanel.png Вещества можно расположить в ряды, в которых предыдущее тело электризуется положительно, а последующее — отрицательно. Рассмотри ряд Фарадея! (+) мех, фланель, слоновая кость, перья, горный хрусталь, флинтглас, бумажная ткань, шёлк, дерево, металл, сера (-) Некоторые из веществ этого ряда были выписаны в таблицу, однако при этом были допущены ошибки. Найди их и отметь. (Будь внимателен! Отметь вещества, которые внесли в таблицу ошибочно!)

Помогите пожалуйста срочно надо

Решить задачу…….

скільки однакових резисторів по 4 Ом потрібно, щоб отримати опір 9 ом? Нарисуйте відповідну схему.

Газ стиснули, виконавши над ним роботу 90 Дж. При цьому газ передав навколишньому середовищу кількість теплоти 35 Дж. На скільки змінилася внутрішня е … нергія газу?

Над тілом виконали роботу 80 Дж та передали йому кількість теплоти 50 Дж. На скільки змінилася внутрішня енергія тіла?

решите задачу 8.25 20 баллов

решите задачу 8.24 20 баллов

каким образом поступает энергия от солнца к земле и другим планетам? почему другие виды

Помогите пожалуйста срочно надо

Решить задачу…….

скільки однакових резисторів по 4 Ом потрібно, щоб отримати опір 9 ом? Нарисуйте відповідну схему.

решите задачу 8.25 20 баллов

решите задачу 8.24 20 баллов

Использование энергии солнца на земле — Аккумуляторы WESTA

Великое и могучее, вечное и всегда молодое, так во многих древних религиях люди отзывались о Солнце. Говорили о нем как об одушевленном предмете и поклонялись ему, мерили время и возносили хвалу как первоисточнику всех земных благ.

И сегодня, когда ни для кого не является секретом, что именно Солнце является основным природным источником тепла и соответственно жизни во многом приходится соглашаться с пониманием роли небесного светила в жизни человечества.

Ну а чем кроме поклонения и понимания важности Солнца в истории цивилизации сегодня человечество может воспользоваться в повседневной своей жизни?

Конечно, Солнце является источником необходимой энергии для фотосинтеза растений, оно заставляет совершаться круговороту воды в природе, только благодаря Солнцу, планета имеет все известные сегодня ископаемые виды топлива. И еще человек может использовать энергию солнца для обеспечения своих потребностей в энергии – тепловой и электрической.

Солнце – основной источник энергии на земле

Природа мудро позаботилась о процессе доставки солнечной энергии к Земле, отсылая с поверхности светила солнечную радиацию до поверхности Земли из всего спектра электромагнитного излучения, доходит три основных вида волн:

ультрафиолетовые волны, их общее количество в солнечном спектре по разным подсчетам составляет около 2%, при этом оно невидимо для человеческого глаза,

световые волны составляют примерно половину доходящей до Земли энергии – 49%, благодаря волнам этого диапазона человек имеет возможность видеть все краски мира;
инфракрасные волны, на которые приходится 49% спектра, при этом именно благодаря этим 49% происходит нагревание поверхности Земли, океанов и суши, и именно эти волны и являются источником наиболее востребованной сегодня человечеством солнечной энергии.

Принцип преобразования энергии солнца в электричество и тепло

Как и любой другой процесс, преобразование солнечного света в тепловую и электрическую энергию происходит по принципу прямого превращения световой энергии в тепловую или электрическую – солнечный свет, попадая, на специальную поверхность запускает процесс превращения световой энергии в электрическую или тепловую.

Процесс получения тепловой и электрической энергии из энергии солнца, несмотря на определенное различие в целом очень схож и во многом может быть представлен в виде схожих друг с другом схем:

для получения тепловой энергии используется тепловой коллектор для поглощения инфракрасных волн, далее в зависимости от сложности системы используются накопители и теплообменники, нагревающие конечный продукт;
для получения электрической энергии используется принцип прямого преобразования солнечного света в электричество постоянного тока – фотоэлемент принимает на свою поверхность солнечный свет и преобразует в электричество.

Как используют солнечную энергию в наше время

Во многом, использование бесплатной и возобновляемой, а соответственно наиболее перспективной энергии солнца сегодня от теоретических изысканий уже давно перешло в практическую плоскость.

Огромное количество предложений коммерческих фирм делают такую энергию доступной практически для всех, при этом основными направлениями использования такой энергии в повседневной жизни выступают во многом привычные вещи.

Солнечные батареи

Наиболее распространенный источник преобразования солнечного света в электроэнергию. Несмотря на, относительную дороговизну и небольшую мощность, солнечные батареи вполне могут уже сегодня обеспечить половину потребностей человечества в бесплатном освещении.

Несмотря на относительную новизну этого вида источников электроэнергии и еще пока несовершенство технологии уже сегодня солнечные батареи используются как для освещения садовых дорожек и улиц, и уже используются в качестве источников энергии для освещения домов и городских квартир.

Энергоснабжение дома

Еще пару лет назад система солнечных батарей для освещения дома была чем-то из области фантастики, а сегодня вполне реально установить на балконе или наружной стене комплект солнечных панелей способных обеспечить энергоснабжение отдельной квартиры или загородного дома.
Технология использования солнечной энергии для получения электричества пока не позволяет получить слишком большой КПД – в среднем он составляет около 13%, а вырабатываемый ток равен 12 В, но и такого количества энергии вполне достаточно чтобы бесплатно пользоваться освещением в квартире или доме.
Во многом скепсиса оборудовать дом солнечными батареями добавляет возможность работы панелей в пасмурный день или в сумерках, однако, это уже давно забытый этап – все представленные солнечные панели работают даже в глубоких сумерках, а аккумуляторных батарей вполне хватает для питания током потребителей до следующей зарядки.

Портативные солнечные батареи

Еще один вид источников электрического тока в отсутствие стационарной электрической сети. Переносные панели, легкие и удобные незаменимы для тех, чья жизнь связана с постоянными перемещениями вдали от цивилизации, туристов, путешественников, да и для дачников у кого нет электричества на участке очень нужная вещь для зарядки телефона или питания радиоприемника.

Солнечный коллектор

Еще большее применение нашло использование процесс преобразования солнечной энергии в тепловую энергию. Простейшим ее примером можно назвать летний душ, когда емкость с водой нагревается на солнце. Однако сегодня это уже далеко не самый экономически выгодный вариант использования солнечной энергии для бытовых целей – простейший солнечный коллектор делает процесс нагрева воды намного более эффективным.

Суть солнечного коллектора заключается в поглощении энергии поглощающим элементом и передачи ее в виде тепловой энергии для нагрева жидкости. Сегодня используются несколько видов солнечных коллекторов:

плоский коллектор, в котором поглощающий элемент выполнен в виде плоской панели, внутри которой циркулирует теплоноситель;
трубчатый коллектор – вид солнечной установки, в которой нагрев рабочей жидкости происходит в соединенных между собой трубах, имеющих хорошую теплопроводность.

Горячее водоснабжение

Установки горячего водоснабжения – сегодня наиболее используемый вид солнечных установок с солнечным коллектором. Нагреваемая солнцем рабочая жидкость по трубопроводу поступает в бак-концентратор, где по теплообменнику происходит нагрев воды.

Схема устройства похожа на обычный электрический бойлер, только вместо электрического нагревательного элемента внутри бака находится трубчатый теплообменник с рабочей жидкостью. Относительно небольшая установка с солнечным коллектором способна обеспечить бесплатный нагрев воды для покрытия бытовых нужд суточного потребления горячей воды семьи из 4 человек в весенне-осенний период.

В отличие от горячего водоснабжения установка для автономного теплоснабжения с использованием солнечного света сегодня выглядит во многом еще большой экзотикой, но в целом не является фантастикой. В ней заложен принцип аккумулирования тепловой энергии и постепенного ее использования для отопления помещений дома. В таких установках используется комбинированный подход:

здание усовершенствуется – делается более эффективная теплоизоляция, сокращаются потери тепла, производится замена стеклопакетов;
в подвальном помещении размещается аккумулятор тепла, способный накапливать большое количество тепловой энергии;
монтируются солнечные коллекторы с заполнение специальным теплоносителем, способным нагреваться при минимальных положительных температурах воздуха;

Такая система отопления способна обеспечить отопление загородного дома в осенне-зимний период на протяжении 60-70 дней, а при условии теплой зимы, с большим количеством солнечных дней и обойтись без других источников энергии на протяжении всего отопительного сезона.

Солнечные концентраторы

Довольно экзотичный, хотя и древний вид аппаратов для использования энергии светила. Использование концентрированных в одной точке солнечных лучей отсчитывается со времени Древней Греции, когда Архимед, с помощью зеркал сжег флот неприятеля.

Сегодня в основном солнечные концентраторы используются в качестве походных экологически чистых кухонь для приготовления нехитрых блюд и в солнечной энергетике, когда на больших площадях параболические зеркала концентрируют солнечный свет на трубопроводах с теплоносителем.

Транспорт на солнечной энергии

Сегодня никого не удивить тому, что чудаки используют солнечную энергию в разных целях, но, тем не менее, регулярные чемпионаты Австралии по гонкам через весь континент на солнечных автомобилях до сих пор освещаются прессой в колонках курьезов. А вместе с тем за последние 10 лет, скорость таких солнцемобилей возросла с 6 до 80 километров в час. К тому же готовится второе кругосветное путешествие самолета на солнечной энергии.

И хотя до промышленных образцов еще далеко, но если самолет, использующий энергию солнца, облетел Земной шар, то в скором будущем это станет обычным делом.

Где лучше всего используют солнечную энергию

Как ни странно, но в рейтинге стран, наиболее рационально использующих солнечную энергию практически нет государств, которые географически, получают наибольшее количество солнечного света. Во многом это объяснимо тем, что бесплатную энергию больше всего любят там, где умеют считать деньги.

К тому же именно в топ-10 наиболее использующих солнечную энергию стран находятся страны с высоким развитием технологий, а следовательно, сделавших технологию использования энергии солнца наиболее доступной.

Среди лидеров сегодня страны стремящиеся обеспечить энергетическую независимость не только государства, но и отдельного гражданина – Германия, Италия, Япония. В этих странах большинство солнечных установок используются в качестве солнечных панелей для наружного освещения и горячего водоснабжения.

На промышленную основу использование энергии солнца поставлено в США, где расположены наибольшее количество солнечных электростанций. А вот использование Солнца в экологических целях лучше всего поставлено в Израиле – здесь не только опресняют воду, но и очищают канализационные стоки с помощью солнечных установок.

Перспективы развития солнечной энергетики

Войны и нефтяные кризисы сами собой подталкивают людей к поиску дешевых и вечных источников энергии.

Сколь бы не была дешева добыча полезных ископаемых, но их запасы не безграничны, к тому же технологии добычи во многом становятся опасными для самой среды обитания человечества.

И именно поэтому солнечная энергетика все больше занимает позиций в энергетическом секторе развитых стран, постепенно вытесняя атомную и тепловую.

Сегодня уже принято рядом государств программы развития солнечной энергетики, в которых, например, в Германии предусматривается до 2050 года нарастить использование солнечной энергии в общем балансе страны до 50%. А Израиль уже сегодня использует около 15 % электроэнергии, произведенной солнечными панелями.

Использование энергии солнца на Земле — способы и преимущества

Неисчерпаемый источник

Согласно определению, солнечная энергия — это электромагнитное излучение всех частот от звезды системы, которое достигает планеты Земля. Большая его доля приходится на видимый и инфракрасный спектры.

С древних времен люди научились использовать эту энергию, в первую очередь, как источник тепла.

Лишь с первой половины XIX века люди начали активно преобразовывать солнечный свет в электричество, что стало возможным благодаря созданию специальных устройств — фотоэлементов.

Цифры и данные

Выгода использования солнечной энергии на Земле базируется на достаточно весомом факте: за этим источником ближайшее будущее. Доказать это утверждение несложно, если учесть следующие данные:

За один год планета получает от Солнца приблизительно 3,85*10 24 Дж энергии.
Благодаря использованию направленных потоков воздушных масс (ветра) можно получать 2,25*10 21 Дж.
Вся биомасса планеты использует около 3*10 21 Дж энергии ежегодно. Основная ее доля приходится на тропические леса Южной Америки.
Электричество и органические энергетические источники, которые человек использует для своих нужд, в среднем составляют 5*10 20 Дж в год.

Эти данные показывают, что развитие современной экономики и увеличение энергопотребления сполна может быть обеспечено за счет энергии солнца, ведь она на 4 порядка (в 10000 раз) превышает существующие нужды.

В 2002 году было вычислено, что один солнечный час на планете способен обеспечить энергией все человечество на 1 год.

В свою очередь, всего 18 ясных дней достаточно, чтобы получить столько энергии, сколько ее запасено по всему миру в виде любых других ресурсах в настоящее время.

Цифры также демонстрируют, что вся гигантская зеленая масса планеты использует лишь 0,08% всей доступной энергии электромагнитного излучения. Эти данные говорят о неисчерпаемости рассматриваемого источника и огромных возможностях для развития глобальной экономики, которые он предоставляет.

Согласно прогнозам экологической организации мирового значения Гринпис, к 2030 году около 2/3 всего населения планеты будут использовать солнечные лучи в качестве основного энергетического источника.

Прямое и рассеянное излучение

Около 30% электромагнитного излучения, которое достигает верхних слоев атмосферы планеты, рассеивается и излучается обратно в космос. Далее, при прохождении толщи атмосферы происходит дальнейшее рассеивание света на облаках. Наконец, нагреваясь, поверхность суши и океанов также излучает электромагнитные волны низких частот (инфракрасный спектр).

Около 1000 Вт/м 2 энергии падает в среднем на поверхность Земли. Это прямое излучение. Его можно теоретически использовать для концентрации и перенаправления для генерации полезного тепла или электроэнергии. В настоящее время львиная доля прямого излучения уходит на нагрев поверхности и последующее ее остывание в виде рассеянного испускания электромагнитных волн.

Рассеянное излучение играет важную роль в поддержании жизни на планете. Благодаря ему происходит нагрев нижних слоев атмосферы и их подъем в верхние слои в результате явления конвекции. Последующее остывание теплого воздуха приводит к образованию облаков, дождям и ветрам.

Основные преимущества

Основные преимущества в сравнении с традиционными источниками:

Неисчерпаемость. Речь о возобновлении не идет, поскольку Солнце будет светить еще несколько миллиардов лет.
Отсутствие какого-либо загрязнения окружающей среды. По сути, энергии Солнца обязана наша планета со всем ее многообразием живых существ.
Сокращение вредных выбросов и замедление процесса глобального потепления, который во многих регионах уже ощущается непосредственно в виде погодных аномалий и подъема уровня океана.
Возможность развития регионов, которые находятся на больших расстояниях от индустриально развитых центров. В таких местах может не быть собственных полезных ископаемых, а их привоз является экономически нецелесообразным. Как правило, многие из этих регионов планеты являются островными государствами, которые расположены вдали от континентов.
Простота использования и преобразования. Поскольку в настоящее время развивается активно направление преобразования энергии солнца в электрическую, то последнюю можно использовать для широкого спектра нужд.

Современное состояние развития устройств для преобразования солнечной энергии позволяет создавать как крупные сети для мегаполисов, так и изолированные станции, обеспечивающие потребности относительно небольших поселений вплоть до отдельных домов.

Способы использования

Два основных способа применения солнечного электромагнитного излучения:

Пассивный метод

К пассивному относится использование солнечного света в быту непосредственно, то есть без его преобразования в другие виды энергии с помощью каких-либо устройств и механизмов. Этот способ включает различные системы проектирования зданий и сооружений, водохранилищ и солнечных кухонь, которые позволяют определенным образом перераспределять энергию падающих лучей и улучшать естественную вентиляцию помещений или поглощать тепло в дневное время суток и отдавать его в ночные часы. Такая архитектура получила название биоклиматической.

Активное применение

В дополнение к тому, где используется солнечная энергия, следует отметить активное ее применение. Оно подразделяется на два типа:

термический;
фотоэлектрический.

О термическом активном использовании света мало информации, поскольку он в настоящее время занимает менее 1% от всей рассматриваемой индустрии.

Суть его заключается в накоплении тепла в специальных устройствах, которые принимают лучи, но сами практически не излучают.

Вся поступившая энергия в эти нагреватели используется для нагрева воды или пара, который впоследствии можно применить для домашних нужд (обогрев, приготовление пищи и так далее).

Некоторые термоустройства позволяют получать температуры в несколько сотен градусов (300−500 °C). В их дизайне применяют современные материалы с заранее заданными оптико-термическими свойствами (пластмассы, стекло).

Фотоэлектрический способ использования солнечных лучей главным образом базируется на применении так называемых фотоэлементов и панелей, из которых они собираются.

Именно это направление энергетики получило колоссальное развитие в последнее десятилетие во многих развитых странах (США, Германия, Великобритания, Япония, Испания).

Выработка солнечной электроэнергии в глобальном масштабе в период с 2006 по 2018 год увеличилась в десятки раз и составила более 500 ГВт.

Фотоэлектрический элемент

Он представляет собой ячейку, созданную с помощью современных технологий. Она включает в себя активный полупроводник (в основном кремний и его соединения p и n-типа), прозрачное стекло специального типа и алюминиевый корпус для обеспечения механической прочности элемента.

Падающий фотон возбуждает электрон, переводя его из валентной зоны через запрещенную в зону проводимости. Этот элементарный акт приводит к генерации пары свободных носителей заряда электрон-дырка.

Наличие электростатического поля внутри полупроводника приводит к разделению генерированного заряда через p-n переход, что создает разность потенциалов.

Последняя используется для получения постоянного электрического тока.

В зависимости от дизайна и стоимости полупроводники фотоэлементов бывают трех типов:

монокристаллические;
поликристаллические;
аморфные.

Их стоимость падает сверху вниз по списку, а КПД преобразования возрастает. Аморфный кремний применяют в дешевых устройствах, например, в недорогих часах и калькуляторах.

Самый высокий КПД фотоэлемента, который в настоящее время удалось получить, составляет 20%. В подавляющем же большинстве случаев этот показатель около 15%.

Связано это с тем, что большая доля солнечного света имеет энергию большую, чем необходимо для активации работы устройства, поэтому львиная ее доля расходуется на тепловые колебания решетки полупроводника, а не на генерацию электричества.

Развитие отрасли в современном мире

Ввиду повышения требований к экологичности используемых источников энергии в последнее время, солнечная индустрия стала активно набирать популярность в XXI веке. Сейчас многие электронные устройства и аппараты используют солнечные лучи либо в качестве основного источника, либо как дополнительный. Примером могут служить гибридные автомобили.

В 2015 году солнечный вид энергии занял третье место среди возобновляемых источников, после гидростанций и ветряных мельниц. Лидерами в этом направлении являются Германия, Китай, Япония и США. Так, в июне 2014 года в Германии благодаря использованию солнечных батарей удалось получить 50% всей электроэнергии, потребляемой страной в течение суток.

Таким образом, тема солнечной энергетики является актуальной в связи с частыми экономическими кризисами традиционных энергоресурсов и с учетом тяжелой экологической обстановки во многих регионах мира. Многие ученые считают энергию Солнца ближайшим будущим человеческой цивилизации.

Использование энергии Солнца на Земле* (сверх программы)

Все с детства знают, что Солнце является важнейшим источником света и тепла для нашей планеты. Без солнечной энергии, не было бы жизни на Земле. И люди, и животные, и растения — все нуждаются в солнечной энергии.

Люди часто используют солнечное тепло, чтобы высушить белье или нагреть воду. Мы воспринимаем солнечный свет и тепло как должное и редко задумываемся о том, сколько энергии передаётся нам от Солнца.

Заметив это, люди задумались, а можно ли как-то использовать солнечную энергию в своих целях. Оказалось, что можно, и весьма успешно.

Существуют солнечные батареи, о которых мы упоминали в уроке об излучении.

Эти батареи способны улавливать солнечную энергию и преобразовывать её в электрическую. Это особенно полезно на космических станциях и кораблях.

Солнечные батареи устанавливаются прямо на корпус корабля или станции, таким образом, получая энергию от Солнца. После это энергия преобразуется в электрическую и используется, например, для освещения.

Солнечные батареи обычно имеют размеры порядка 10—50 м2.

Чтобы детально рассмотреть вопросы, связанные с использованием солнечной энергии, вам нужно еще многое изучить. Поэтому, сегодняшний урок можно считать ознакомительным.

Итак, давайте познакомимся с некоторыми общеизвестными фактами. Существует так называемая солнечная постоянная — это интенсивность солнечного излучения.

Интенсивность определяется мощностью излучаемой энергии на 1м2:

Солнечная постоянная равна

То есть, за 1 с, через площадь в 1 м2 проходит 1367 Дж солнечной энергии. Но, до нас доходит не вся эта энергия из-за того, что у Земли есть атмосфера. Часть энергии поглощается частицами, находящимися в атмосфере, а часть — отражается и уходит обратно в космическое пространство.

Поэтому, максимальный поток солнечной энергии, который доходит до поверхности Земли — это 102 Вт/м2. Но, этой интенсивности поток достигает на экваторе, на уровне моря. В действительности же, интенсивность излучения в тех или иных областях Земли будет зависеть от погоды, от времени суток и от некоторых других факторов.

Так что, средняя интенсивность примерно втрое меньше максимальной и составляет 34 Вт/м2. От этого значения мы и будем отталкиваться.

Исходя из этого, мы можем вывести формулу, по которой можно подсчитать солнечную энергию, которую может собрать солнечная батарея. Если мы умножим интенсивность излучения на площадь батареи, то мы получим мощность: P = I0S.

Чтобы найти энергию, нужно мощность умножить на время излучения: E = Pt.
Тогда получим, что энергия равна: E = I0St.
Итак, если мы установим батарею 5 на 8 метров, то за 8 часов батарея получит:

Для сравнения при сгорании литра бензина выделяется менее 33 МДж. Предположим, что при преобразовании солнечной энергии в электрическую теряется 90% энергии. То есть, коэффициент полезного действия составляет всего 10%:

Даже при этом, энергии, полученной от солнца за световой день, хватит на работу трёх стоваттных лампочек в течение почти четырёх часов.

Конечно, вы можете сказать, что литр бензина стоит значительно дешевле, чем изготовление солнечной батареи, да и работа трёх лампочек — это не очень-то впечатляющий показатель. Но, ведь, мы сейчас рассмотрели использование только одной батареи.

Давайте посчитаем, сколько мы можем получить энергии, если поставим солнечные батареи на крышу дома. Площадь такой крыши составляет порядка 200 м2. В летний период световой день длится порядка 12 часов. Вот и считайте:

Даже, если мы опять предположим только 10% эффективности солнечных батарей, этой энергии хватит на то чтобы постирать белье в стиральной машине, посмотреть фильм по телевизору и обеспечить работу компьютера более чем на сутки:

Можно привести много примеров, но мы приведём только один. За июль 2013 года Германия, будучи далеко не самой солнечной страной, произвела более 5 ТВт-часов, используя солнечную энергию. Такое количество электроэнергии потребляет целый район многоквартирных домов за 10 лет.

А теперь, давайте рассмотрим, какие есть недостатки и достоинства использования солнечной энергии. Конечно, очевидное и важнейшее достоинство солнечной энергии — это то, что для нас Солнце является неисчерпаемым источником.

Что бы ни случилось, Солнце светит каждый день, и каждый день мы можем получать энергию, причем совершенно бесплатно. Конечно, солнечные батареи тоже не вечны: за ними нужен уход и их периодически приходится менять. Но факт остаётся фактом: мы получаем энергию от неисчерпаемого источника.

Второе очень важное достоинство этого источника — это общедоступность. Ведь Солнце светит везде и всюду, поэтому, любой человек может использовать эту энергии. В отличие от нефти, газа, каменного угля и других ископаемых, солнечную энергию добывать не нужно.

Ну и, конечно, нельзя не упомянуть о том, что использование солнечной энергии никак не загрязняет окружающую среду. Сегодня проблема экологии стоит довольно остро, поэтому именно сегодня нам стоит задуматься о природных источниках энергии, таких, как энергия ветра, солнечная энергия, энергия приливов и отливов.

Но, в использовании солнечной энергии есть определённые сложности. Во-первых, такой источник всегда зависит от погоды и от времени суток. Во-вторых, сама солнечная батарея — довольно дорогая конструкция из-за применения редких элементов, таких, как, например индий или теллур.

При повсеместном внедрении солнечных батарей существует риск изменения альбедо. Альбедо — это характеристика отражательной способности поверхности. Если поставить слишком много батарей, то Земля в целом станет отражать больше лучей.

Это может привести, например, к усилению парникового эффекта и, как следствие, к глобальному потеплению. Или же, это каким-то образом может сказаться на растениях.

Эффект предугадать трудно, но у нас есть достаточно примеров того, как опасно вмешиваться в природные процессы.

Тем не менее, если с умом использовать солнечные батареи, то можно с успехом получать большое количество энергии от неисчерпаемого и общедоступного источника. Использование альтернативных источников энергии рано или поздно придется внедрить, поскольку на данный момент, человечество живет за счет использования ресурсов планеты, которые, увы, не вечны.

Доклад-сообщение Использование энергия солнца на земле

В современном мире все большую популярность находит использование энергии солнечного света. Если раньше его использовали дачники для нагрева душа, то сейчас его использую в работе космических кораблей и добывании электричества. Системы, созданные на принципе взаимодействия с солнечным светом, делят на пассивные и активные.

К первым относятся так называемые солнечные здания, которые строятся с учетом всех особенностей климатической зоны. Такие системы позволяют максимально эффективно использовать солнечный свет, что позволяет окупить энергозатраты. Это является очень перспективным случаем, позволяющим отдельным зданиям работать автономно, используя только фотоны.

Активными системами называют аккумуляторы, коллекторы, различные трубопроводы для подачи тепла.

Для преобразования света, исходящего от звезды, в электрический ток используют фотоэлементы — специальные устройства, имеющие на своей поверхности полупроводники.

Фотоны света, ударяясь о поверхность фотоэлемента, приводят электроны в движение, которые создают электрический ток. Огромный плюс в том, что во время работы фотоэлементов не протекает химических реакций, что существенно увеличивает время эксплуатации фотоэлемента.

Кроме того, они легкие, удобны и просты в обслуживании и по мере развития технологий их КПД постоянно повышается.

Солнечные установки имеют целый ряд преимуществ, таких как:

бесплатность и неисчерпаемость ресурсов;
безопасность;
автономность;
долговечность;
простота обслуживания;
экономичность.

В Европе уже многие предприниматели и частники начинают создавать целые солнечные фермы по выработке большого тока. Такие фермы окупают себя очень быстро, что говорит о том, что будущее человечества — в использовании энергии солнца как главного производительного ресурса.

Использование энергия солнца на земле доклад

Древние язычник в далекие времена воспринимали наше Солнце словно божество. Ему поклонялись и отдавали дань уважения. Конечно, прошло время, цивилизация продвинулась вперед и вот уже в XIX-XX веках ученые начали изучать солнечную энергию, и применять еехозяйственной сфере.

Ученые создавали солнечные панели, которые могли принять и использовать энергию Солнца, это стало не только большим прорывом для человечества, это стало толчком, для новых важных открытий. Всем известно, что Солнце издает большое количество энергии.

Этой энергии хватит, чтобы обеспечить нашу планету электричеством на долгие годы. С помощью солнечных батарей, мы можем получать эту энергию для своих нужд. С каждым годом такие батареи изменяют и усовершенствуют.

На сегодняшний день эта промышленность еще не особо развита, но скорее всего, в будущем, солнечная энергия займет одно из первых мест в энергетике.

Все мы знаем, что Солнце неиссякаемый и первоначальный источник всех энергетических процессов. Его энергия, достигая Земли, превращается в тепло. Именно благодаря Солнцу обогреваются реки, воздух и земля. Но много тепла теряется и в космосе.

Энергии Солнца вполне хватит, чтобы покрыть все потребления населения. Самое главное при этом, что использование солнечной энергии достаточно безопасный процесс для природы и всего живого вокруг.

Сама по себе, солнечная энергия чистая в экологическом плане, атомные электростанции намного больше приносят вреда Земле, чем энергия солнца. Конечно, при использовании солнечной энергии возникают различные проблемы.

Достаточно знать о том, что Солнце светит только днем, то есть энергия будет поступать только в дневное время. Поэтому необходимо придумать процесс накопления энергии днем, чтобы спокойно использовать ее ночью.

В каких же сферах все-таки применяют солнечную энергию? В первую очередь, это летний дачный душ, в котором бак воды нагревают солнечные лучи. Солнечные коллекторы, набирающие популярности на сегодняшний день, дают возможность обогреть целый дом. От таких коллекторов можно не только получить тепло, но еще и зарядить телефон, подогреть воду в баке, и получить свет.

Большим спросом пользуется энергия солнца в народном хозяйстве. Ею обогревают ангары, парники и многие другие постройки. Увеличивается энергоснабжение больниц и спортивных учреждений. Отличным вариантом в применении солнечной энергии стало освещение улиц и городских объектов. Многие бытовые нужды решаются с помощью солнечных коллекторов и батарей.

Солнечные установки имеют больше преимуществ, чем недостатков.

В первую очередь их использование безопасно и бесконечно, они полностью автономны, долговечны и стабильны. Конечно, стоят они не дешево, но их цена со временем окупится, и будет только радовать.

С каждым годом человечество придумывает все новые, и новые способы использовать солнечную энергию. Если не так давно ее использовали только для обогрева дома, то теперь вырабатывают электричество, для подачи не только света, но и воды в большие населенные пункты.

Создаются и усовершенствуются гелиосистемы, с помощью которых в районах, чаще всего это пустыни и степи, где солнце светит постоянно, можно установить электростанцию и получать электричество.

Благодаря этому неприспособленные к жизни места, станут заселенными, построятся дома, появится электричество и водопровод. Энергия будет использоваться на все нужды населения.

Уже сегодня во многих странах установлены и используются солнечные батареи. В странах Азии, Египте и Турции прекрасно пользуются солнечной энергией. Люди надеются, что в скором времени это приобретет большого использования и станет доступно многим людям, ведь это не только экономит затраты на отопление и электроэнергию, это еще и не приносит вред нашему здоровью.

Доклад Использование энергии солнца на Земле по физике 8 класс сообщение

Солнце — небесное светило, которое освещает Землю и позволяет нам видеть. Ведь свет идет по большей части именно от Солнца, благодаря чему, люди могут наблюдать за пространством своего обитания. С давних времен люди искали возможности использовать не только тепло и свет от этого светила, но и отыскать другие способы преобразования солнечной энергии.

Наиболее распространенным методом является создание солнечных электростанций, которые могут преобразовать получаемый свет и тепло и электричество.

Конечно, тут существуют некоторые ограничения, которые обуславливаются переменной облачностью и другими факторами.

На данный период существуют возможности запустить такие электростанции в космос, где проблемы облачности не существует, но современные технологии не могут сделать такие космические станции рентабельными.

Поэтому люди по большей части занимаются земными солнечными электростанциями, которые могут быть и промышленными и бытовыми, то есть частными.

Для того чтобы обеспечить электроэнергией жилой дом, вполне достаточно установить на крыше солнечные панели в относительно небольшом количестве.

Речь может идти не только о частном доме, но и о городском многоквартирном и такая практика существует в Европе, где на крышах городских домов устанавливают солнечные панели, которые обеспечивают какую-то часть энергоснабжения.

На практике использование солнечной энергии сейчас не приносит огромной выгоды, но этот вектор получения энергии является более чем актуальным. Ведь со временем люди начинают потреблять больше энергии. Больше людей пользуется электроприборами, а сами приборы становятся более затратными в смысле использования электричества.

Поэтому, если каждый будет использовать для себя солнечные панели, такой вариант будет выходом из задачи обеспечить каждого человека нужным количеством энергии.

Тем не менее, культура такого самообеспечения до сих пор не является развитой.

Для этого требуется дополнительное техническое и культурное развитие человечества, которое может наблюдаться в не самой близкой перспективе, хотя и не выглядит чем-то заоблачным.

Сообщение Использование солнечной энергии

Именно солнце определяет существование и развитие всего живого на Земле. Как говорят ученые, возникновение живых организмов обуславливается практически идеальным расположением нашей планеты. Если бы Земля была немного ближе или дальше, то живые организмы тут не могли бы существовать.

Тем не менее, мы, если возможно так сказать, выиграли в космической лотерее и можем существовать на этой планете. Более того, мы можем пользоваться энергией солнца.

Ранее люди использовали солнечное тепло и свет довольно примитивно, в основном для сельского хозяйства или нагревания чего-либо.

Сейчас ситуация поменялась и технические достижения позволяют применять более современные методики, в частности механизмы, которые позволяют собирать и преобразовывать солнечную энергию.

Помимо этого тенденции к развитию экологических методов получения полезной энергии для человеческих потребностей, делают этот способ довольно популярным.

Во многих прогрессивных странах солнечная энергия постепенно приобретает статус основного источника получения электричества. Используются и бытовые «сборщики» этой энергии – солнечные панели, которые позволяют практически непрерывно получать электричество, и промышленные технологии – целые поля таких панелей крупного размера.

Единственным недостатком такого способа является зависимость от погодных условий. Как нетрудно понять, если погода является облачной, то солнечные установки перестают работать. Тем не менее и этот недостаток нивелируется современными учеными, которые создают специальные аккумуляторы, позволяющие работать более эффективно вне зависимости от погоды.

В завершение следует отметить возможность прямого использования солнечной энергии. К примеру, для нагрева воды. Для этой цели просто используются разнообразные емкости, которые нагреваются на открытом воздухе и могут поставлять воду в систему водоснабжения.

Физика 8 класс

Лошадь домашнее животное
Лошади — одни из самых красивых и грациозных животных на всем свете, но на этом их достоинства не заканчиваются! Лошадки являются незаменимыми помощниками в хозяйстве и быте
Среда обитания организмов
Разумеется, что все живые существа не способны существовать сами по себе – им необходимо определенное место, в котором будет протекать их жизнедеятельность (и место это должно обладать благоп
Липа
Из всех известных науке лиственных деревьев липа является одним из древнейших растений.
Снежные лавины
Снежная лавина – скорый и неожиданный спуск большого количества снега с поверхности горы. Скорость схождения может достигать более 90 метров в секунду, и вес достигает 60 тонн. Явление чрезвы
Река Ока
Река Ока представляет собой типичную равнинную реку, которая расположена в европейской части нашей Родины. Своё название она получила от древнерусского слова «вода». Река Ока считается отличн
Рельеф Земли
Наша планета поистине прекрасное место, в котором нашло себе место огромное количество различных прекрасных вещей, начиная списком из материальных вещей, которые поражают своей красотой

Преимущество использования энергии Солнца на Земле

Энергия – это жизненная кровь социально-экономического развития. Использование энергии значительно эволюционировало за последние десятилетия в том числе и от Солнца.
Практическое использование энергии Солнца может оказаться более чем достаточным, чтобы удовлетворить спрос для всех энергетических систем необходимых для жизни человека.

Доля ресурсов солнечных лучей, достигающих поверхности Земли, могла бы полностью обеспечить потребность глобального потребления если бы их можно было бы обуздать.

1 иоттаватт (1024 Вт) энергии достигает поверхности Земли в год от Солнца, что примерно в 10 11 раз превышает спрос на первичные ресурсы в мире, но самый большой вопрос как эти ресурсы обуздать.
Для сравнения в 2018 году 20 400 TВт (20,4 х 1012 Вт) электричества было произведено во всем мире.

Доступный солнечный ресурс

Общий спектр электромагнитных волн, излучаемых Солнцем, определяется как солнечное излучение или инсоляции света. Только небольшая часть этого излучения попадает на Землю. Солнечный свет, который попадает на поверхность Земли содержит видимый, инфракрасный и ультрафиолетовый свет.

Время в пути для солнечного света от Солнца до Земли составляет примерно около 8 минут.
Доступный солнечный ресурс в различных местах нашей планеты различен. Тропические регионы предлагают лучший ресурс, чем более умеренные широты.

Например, средняя мощность облучения в Европе составляет около 1000 Вт/ч на квадратный метр по сравнению с 1800 Вт/ч на Среднем Востоке. Используя сегодняшнюю технологию полупроводниковых солнечных батарей, поле площадью 500 на 500 км смогло бы произвести всю электроэнергию используемую в России.

По мере того как технология будет все больше и больше доступна потенциал использования энергии солнца как главный источник низкоуглеродистой энергии будет расти.

Сейчас фотоэлектрические системы могут обеспечить 276 х 106 МВт/ч энергии, что эквивалентно только 1% от глобального спроса.

Хотя за свой срок службы типичный фотоэлектрический модуль в солнечном климате будет производить более чем в двадцать раз больше электроэнергии, первоначально используемой для его производства.

Использование энергии солнца считается более экологичным, чем обычные способы использования источников, таких как ископаемое топливо и уголь. Солнечная энергия на сегодняшний день является крупнейшим энергетическим ресурсом на Земле.

Откуда Солнце берет энергию

На Солнце происходит термоядерная реакция. Чистая масса до и после процесса деления или слияния отрицательна; другими словами, в ядерной реакции происходит потеря массы. Эта масса не просто исчезает, а превращается в энергию.

Ядерный синтез водорода в гелий – это процесс, благодаря которому солнце дает нам энергию.
Фактически Солнце каждую секунду превращает около 620 миллионов метрических тонн водорода в гелий.

99% от ядерного синтеза генерируется внутри 24% радиуса Солнца, которая течет наружу через несколько различных слоев, прежде чем уйдет как солнечный свет.

Солнце горит уже несколько миллиардов лет. Постоянная потеря массы, вызванная ядерным синтезом, означает, что солнце медленно исчезает.

Но не волнуйтесь: по данным, у нашего светила осталось еще 6,5 миллиардов лет термоядерных процессов, прежде чем оно выключится.

174 петаватта (PВт) в виде солнечной радиации (или инсоляции – облучение поверхности) попадает в нашу атмосферу.
Почти треть из них отражается обратно в космос.

Остальные, 3 850 000 эксаджоулей (1 эксаджоуль равен 277,78 ПВт∙ч (петаватт-час)) поглощаются атмосферой, облаками, океанами и сушей. Это количество энергии за час больше в 8640 раз, чем необходимо общее потребление во всем мире.

По другому один час облучения поверхности нашей планеты эквивалентен мировому потреблению в течение всего года.

К сожалению, обуздать всю эту энергию от нашей звезды невозможно.

Вот некоторые другие интересные сравнения, которые помогут понять огромный потенциал энергии Солнца:

один год от солнечных лучей, достигающих поверхность Земли, в два раза больше всех невозобновляемых ресурсов, включая ископаемое топливо и ядерный уран.
солнечная энергия, которая каждую секунду попадает на Землю, эквивалентна 4 триллионам 100-ваттных лампочек.
энергия, которая падает на одном квадратном километре в год, эквивалентна 3 миллионам баррелей нефти.

Производство солнечной энергии

Использование энергии солнца возможно с помощью фотоэлектрических систем. Принцип работы солнечного элемента в преобразовании солнечного света непосредственно в электричество.

Когда полупроводниковые панели подвергаются действию света, они производят направленный ток. Инвертор после этого преобразовывает постоянный ток в электричество переменного тока который распределяется через электрические сети. Возможно использование постоянного тока от полупроводниковых панелей или в комбинации с различными устройствами преобразования тока.

Солнечный фотоэлемент является самым маленьким полупроводниковым устройством, которое преобразует солнечный свет в электрическую энергию. Модуль представляет собой сборку ячеек последовательно или параллельно соединенных для увеличения напряжения и/или тока. Панель-это сборка модулей на конструкции. Массив – это сборка панелей на площадке.

Преимущества солнечного источника

Согласно астрофизике, Солнце родилось около 4,57 миллиарда лет назад и имеет еще 6-7 миллиардов лет до того, как оно станет белым карликом (планетарная стадия, когда ядерное топливо в Звезде исчерпывается).
Богатый потенциал ядерного топлива в звезде находится за пределами воображения. Поверхность Земли получает 120 000 тераватт солнечной радиации (солнечного света) – в 8640 раз больше энергии, чем необходимо для снабжения всего мира.
Устойчивый богатый и возобновляемый источник энергии также является постоянным. Устойчивые источники энергии удовлетворяют потребности настоящего времени без ущерба для способности будущих поколений удовлетворять свои потребности. Другими словами, солнечная энергия является устойчивой, потому что мы не можем её чрезмерно потреблять.
Экологически чистое использование солнечной энергии, как правило, не вызывает загрязнения окружающей среды. Однако есть выбросы, связанные с производством, транспортировкой и установкой солнечных энергетических систем – почти ничего по сравнению с большинством обычных источников. Очевидно, что этот тип ресурсов снижает нашу зависимость от невозобновляемых источников энергии. Это важный шаг в борьбе с климатическим кризисом.
Известно, что сжигание ископаемого топлива высвобождает химические вещества и частицы, которые вызывают рак, повреждение мозга и нервов, врожденные дефекты, травмы легких и проблемы с дыханием. Токсичные вещества, выделяемые при сжигании углеводородов, загрязняют воздух и воду и вызывают кислотные дожди и смог. Эти негативные последствия сжигания ископаемого топлива для окружающей среды и жизни человека заставляют человека диверсифицировать энергетические ресурсы путем перехода к использованию энергии Солнца.
Хорошая доступность во всем мире. Не только страны, которые находятся ближе всего к экватору, могут использовать солнечную энергию – Германия, например, имеет на сегодняшний день самую высокую мощность этого типа устройств.
Снижение затрат на электроэнергию с введением чистых схем учета и ввода тарифов. Домовладельцы теперь могут “продавать” избыточную электроэнергию или получать кредиты на оплату счетов, когда они производят больше электроэнергии, чем они фактически потребляют.
Финансовая поддержка со стороны правительства/государства.
Низкие затраты на обслуживание.
Совершенствование технологий по использованию энергии Солнца.

Частые вопросы

Как правильно посадить дерево?

Идеальное время для посадки деревьев и кустарников, это период покоя — осенью (обычно октябрь), когда листья уже опали и ранней весной (обычно апрель), до распускания почек. Погода в это время прохладная и позволяет растениям укорениться на новом месте до того, как весенние дожди и летнее тепло стимулирует активный рост надземных частей. Однако саженцы деревьев, выращенные в питомнике, с закрытой корневой системой (в горшочке, с комом земли), могут быть высажены в любое время в течение вегетационного периода. Правильная посадка и уход — это залог здорового будущего для деревьев и кустарников.

Инструкция:

Выкопайте неглубокую, широкую посадочную яму.

Сделайте яму широкой, шире диаметра кома или корней саженца, но ни в коем случае не глубже высоты кома. Ширина ямы важна потому, что корни вновь посаженного дерева должны будут прорастать в окружающую почву. Это особенно важно при посадке дерева у домов в городе, поскольку на большинстве участков после строительства почва оказывается уплотненной и малоподходящей для нормального роста корней. Перекопка почвы на большой площади вокруг дерева позволяет молодым корням свободно прорастать в рыхлую почву, что, в свою очередь, улучшает приживаемость.

Определите местонахождение корневой шейки.

Корневая шейка — место, где стволик дерева переходит в корни, обычно первые боковые корни начинаются под корневой шейкой. Корневая шейка при посадке должна находиться вровень с поверхностью земли. Это важно, поскольку если вы посадите дерево глубже, у него будет гнить стволик, а мельче — обнажатся и засохнут корни.

Выровняйте дерево в яме, чтобы удостовериться, что дерево поставлено прямо.
Заполните яму землей.

Для заполнения ямы используйте тот грунт, который вы вынули при ее выкопке. Используйте почвенные добавки (например, перегной) в случае, если имеющийся черный верхний плодородный слой почвы истощен, или был уничтожен. Заполните остальную яму, тщательно уплотняя почву ногами, для заполнения пустот, которые могут привести корни к высыханию. Добавляйте почву понемногу и проливайте ее водой. Продолжайте этот процесс, пока яма окончательно не заполнится. Поставьте подпорки, если это необходимо.

Замульчируйте приствольный круг.

Мульчирующий материал действует как защитный слой, удерживающий влагу, выравнивающий температурные скачки на поверхности почвы и сдерживает рост травянистых растений, которые станут основным врагом молодого деревца в последующие годы — трава может просто заглушить неокрепшее дерево. Хорошие мульчирующие материалы, это лесная подстилка (лесной опад), сухая солома, измельченная кора, торфяная крошка или древесная щепа. Слой мульчирующего материала должен быть 5 — 10 см.

Обеспечьте последующий уход.

Поливайте деревья не менее одного раза в неделю, исключая дождливую погоду, и более часто при высоких температурах. Продолжайте поливы до наступления осени, снижая их частоту и интенсивность при снижении дневных температур. Удаляйте крупные сорняки вблизи от дерева, скашивайте высокую траву.

При посадке деревьев на своем садовом участке старайтесь продумать, будет ли вам дерево мешать, когда оно вырастет — например, если вы посадите крупное дерево (вяз, дуб, ель, сосну) на южной стороне маленького участка, то оно в течение дня будет закрывать тенью весь участок; проверьте, не проходят ли у вас под местом посадки подземные коммуникации.

Какие деревья нужно сажать в городе?

Хуже всего себя в городе чувствуют хвойные породы, за редким исключением. Нашу родную европейскую елку в городе не встретить, кроме как в крупных лесопарках, да и то не во всех, а также изредка на городских окраинах. Это связано с тем, что воздух и почва в городе гораздо суше, чем в лесу, а наша ель очень требовательна к влажности и того, и другого. Кроме того, хвойные породы более чувствительны к загрязнению воздуха по причине того, что вредные вещества накапливаются в многолетней хвое, тогда как лиственные, сбрасывая листву, избавляются от загрязнителей каждую осень.

Несложно сажать и выращивать тополя, так они, во-первых, быстро растут, а во-вторых, выдерживают довольно значительное загрязнение. Но проблема тополиного пуха всем известна, поэтому рекомендовать посадки тополей не стоит.

В целом лучше вести посадки ведутся в первую очередь местных пород, поддерживая при этом разнообразие пород в городах. С этой точки зрения в большинстве городов Европейской России и отчасти Западной Сибири можно рекомендовать посадки широколиственных деревьев. Это дуб, ясень, липа, клен. Все эти породы сильно пострадали в ходе человеческого освоения, и их количество сильно сократилось. Продолжают они исчезать и из городов — например, в ходе реализации московских проектов строительства, особенно коммерческого, были уничтожены десятки и без того редких в Москве ясеней, а также дубов и кленов.

А есть ли вообще проблема вырубок лесов в Москве? Ведь предусмотрены компенсационные посадки!

Проблема, безусловно, есть, и никакие компенсационные посадки ее не решают. «Компенсационные посадки» — это вообще чисто бюрократическая формула, на самом деле чем-либо компенсировать срубленный лес невозможно. Причина проста — чтобы срубить дерево, нужно несколько минут, а чтобы оно выросло — несколько десятилетий. Посадка малолетних саженцев никак не компенсирует вырубку взрослых деревьев, а посадка крупномеров означает, что их просто откуда-то пересадили — то есть, идет «компенсация» в одном месте за счет изъятия в другом.

Конечно, это не означает, что в озеленении свободных городских территорий нет смысла. Это необходимо, ведь саженцы рано или поздно начнут выполнять свою функцию — конечно, при условии хорошего ухода. Просто нужно помнить, что понятие «компенсация» здесь, строго говоря, неприменимо. Кстати, плохая приживаемость саженцев в городе — еще один фактор, который усугубляет проблему вырубки лесов и прочих зеленых насаждений в Москве.

Правда ли, что березы растут только там, где сгорел или вырубили дубовый или хвойный лес?

Не совсем. Береза — дерево, которое довольно рано приступает к плодоношению, и производит много мелких и легких семян, разносимых ветром. Поэтому береза легко занимает разные нарушенные места. Кроме вырубок и гарей, это могут быть и заброшенные поля и луга, обочины дорог.

Но бывают и березовые леса. Береза устойчива к холоду, выносит заболачивание. Поэтому есть высокогорные березовые леса, березовые колки в Сибири и заболоченные березняки. Наконец, в старых естественных лесах береза тоже находит себе место. Чем старше лес, тем больше в нем разных видов, потому что в процессе развития лесной экосистемы условия внутри нее становятся разнообразнее. Отмирают и падают старые крупные деревья, за счет этого в некоторых местах временно становится светлее, а на том месте, где дерево росло, образуются бугор и яма. Крупные упавшие стволы медленно разлагаются, на них поселяются грибы, насекомые, мхи, а позже — молодые деревца. Роют норы барсуки и лисы, сдирают траву, чтобы докопаться до корешков, кабаны, запруживают реки бобры. Все это создает в естественном лесу местечки с самыми разными условиями. Поэтому естественные леса, за некоторыми исключениями, состоят из многих пород. В таких лесах находит себе место и береза.

Правда ли говорят, что «лес без топора не растет»?

Ответить на этот вопрос в такой постановке очень просто, если вспомнить, что лес как природное явление имеет возраст около 300 млн. лет, а человек создал топор всего лишь несколько десятков тысяч лет назад. Соответственно, без малого 300 млн. лет лес прекрасно обходился без топора.

Такое утверждение имеет под собой какую-то основу, только если четко определить, что речь идет об эксплуатируемых лесах, предназначенных для интенсивного выращивания древесных ресурсов. Для таких лесов это утверждение справедливо, но лишь в том смысле, что для ускоренного получения качественной древесины за лесным участком необходим интенсивный уход, в том числе с помощью топора. Но одновременно должно оставаться достаточно много лесов, предназначенных для совсем других целей, причем целей этих великое множество. И главная из них — поддержание средообразующей роли леса, то есть его влияния на климат, круговорот воды и других веществ, биологическое разнообразие и др. В числе этих целей также защитная, рекреационная, научная и многие другие. В ряде случаев такие леса тоже требуют ухода с помощью топора, иногда достаточно интенсивного, только характер этого ухода должен существенно отличаться от такового в лесах, предназначенных для интенсивного выращивания древесины. И если такой специальный уход по каким-то причинам осуществить нельзя, то во многих случаях лучше вообще в эти леса с топором не соваться.

Участвует ли российский бизнес в сохранении и восстановлении лесов, или им лишь бы разбогатеть?

В соответствии с действующим лесным законодательством, лесопромышленная компания, имеющая в аренде участки леса, обязана проводить на всей площади аренды работы по лесовосстановлению и уходу за лесами. Другое дело, что полноценное, своевременное и качественное проведение всех этих работ компанией в нынешних условиях является скорее исключением, чем правилом. И ответственность за это должен нести не только бизнес. Возложив на арендаторов всю ответственность за комплекс работ по уходу и лесовосстановлению на арендных территориях, государство недостаточно позаботилось о качественной нормативно-правовой основе для этой деятельности (см. выше). Поэтому, хотя кратко на этот вопрос можно ответить «да», дальше нужно поставить «но», и продолжить. Сами лесопромышленники полагают, что груз обязательств, которые на них возложены, слишком велик. И с ними можно согласиться, по крайней мере, отчасти.

Теперь насчет «разбогатеть». Лесная отрасль в России является в настоящий момент одной из наименее прибыльных, не идущих ни в какое сравнение, к примеру, с нефтегазовым сектором, не говоря уже о банковской системе. Так что лесным бизнесом до сих пор занимаются в основном люди, которым лес интересен сам по себе, а не только как источник дохода.

Тем не менее, после пожаров 2010 г. во Всемирный фонд дикой природы поступило много предложений от лесопромышленников поучаствовать в финансировании работ по лесовосстановлению. Вывод однозначен — бизнесу не все равно.

Помогает ли лесовостановление возродить нарушенную экосистему вырубленного леса, или искусственный лес формирует совершенно новый природный комплекс? Может, искусственные посадки вредны? Чем отличаются искусственные лесонасаждения от «дикого «леса? Можно ли считать искусственно высаженный лес — лесом или это скорее парк?

Единого ответа на эти вопросы не существует, все зависит от конкретного случая — от имеющихся условий, выбранных пород, технологий посадки. Чаще всего, конечно, лесовосстановление есть благо для окружающей среды в целом. Одно из явных исключений из этого правила — это если лесовосстановление осуществляется путем посадки чуждых для данной местности пород. Такие посадки действительно могут нанести вред дикой природе, так как последствия культивирования чужеродных видов непредсказуемы. Например, с ними могут «приехать» новые опасные вредители, и даже они сами могут оказаться таковыми. Поэтому при устойчивом лесоуправлении предлагается либо совсем отказаться от посадок чужеродных видов, либо использовать их под строгим контролем.

Если посадки создаются исключительно с целью получения ресурсов древесины или иной продукции, производимой деревьями (коры, плодов, целлюлозы), то такая экосистема имеет мало общего с естественной. Специалисты в большинстве случаев разделяют понятия «лес» и «лесные культуры», «лесные посадки», «лесные плантации». В том числе и потому, что посадки требуют специальных усилий для их поддержания в требуемом состоянии. Однако защитные функции и функции регуляторов климата они выполняют.

В последние годы в мире растет количество инициатив по восстановлению лесов. Чаще всего это лесопосадки, при создании которых не ставится задача воссоздания экосистем, близких к естественным — такие леса призваны играть прежде всего защитную роль. Однако в некоторых случаях ставится задача именно воссоздания естественных экосистем. Насколько успешно она решается — покажет будущее.

А почему вы вообще боретесь за сохранение лесов — ведь у нас в стране леса очень много, и чиновники говорят, что леса рубят гораздо меньше, чем его вырастает?

Смотря какого леса. Да, по площади, занятой лесами, Россия занимает первое место в мире. Почему же при этом количество древесины, получаемой с одного гектара российского леса, в разы меньше того количества, которое получают с гектара леса, например, в Финляндии? А потому, что в Финляндии, в отличие от России, осуществляется интенсивный уход за эксплуатируемыми лесами…

Однако не будем забывать при этом, что интенсивное лесное хозяйство в Финляндии, Швеции и других странах, осуществляемое на протяжении нескольких десятилетий, привело к тому, что эти леса утратили почти все свое биологическое разнообразие. И оказалось, что эта утрата должна быть восполнена, причем это необходимо в том числе из чисто экономических соображений.

Как проверить, действительно ли рубки санитарные или просто этим предлогом прикрываются, чтобы получить древесину?

Согласно российскому лесному законодательству санитарные рубки и рубки ухода (осветления, прочистки и т. д.) направлены на улучшение качества насаждений путем удаления старых и больных деревьев в очагах вредителей и болезней. Эти рубки предусматривают вырубку деревьев малоценных пород, уход за насаждениями, которые наиболее подвержены лесным пожарам и т. д.

Проведение сплошных или выборочных санитарных рубок планируется на основании материалов лесопатологического обследования с последующим внесением необходимых коррективов в лесохозяйственные регламенты и проекты освоения лесов (в случае проведения санитарных рубок в арендованных лесах). Таким образом, основанием для проведения санитарной рубки служит акт лесопатологического обследования, лесная декларация (для арендатора) или договор купли-продажи. С формами этих документов можно ознакомиться в нашем издании.

Проблема состоит в том, что в реальности рубки ухода и санитарные рубки часто назначаются необоснованно, через сговор: в абсолютно здоровых и спелых насаждениях, имеющих высокий запас ценной коммерческой древесины, расположенных в защитных лесах, на особо охраняемых природных территориях, и пород, единственно легальной возможностью заготовки которых является санитарная рубка. Во многих случаях под видом рубок ухода и санитарных рубок заготавливается только деловая древесина наиболее ценных пород, что приводит к существенному ухудшению состояния и производительности насаждений.

Такие рубки распространены потому, что экономически доступные леса во многих районах России уже сильно истощены, но это не служит препятствием для наживы недобросовестных лесозаготовителей и коррумпированных лиц, осуществляющих управление природными ресурсами.

Может ли обычный человек заниматься восстановлением (посадками) леса?

Конечно, может, при этом он будет не просто обычный, но и хороший человек!

Тем не менее, при посадке деревьев в населенном пункте стоит вначале посоветоваться с органами местной власти, можно ли сажать деревья на конкретном участке, или он предназначен, например, под скорую застройку. При посадке деревьев в лесу нужно проконсультироваться с органами управления лесами (лесничество), чтобы убедиться, что ваше дерево не будет посажено, например, рядом с местом, где будут рубить лес и оно может быть повреждено.

Куда звонить о свалках мусора, которые появляются в лесу?

Ответственность за очистку лесов, охрану от замусоривания и организации незаконных свалок лежит на органах государственной власти и организациях, ведущих лесное хозяйство.

Как именно распределены обязанности по охране и очистке лесов от замусоривания между разными государственными органами и лесохозяйственными организациями — зависит от категории земель и от того, переданы ли леса в аренду. Определить это не всегда просто, но это как раз входит в задачи органов государственной власти.

Пожаловаться на замусоривание леса можно в местное лесничество, на территории которого обнаружен мусор, местную администрацию, а также в региональные органы власти, ответственные за управление лесами. Обращаться в органы государственной власти необходимо, когда замусоривание приобретает массовый характер, или когда в лесу образуются незаконные стихийные свалки и полигоны захоронения отходов.

Более подробную информацию о том, как правильно подготовить свое обращение в органы государственной власти, можно найти в публикации «Как пожаловаться на беспорядок в лесу и добиться его устранения».

чем опасна звезда по имени Солнце – Москва 24, 16.01.2015

Солнце существует 4,5 миллиарда лет. Оно – это свет, тепло и все сущее на Земле. Но много ли мы знаем об этой белой звезде? Каким представляли Солнце наши предки?

Сколько загадок в самом привычном для нас явлении – солнечном свете? И почему за все время существования человечества мы не смогли приблизиться к Солнцу настолько, чтобы разгадать все его тайны? Об этом смотрите в специальном материале телеканала «Москва Доверие».

Бог солнца

О том, что жизнь на земле зависит от солнца, знали еще в древности. В представлении наших предков оно считалось одним из главных божеств. Золотой шлем, колесница и белоснежные кони – все это принадлежало греческому богу солнца, лучезарному Гелиосу. По легенде, он жил в прекрасном дворце в окружении четырех времен года. Греки верили: утром Гелиос выезжает из своего дворца, поэтому гаснут звезды и ночь сменяется днем.

«Конечно, мы знаем, что Аполлон – это бог солнца, но при этом мы очень хорошо знаем, что эта функция вторична (это все-таки знает культура). Но при этом существует бог Гелиос, который ездит на колеснице и возит солнце и потом опять-таки опускается в море и там отдыхает, и солнце там остывает, и кони его пьют. И все это нам тоже известно.

Фото: ТАСС/Владимир Смирнов

Это как раз очень интересно, что бог Титан (бог старшего поколения) сохранился с богами нового поколения. Это говорит, видимо, о том, что это было очень сильное божество, что его нельзя было просто так вытеснить», – считает научный сотрудник отдела этиолингвистики и фольклора института славяноведения РАН Оксана Чеха.

Жизнь древних египтян была неразрывно связана с великой рекой Нилом. Они считали, что Нил течет не только по земной поверхности, но и под землей. Египтяне верили: Солнце (могущественный бог Ра) днем плывет по небесному Нилу, а ночью – по подземному. Они не знали, что бог Ра посылает на землю тепло, однако усердно молились богу Солнца и приносили жертвы, стараясь его задобрить.

Наши предки-славяне долгое время пытались объяснить движение светила по небу. В народе верили, что Солнце – существо, похожее на человека: утром оно просыпается и умывается, потому на траве остается роса; днем едет по небу в упряжке, меняя животных; вечером возвращается в свой дворец, где живет его мать, которая обязательно кормит его ужином.

«У балканских славян это достаточно устойчивый сюжет: Солнце приходит после дня работы очень голодным, очень хочет есть. И оно не просто ест, оно сжирает все, что видит вокруг, и поэтому к его приходу его мать готовит ему какие-то возы хлеба, возы жареных быков. И если вдруг она замешкалась и не успела приготовить ужин, то Солнце звереет совершенно с голоду и может съесть все, что видит вокруг», – объясняет Оксана Чеха.

Гнева солнца боялись во все времена. В любой крестьянской семье знали: нельзя показывать на солнце пальцем, смотреть на него из-под руки и даже поворачиваться к нему спиной во время еды. Верили: плюнешь против солнца – в доме случится пожар.

«На это обращали очень большое внимание – где находится солнце, потому что оно заменяло собой часы. Жили по солнцу, вставали с солнцем и ложились с солнцем, и считалось, что очень плохо, если встанешь, когда солнце уже встало. Тогда день выдастся неудачным. Сербы говорили, что восемь дней ты будешь работать в убыток и ничего не прибавится. В очень многих сказках девушки, если спят, когда еще солнце, они никогда не могут выйти замуж», – говорит Чеха.

«Утро вечера мудренее» – мы помним эту фразу из многих русских сказок. Задумывались ли вы, почему в сказках зло господствует в темное время суток? Тьма всегда пугала людей. Время от заката солнца до восхода считалось самым неблагоприятным.

«Возможно, когда мы говорим о том, что все плохие дела, страшные дела совершаются под покровом ночной темноты, тут, возможно, опять речь идет не столько солнце и солнечном свете, сколько о том, что это ночь. Просто ночь сама по себе осмысляется как очень такое гиблое время, ничейное, когда никто не знает, что происходит, и ровно поэтому это опасно», – говорит Оксана Чеха.

Фото: ТАСС/Владимир Смирнов

Демоны ночи

В народе верили: середина ночи – время, когда просыпается вся нечистая сила. В полночь на землю приходят существа, которые могут творить свои темные дела только в отсутствие солнца. Таких существ мы знаем немало: оборотни, вампиры, привидения, духи полуночи, демоны ночи.

Эти слова могут вызвать неосознанный страх даже у тех, кто не верит в существование темных сил. Страх темноты мы можем объяснить достаточно просто: при дневном освещении мы видим предметы такими, какие они есть на самом деле. В темное же время суток мы не получаем достаточной информации от зрительных органов. Страх отсутствия солнца связан и с другим необъяснимым страхом – страхом солнечного затмения.

«И поэтому затмение страшно было тем, что источник света пропадал. Вот это, наверное, было самое страшное, потому что это нарушало естественный порядок вещей. Потому что народная культура всегда боится того момента, когда что-то начинает идти не так», – рассказывает Оксана Чеха.

В действительности же природа солнечного затмения легко объяснима и известна нам из школьных учебников. Если мы сравним диск солнца и луны на небесном своде, мы заметим, что эти два диска окажутся одинакового размера. В том случае, когда луна закрывает нам солнце, происходит частичное или полное солнечное затмение.

Фото: ТАСС/Юрий Смитюк

Луна обращается вокруг Земли примерно за 28 дней. Следовательно, примерно раз в месяц на нашей планете должно наблюдаться солнечное затмение. Но этого не происходит. В год мы можем наблюдать от двух до пяти солнечных затмений. В чем здесь загадка?

«На самом деле орбита Луны наклонена по отношению к орбите Земли, поэтому Луна бывает то выше, то ниже. И поэтому не всегда бывает возможно перекрыть вот эту вот линию Солнце – Земля. И это происходит только в определенные моменты, зависит от наклона орбиты – нашей и лунной. Вот пересечение этих орбит называется линией узлов.

И вот, когда Луна проходит через эти вот точки пересечения, вот в эти точки как раз и происходит затмение. Это может происходить только два раза в год. Поэтому не каждый месяц, а только два раза в год», – объясняет старший научный сотрудник отдела физики Солнца ГАИШ МГУ им. М.В. Ломоносова кандидат физико-математических наук Анатолий Хлыстов.

Несмотря на то что наука давно объяснила причину солнечных затмений, мы, как и наши предки, до сих пор неосознанно боимся этого явления. В момент солнечного затмения человек может испытывать тревогу, волнение и панический страх.

«Есть в литературе описание затмения полного солнечного в Подмосковье где-то в 1887 году. Тогда люди уже были достаточно образованные. Тем более что тогда можно было в газетах написать, объяснить, что такое затмение вот так, как я вот объяснил, что это геометрия, ничего страшного. И люди на поездах приехали в Подмосковье на станцию, вышли в открытое поле, чтобы увидеть вот это затмение полное.

Время было в газетах написано. Пока ждали этого затмения, шутили там, смеялись. И вот наступил момент затмения. Сначала все притихли. А потом молча, гурьбой кинулись бежать к станции. Вот что это было? Это была какая-то неосознанная паника. Хотя им заранее объяснили, что ничего страшного нет», – рассказывает Анатолий Хлыстов.

В чем причина этого страха? Неужели он берет свое начало из древних легенд о вампирах и оборотнях? Ведь для большинства из нас мифы о солнце и тьме – не больше чем сказки? Почему с древних времен мы, глядя на небо, пытаемся разгадать его тайны?

Темные пятна

Интересно, что именно любопытство и наблюдательность наших предков помогли человечеству совершить многие научные открытия. Так, еще задолго до появления телескопов было замечено, что на Солнце время от времени появляются различные знаки. В Рождество люди видели на Солнце силуэт ягненка, в канун Пасхи – Богородицу, которая красила к празднику яйца. В начале XVII века тайна темных пятен на Солнце нашла свое объяснение.

В 1609 году итальянский ученый Галилео Галилей изобрел первый телескоп и начал проводить ежедневные наблюдения за небесными телами. Это позволило ученому подтвердить известную всем гелиоцентрическую систему мира. Согласно ей, именно Солнце является главным небесным светилом.

«Галилей, когда он посмотрел на Солнце в телескоп, он на нем обнаружил солнечные пятна. И это на него произвело такое впечатление (а надо понимать, что это времена Средневековья, инквизиция там, когда Солнце провозглашалось божественным идеальным телом), что он даже побоялся об этом, вообще говоря, сообщать кому-то и писал об этом только в письмах своим ближайшим друзьям», – говорит главный научный сотрудник физического института им. П.Н. Лебедева РАН доктор физико-математических наук Сергей Богачев.

Фото: ТАСС/Федор Савинцев

Изначально ученые предположили, что темные пятна на Солнце – холодные образования. Как оказалось, это не так: температура поверхности Солнца около шести тысяч градусов по Цельсию, тогда как температура солнечного пятна – около 4,5 тысячи градусов (окружены они областями с температурой 6 тысяч градусов). Мы замечаем солнечные пятна лишь потому, что остальная поверхность Солнца светится гораздо ярче.

На самом деле пятно тоже горячее и светлое, но на фоне остальной поверхности Солнца оно кажется нам темным. И, если предположить, что когда-нибудь солнечные пятна покроют всю поверхность Солнца, мы просто перестанем их замечать.

«Первые попытки наблюдать Солнце ежедневно, по сути, были попытки изучать солнечные пятна. Люди рисовали на Солнце, каждый день что-то рисовали. Они рисовали круг и рисовали солнечные пятна. Сколько их – много, мало? И, по сути, таким вот образом, ежедневными зарисовками, они обнаружили: Солнце меняется. На нем то много пятен, то мало пятен, они дробятся и т. д», – рассказывает Сергей Богачев.

Подобными зарисовками увлекался и Генрих Швабе – аптекарь из небольшого немецкого городка. Он не был астрономом и не стремился изучить природу солнечных пятен. Швабе был одержим другой идеей: он считал, что вокруг Солнца вращается таинственная планета Вулкан.

«Солнце, что называется, ослепляет. И если планета там рядышком находится, мы ее в лучах просто не увидим. Но Швабе этот как раз сообразил, что если планета будет проходить между нами по диску Солнца, то мы ее увидим на диске как пятнышко. И он решил наблюдать каждый погожий день, зарисовывать пятнышки на Солнце. Значит, если среди пятен солнечных появится пятнышко, которое будет сдвигаться по отношению к ним, значит, это планета», – утверждает Анатолий Хлыстов.

Швабе соорудил на верхнем этаже своей аптеки небольшую обсерваторию и в течение 17 лет каждый солнечный день ждал появления планеты Вулкан. Но планету обнаружить так и не удалось. Астроном-любитель не стал отчаиваться и все свои многолетние наблюдения изобразил на графике.

По горизонтальной оси Швабе отложил время, по вертикальной – число пятен на Солнце, которое ему удалось зафиксировать за годы наблюдений. То, что увидел Швабе на графике, вскоре потрясло научный мир. Он предположил, что минимальное и максимальное количество пятен на Солнце повторяется в среднем каждые 11 лет.

«Оказалось, что эти пятна, которые он как мусор зарисовывал, – он неожиданно обнаружил на них вот эту синусоиду, 11-летнюю, и опубликовал. Никто ему, конечно, не поверил, потому что он просто не ученый, городской сумасшедший. Только потом, когда ученые подключились в это, поняли, что действительно, вот такой загадочный солнечный цикл», – поясняет Сергей Богачев.

Лампочка перегорела

Что же происходит в течение этих 11 лет? И почему нам важно вести постоянные наблюдения за Солнцем? Дело в том, что Солнце – своего рода огромный магнит. Каждые 11 лет на нем происходит смена магнитных полюсов – северный и южный полюс меняются местами.

При этом мы знаем, что Солнце находится в постоянном вращении. Как любая звезда, Солнце представляет собой газовый шар. Этот шар вращается не как твердое тело, а дифференциально, то есть разные части Солнца вращаются вокруг оси с разной скоростью.

«Экватор вращается быстро, а если мы движемся к полюсам, то они вращаются медленнее. Если мы движемся вглубь – вглубь они тоже вращаются быстрее. И получается такая ситуация, что магнитное поле, которое вморожено вот в эту плазму – оно определенным образом закручивается, усиливается, и потом оно настолько усиливается, что оно начинает всплывать на поверхность. И вот это вот появляются эти пятна активной области, и вспышки – это все», – рассказывает директор ИЗМИРАН, действительный член Международной академии астронавтики, доктор физико-математических наук Владимир Кузнецов.

Фото: ТАСС

Таким образом, огромная энергия вращения Солнца способна переходить в энергию магнитного поля. Но что бывает, если этой энергии освобождается слишком много? Для наглядности представим себе обычную электрическую лампочку.

Наверняка вы не раз сталкивались с ситуацией: входите в комнату, включаете свет и слышите хлопок – лампочка перегорела. Мы объясняем это тем, что произошло перенапряжение в сети. Вспышка на Солнце чем-то напоминает этот процесс.

«Солнце – это водород и гелий. И в этом смысле не очень понятно, что вообще может взрываться на Солнце, потому что водород не взрывается и гелий не взрывается. Вот на Солнце происходят взрывы другой природы – они электрические.

Дело в том, что Солнце – это некий плазменный объект, в котором легко текут разного рода токи соответственно. И вот эти вот токи способны накапливать огромную энергию, которая при определенных условиях способна выделяться в виде взрыва», – говорит Сергей Богачев.

Супервспышка

Взрывы на Солнце сопровождаются выбросом невероятного количества энергии. Представьте себе энергию, которая образуется при взрыве нескольких тысяч водородных бомб, или энергию, потребляемую человечеством за десятки веков. Примерно столько же выделяется во время каждой вспышки на Солнце.

1 сентября 1859 года. В этот день произошла мощнейшая за историю человечества солнечная вспышка.

«Это была очень мощная вспышка, ее назвали супервспышкой. И ее наблюдал первый английский астроном Керрингтон. И поэтому потом до сих пор стали называть эту вспышку «событие Керрингтона». Значит, в чем суть? На Солнце произошла вспышка, он ее наблюдал с помощью телескопа как свечение каких-то там пятнышек беленьких.

Ну вспышка и вспышка. Бог с ней, что называется. Но последствия какие были? Как теперь мы уже знаем, после этой вспышки была выброшена огромная масса заряженного вещества с магнитным полем, которая пошла в сторону Земли, причем со скоростью, которая была в несколько раз большей, чем обычно бывает при вспышках», – рассказывает Анатолий Хлыстов.

Фото: ТАСС

Это вещество устремилось к земле с огромной скоростью. Его энергия была настолько сильной, что атмосфера планеты ионизировалась. В результате по всему миру наблюдались невероятной силы полярные сияния.

Очевидцы рассказывали: в ночь на 2 сентября при этом сиянии можно было читать газету, а в горах Северной Америки яркий свет разбудил золотоискателей, которые решили, что наступило утро. Но, наблюдая красоту полярных сияний, человечество оказалось на грани катастрофы. Началась сильнейшая в истории нашей планеты магнитная буря.

«Выбрасывается некое солнечное вещество, масса, вместе с магнитным полем, такое облако движется, и вот, когда оно достигает орбиты Земли, сталкивается с магнитосферой, то возникают магнитные бури, которые тоже вызывают многие такие процессы в околоземном пространстве, на Земле, которые воздействуют и на биосферу, и на техносферу», – объясняет Владимир Кузнецов.

Европу и Северную Америку охватила солнечная тревога: магнитная буря вывела из строя всю телеграфную систему.

«В то время уже были телеграфы проволочные (не беспроводные, а вот именно проволочные). И вот телеграфные аппараты, которые были подвержены вот этим зарядам, токам, которые наводились от пришедшего заряженного вещества, эти аппараты выходили из строя, бумага в них горела. А те аппараты, которые были вообще отключены от сети, то в них вырабатывался наведенный ток и они начинали работать», – говорит Анатолий Хлыстов.

Магнитные колебания

Считается, что подобные вспышки на Солнце происходят не чаще чем раз в 500 лет. Однако уже через 130 лет после события Керрингтона произошел аналогичный случай. В канадской провинции Квебек была зарегистрирована еще одна мощная магнитная буря.

Миллионы человек на девять часов остались без электричества. Почему наша планета так уязвима? Нужно ли человечеству защищаться от солнечной агрессии? И как нам удалось выжить с таким неспокойным светилом?

«У Земли есть магнитное поле, и у Земли есть атмосфера, что совсем не очевидно, потому что, скажем, вот планеты ближайшие к нам – Венера и Марс, которые похожи на Землю по размерам, на таком же расстоянии от Солнца – у них нет магнитного поля.

У Земли есть плотная атмосфера. Вот эти вещи работают как щиты. Как работает атмосфера Земли? То есть она все жесткое излучение Солнца (рентгеновское, гамма-излучение), которое смертельно для жизни, – она полностью поглощает», – рассказывает Сергей Богачев.

Природа сделала все, чтобы Земля и Солнце мирно сосуществовали друг с другом. Тем не менее наше небесное светило постоянно напоминает нам о себе. 1905, 1917, 1991 годы. О чем нам говорят эти даты? Это годы великих потрясений в нашей стране. Они, случайно или нет, совпадают с периодами так называемого активного солнца. В то же время замечено: в годы мировых финансовых кризисов Солнце ведет себя относительно пассивно.

Фото: ТАСС

«Был такой ученый, Чижевский, который не был общепризнан и который, по сути, жизнь посвятил данной тематике. Что он делал? Он делал довольно простые вещи. Он брал кривые активности Солнца многолетние, там, за десятилетия, когда есть максимумы и минимумы, и накладывал эти графики на графики, совершенно, там, разные вещи: урожай кукурузы в Мексике, число самоубийств в городе Нью-Йорке, характеристики крови у человека, эритроциты – и показывал, просто есть корреляция.

Корреляция безусловная. Другое дело, что он почему не был признан – потому что не смог объяснить это. Науке мало сказать, что «я что-то вижу». Надо объяснить, почему это так», – утверждает Сергей Богачев.

До сих пор никто так и не доказал, существует ли прямая связь между активностью Солнца и социальной жизнью человека. Можем ли мы вообще чувствовать изменения, происходящие за миллиарды километров во Вселенной? Вспомним школьный эксперимент: к электрическому прибору подносят магнит.

Стрелка амперметра стоит неподвижно. Но если магнит поперемещать, стрелка начинает прыгать, таким образом реагируя на переменное магнитное поле. Точно так же обстоит дело с организмом человека. Чтобы реагировать на изменение магнитного поля, он должен быть своего рода проводником.

«Дальше вопрос: есть ли у человека такие проводящие контуры, в которых колебания такого поля могут вызывать дополнительные токи. Такие контуры есть у человека. Их два. Во-первых, это центральная нервная система, которая на токах основана, по сути, различных импульсах, а второй – это кровеносная система, поскольку плазма крови – это тоже плазма, там могут течь токи», – говорит Богачев.

Космическая погода

С одной стороны, эти магнитные колебания не так сильны, чтобы создавать в организме человека критические параметры. С другой – это настолько тонко организованная система, что даже самые слабые эффекты могут оказывать на нас непредвиденные воздействия.

Фото: ТАСС/Илья Питалев

Именно поэтому в дни активного солнца наш организм может испытывать стресс. Во время магнитных бурь мы часто чувствуем головную боль, недомогание и усталость. Магнитные бури влияют на скорость нервных реакций в мозге человека. Поэтому в такие дни возрастает количество несчастных случаев, травматизма и дорожно-транспортных происшествий.

«Представьте себе: вы переходите дорогу на красный свет светофора или вообще без светофора где-нибудь идете. Вы смотрите: идет машина, и не одна, и вы рассчитываете: сейчас я побегу и я успею перебежать. И все вы рассчитали, перебежали. Но когда магнитная буря идет, у вас реакция замедленная.

Водитель, который идет перпендикулярно к вашей траектории – то же самое: в нормальный день он давит на педаль, тормозит и все в порядке, никакого ДТП. А тут у него реакция замедленная. И он нажимает на педаль позже. Вы позже побежали, он позже нажал на педаль, в результате вы встретились. Вот причина увеличения ДТП», – рассказывает Анатолий Хлыстов.

Предугадать, будет ли человек реагировать на магнитные бури, довольно сложно. Настолько же сложно спрогнозировать солнечную активность. Ни один ученый с абсолютной точностью не предскажет, как будет вести себя кипящий огненный шар в ближайшие несколько лет.

«Вот мы смотрим на Солнце, видим активность, видим там вот эти активные области, которые дают эти вспышки, выбросы массы. А когда это произойдет – сказать не можем, потому что мы не знаем триггерных механизмов. Это как бы такой спусковой крючок, который запускает эту вспышку, или выброс», – объясняет Владимир Кузнецов.

Мы привыкли, что наша жизнь зависит от разных природных факторов, например от погоды. Верный прогноз погоды во многом облегчает жизнь человека. Относительно недавно ученые заговорили о том, что пришло время составлять и другой прогноз. Около 30 лет назад научным обществом было введено понятие «космическая погода».

«Это и есть погода, по аналогии с той погодой, которая у нас на Земле, когда мы говорим о температуре, о ветре, о шторме, о дожде, о снеге и так далее, только там другие немножко параметры, другие характеристики среды», – отмечает Кузнецов.

Солнечный ветер

Названия этих параметров иногда повторяют привычные нам, например, вместо земного ветра ученые исследуют особый, солнечный ветер. Что же это такое? Из Солнца непрерывно истекает поток частиц – электронов, ионов, протонов. Эти частицы и получили название «солнечный ветер».

«Обнаружили это так, что вокруг Солнца летают кометы. И вдруг видят, что все кометы имеют хвосты, которые отклонены от Солнца. Значит, это говорит о том, что что-то от Солнца дует и сдувает вот эти хвосты комет. А потом уже были открыты, собственно говоря, измерениями непосредственно, в межпланетном пространстве вот эти потоки частиц – солнечный ветер», – рассказывает Владимир Кузнецов.

Фото: ТАСС/Валентин Кузьмин

Скорость такого солнечного ветра около 800 километров в секунду. Это в тысячи раз быстрее самого сильного торнадо на Земле. Солнечный ветер может нести в себе опасность: его заряженные частицы, также как и солнечные вспышки, могут провоцировать магнитные бури.

Сегодня для изучения солнечной активности на базе многих исследовательских институтов создаются центры прогнозов космической погоды. Получить информацию о текущей геомагнитной обстановке теперь может любой желающий – стоит позвонить по телефону. Чаще всего космической погодой интересуются люди, организм которых чувствителен к магнитным бурям. Ученые же мыслят в более глобальных масштабах.

«Дело в том, что наша жизнь – она сейчас стала очень сильно зависеть от спутников: система связи, навигация, система телевидения. Чего еще раньше не было. А спутники, в отличие от нас, в каком-то смысле намного более подвержены воздействию вспышек и так далее. По этой причине, поскольку довольно сильное воздействие на спутники, то через спутники, через помехи в их работе, даже через сбои и выход из строя – это воздействие, к сожалению, сказывается и на нашей жизни, на повседневной», – говорит Сергей Богачев.

Выходит парадокс: чем больше развивается техническая сфера, тем сильнее мы зависим от Солнца. Ведь страшно представить, к чему сегодня может привести, например, сильнейшая магнитная буря. Современная цивилизация в прямом смысле держится на розетке. Массовое отключение электричества даже на несколько минут может превратиться в стихийное бедствие для нашей планеты.

«И представляете себе, это опять солнечный теракт получается. Все выходит из строя. Полный разлад в хозяйстве, технике, в военной и просто в жизни. И поскольку ремонт этих трансформаторов невозможен, их нужно создавать заново, они посчитали, что только через примерно год можно восстановить завод и создать новые трансформаторы и запустить их в работу.

А целый год как будут люди жить без электричества? Далее. Все спутники, на которых установлены всякие там ретрансляторы, передающие станции, вся связь, которая идет через спутники (это наши мобильные телефоны, это наше телевидение, это, опять же, GPS и так далее) – все выходит из строя.

Если раньше, во времена Керрингтона, это кончилось бы тем, что аппараты телеграфные вышли из строя, то здесь получается ужасная трагедия для всей Земли в целом. И вообще неизвестно, чем это может закончиться», – рассуждает Анатолий Хлыстов.

Природная зависимость

Нашу зависимость от солнца мы можем объяснить и на более простом уровне. Подумайте, в какое время года вы чувствуете себя счастливее? Когда вам легче просыпаться: летом с первыми лучами солнца или зимой в темноте, включая настольную лампу? Ученые установили: яркий солнечный свет – природный антидепрессант. Он помогает регулировать биоритмы человека и, как следствие, является лекарством от бессонницы.

Фото: ТАСС/Валерий Матыцин

«Солнечный свет прежде всего влияет на выработку такого очень важного гормона, как мелатонин. Мелатонин вырабатывается в головном мозге в шишковидной железе. Это гормон, который обладает очень широким действием, начиная от регуляции ритма «сон – бодрствование», влияет на защитные силы организма, влияет на выработку гормонов, которые поддерживают хорошее настроение.

Надо сказать, что мелатонин и серотонин – они относятся, в общем, к одной группе биогенных аминов так называемых, которые участвуют в биохимии мозга, определяя наше настроение очень сильно», – рассказывает врач-психиатр, психотерапевт Сергей Обложко.

Во все времена люди верили в чудодейственную силу Солнца. Еще наши предки говорили, что небесное светило может подарить здоровье и долголетие.

«Считалось, что во время беременности, и вообще если ты хочешь получить красоту, ты должен смотреть на красивые вещи. А Солнце считалось эталоном красоты – это правда. При помощи Солнца, так как оно считалось самым красивым, и считалось, что, если смотреть на солнце или садиться на солнечный свет, тогда тоже будешь красивым, как и Солнце», – говорит Оксана Чеха.

И в наше время есть люди, которые считают: Солнце способно дарить не только красоту, но и энергию. Они называют себя по-разному: бретарианцы, солнцееды или праноеды. Эти люди утверждают, что не нуждаются в пище. Все, что нужно им для выживания, – энергия небесного светила.

Первое упоминание о таком типе питания можно найти в философии индуизма. В индийской медицине солнечный свет считается главным источником праны – жизненной энергии. Последователи философии бретарианства считали: питаться праной, то есть использовать энергию солнца для жизнедеятельности организма, способен далеко не каждый.

«Дело в том, что человеку, чтобы перейти на такой уровень, нужно произвести трансформацию. Для этого нужно, что называется, сделать квантовый скачок в сознании, а для этого нужно очистить свои тонкие тела, ведь у нас, кроме нашего физического тела, есть еще тонкие тела. Элементарно – это ментальное и эмоциональное тело, самые главные. Без очистки этих тел человек не сможет потреблять, усваивать эту энергию. Есть грубая пища, а солнцеедение – это тонкая энергия, тонкое питание», – считает преподаватель йоги Элора Иванова.

В истории можно найти случаи, когда человек в течение долгого времени не питался ничем, кроме энергии Солнца. К сожалению, чаще всего подобные эксперименты завершались как минимум физическим истощением. Поэтому мнение на этот счет классической медицины легко предугадать.

«Действительно существует огромное количество каких-то увлечений, каких-то теорий. В общем-то, как бы мы, врачи, мы как бы не против – можете верить во все что угодно, поклоняться как угодно. Единственное пожелание: желательно не наносить своему организму какого-то вреда. Особенно не наносить непоправимого вреда. То есть любое вторжение в нормальную физиологию организма может быть очень опасным», – утверждает Сергей Обложко.

Фото: ТАСС/Григорий Сысоев

Гелиофобия

Солнечный свет – такое же естественное явление для человека, как воздух. Наша природа устроена так, что мы не мыслим своего существования без лучей солнца. Почему же иногда организм человека осознанно избегает света?

Например, выходя на свет из темного помещения, мы зажмуриваем глаза – это естественная защитная реакция глаза на резкий перепад степени освещенности пространства. Такое состояние кратковременно и не имеет никаких последствий. Однако подобная реакция может быть и признаком заболевания. Этот симптом носит научное название фотофобия, иначе светобоязнь.

«Боязнь света может быть связана прежде всего с какими-то заболеваниями глаз. Это может быть вызвано какими-то дефектами анатомии глаза. Это может быть вызвано употреблением каких-то препаратов или вызвано какими-то заболеваниями глаз, когда вдруг свет солнца, в общем-то, любой свет, прямо направленный в глаза, воспринимается болезненно, воспринимается неприятно, вызывает иногда почти физическую боль», – говорит Сергей Обложко.

Мало кто знаком с другой формой болезни – гелиофобия. В отличие от фотофобии это расстройство организма на уровне психики. Человек, страдающий гелиофобией, не может долгое время находиться на открытом солнце. Его охватывает единственное желание: поскорее скрыться от солнечного света.

«Вдруг он начинает слышать то, чего не слышат другие, видеть то, чего не видят другие. И очень часто он пытается отгородиться от этого. Он пытается защититься. Он замыкается в своей комнате, он зашторивает, закрывает окна, он начинает носить темные очки, он начинает надевать капюшон, у него смещается ритм «сон – бодрствование», ему больше нравится существовать ночью, когда все спят, когда стимулов из внешней среды поступает очень мало. И надо сказать, что Солнце – это сильное воздействие на головной мозг. И в этом смысле такое поведение, конечно же, является защитным», – рассказывает Обложко.

Гелиофобия чаще всего является последствием определенной психологической травмы. Например, в детстве человек получил сильный солнечный ожог. После этого он все время чувствует потребность защитить себя от солнечного света.

Другая возможная причина этого симптома – навязанное обществом мнение об опасности солнечного света: солнце может стать причиной онкологических заболеваний. Об этом сегодня можно узнать в интернете, из средств массовой информации и рекламы. После такой информационной атаки человек делает вывод: даже несколько секунд, проведенных на солнце, могут привести к тяжелым заболеваниям.

«Здесь, конечно, на невротическом уровне, гелиофобия, конечно же, рассматривается в рамках так называемых обсессивно-компульсивных расстройств, то есть навязчивых страхов. Ключевое отличие невротического уровня заключается в том, что человек это осознает как проблему.

Он сам от этого страдает. У него есть критика. Он понимает, что «да, у меня есть страх. Я боюсь, что действительно у меня возникнет рак кожи, поэтому я употребляю большое количество кремов». Он страдает, он переживает, но тем не менее он ничего не может с этим поделать.

Его страх очень глубокий и, конечно же, приводит к так называемому навязчивому поведению, которое создает дискомфорт, и очень часто человек поступает или обращается за помощью оттого, что его функционирование затруднено.

Он не может перемещаться в светлое время суток, он вынужден носить на себе большое количество одежды в жаркую погоду, он не может выходить из дому, он не может ходить на работу. Происходит так называемая десоциализация, то есть он выпадает из общества, и уже в таком виде и состоянии он уже понимает, что пора обращаться за помощью», – считает Сергей Обложко.

К счастью, пути лечения этого симптома современной медицине известны. Больной гелиофобией не всегда нуждается в применении медицинских препаратов. Дело в том, что все страхи для нашей психики вызваны потребностью организма сбросить напряжение. В этом случае лучшее лечение – это беседа с опытным психотерапевтом.

Поток элементарных частиц или нечто большее?

Задумывались ли вы когда-нибудь, что представляет собой солнечный свет? Свет – один из самых загадочных элементов нашего мира. Это поток элементарных частиц – фотонов. В начале прошлого века ученые обнаружили двойственную природу света.

«Дело в том, что свет, когда распространяется, – он распространяется как волна. От Солнца до Земли идет как волна. Однако, если он встречает какое-то тело, скажем, глаз человека, он превращается в частицу мгновенно и взаимодействует как частица. То есть в этом состоит дуализм света, и в каком-то смысле наука это понимает, но объяснить, конечно, это невозможно», – рассказывает Сергей Богачев.

Дуализм света – не самая большая загадка. Как долго живет солнечный свет? И сколько лет фотонам, которые сейчас находятся в вашей комнате?

«Очевидно, что видимый свет, который в середине Солнца рождается, он не может выйти наверх без помех. Он многократно поглощается, отражается, то есть фотон света (частица света, родившаяся в центре Солнца) – она идет по очень сложной траектории, то есть вверх-вниз, вперед-назад. И вот такой вот путь, пока она сможет добраться до поверхности Солнца, оторваться и вырваться наружу, – он достигает от 100 тысяч до миллиона лет», – говорит Богачев.

То есть некоторые фотоны света вокруг нас родились, вероятно, во времена динозавров. Они просуществовали миллионы лет, прежде чем отправились в путешествие к поверхности Земли. Кстати, зная расстояние между поверхностью Солнца и нашей планетой, можно рассчитать время такого путешествия. Расстояние от Земли до Солнца примерно 150 миллионов километров. Нам эта цифра кажется огромной.

Но давайте представим: Солнце – это шар. Если мы разложим шары по траектории Земля-Солнце, у нас получится всего 100 таких шариков, – относительно небольшое расстояние в масштабах нашей Вселенной. Двигаясь со скоростью 300 тысяч километров в секунду, солнечный свет достигает поверхности Земли примерно за 8 минут 20 секунд. Для сравнения, до самой далекой планеты, Плутона, свет идет более пяти часов.

Фото: ТАСС/Александр Колбасов

«За это время, за эти восемь минут, Солнце на небосводе смещается в правую сторону на четыре своих диска. В результате вы понимаете, что, когда мы смотрим на небо, видим диск Солнца, на самом деле в этом месте диска нет. На самом деле Солнце уже на четыре диска правее.

Если вспомнить, что расстояние до звезд гораздо больше, в тысячи, десятки тысяч раз больше, то бывают такие частые случаи, что звезда давно уже умерла, погасла, а мы продолжаем ее видеть как светящуюся. Мы видим свет давно умерших звезд. Вот такая интересная и поэтическая фраза», – объясняет Анатолий Хлыстов.

Вероятно, если наше небесное светило когда-нибудь погаснет, мы узнаем об этом не раньше чем через восемь минут. Но случится ли это? Может быть, Солнце будет жить вечно? Или, как любая другая звезда, оно со временем перестанет существовать?

«Солнце – это звезда-карлик. Это, с одной стороны, обидная вещь, с другой стороны, большая удача. Дело в том, что звезды-гиганты – они живут очень короткую жизнь. Очень яркую, но очень короткую. Они зажигаются, живут миллионы лет, 100 миллионов лет, после чего взрываются, разлетаются и так далее, то есть яркая и короткая жизнь. Звезды-карлики живут намного скромнее, то есть они светят равномерно, спокойно, но светят миллиарды лет», – рассказывает Сергей Богачев.

Сейчас Солнце прожило около пяти миллиардов лет. Это половина его жизни. К сожалению, еще через пять миллиардов Солнце действительно перестанет существовать.

«Когда звезда прожила 10 миллиардов лет, она, к сожалению, сжигает внутри, в себе, весь водород и переходит на некую новую стадию своего горения – стадию горения гелия, которая сопровождается перестройкой звезды. Звезда при такой стадии резко расширяется.

То есть Солнце начнет расширяться, оно поглотит планету Венера, оно поглотит планету Меркурий. Дальше есть два варианта: пессимистичный – что оно поглотит и Землю, тогда Земля просто испарится вообще. Не обуглится, а просто испарится, как капелька воды, поглощенная звездой.

А второй – оптимистичный – что оно не дорастет до Земли, Земля просто обуглится, превратится в головешку, там все океаны испарятся, все жидкости испарятся. И потом, через 100 миллионов лет, эта звезда-гигант снова сожмется в точку, уже окончательно умирая, в мертвое холодное тело», – говорит Богачев.

Именно так представляется конец жизни всей Солнечной системы. Без Солнца на Земле перестанут существовать океаны, и наша планета, как обугленная головешка, до конца своей жизни будет вращаться вокруг холодного белого карлика.

Однако доживет ли человеческая цивилизация до этого времени? Ведь наше существование тоже имеет временные границы. На этот вопрос у каждого ученого есть свое мнение. Науке много еще предстоит узнать о Солнце.

Возможно, мы научимся точно предсказывать солнечные циклы и узнаем механизмы солнечных вспышек, перестанем бояться затмений и научимся контролировать магнитные бури. Но ничего не изменит тот факт, что без Солнца жизнь на Земле невозможна.

Что станет с Землёй через сто, тысячу, миллион лет — Будущее на vc.ru

Глава «Будущее» из книги профессора геологии Роберта Хейзена «История Земли».

53 586 просмотров

Сценарии будущих изменений Земли. Возраст Земли: следующие 5 млрд лет

Является ли прошлое прологом к будущему? Что касается Земли, то можно ответить: и да и нет.

Как и в прошлом, Земля продолжает оставаться беспрерывно меняющейся системой. Планету ожидает череда потеплений и похолоданий. Ледниковые периоды вернутся, так же как периоды экстремальных потеплений. Глобальные тектонические процессы продолжат двигать континенты, смыкать и размыкать океаны. Падение гигантского астероида или извержение сверхмощного вулкана могут снова нанести жестокий удар по жизни.

Но будут происходить и иные события, столь же неизбежные, как образование первой гранитной коры. Мириады живых существ вымрут навсегда. Обречены на исчезновение тигры, белые медведи, горбатые киты, панды, гориллы. Высока вероятность того, что и человечество тоже обречено.

Многие подробности земной истории по большей части неизвестны, а то и вовсе непознаваемы. Но изучение этой истории, а также законов природы даёт представление о том, что может произойти в будущем. Давайте начнём с панорамного обзора, а потом постепенно сосредоточимся на нашем времени.

Эндшпиль: следующие 5 млрд лет

Земля почти наполовину прошла путь к своей неизбежной кончине. В течение 4,5 млрд лет Солнце светило достаточно стабильно, постепенно увеличивая яркость по мере сжигания своих колоссальных запасов водорода. Следующие пять (или около того) миллиардов лет Солнце продолжит вырабатывать ядерную энергию за счёт преобразования водорода в гелий. Именно так поступают почти все звёзды большую часть времени.

Рано или поздно запасы водорода закончатся. Звёзды помельче, достигая этой стадии, просто затухают, постепенно уменьшаясь в размерах и излучая всё меньше энергии. Будь Солнце таким красным карликом, Земля просто промёрзла бы насквозь. Если бы на ней и сохранилась какая-то жизнь, то только в виде особо выносливых микроорганизмов глубоко под поверхностью, где ещё могли бы оставаться запасы жидкой воды.

Однако Солнцу такая жалкая смерть не грозит, поскольку оно обладает достаточной массой, чтобы иметь запас ядерного топлива для другого сценария. Вспомним, что каждая звезда удерживает в равновесии две противоборствующие силы.

С одной стороны, гравитация притягивает звёздное вещество к центру, насколько возможно уменьшая её объём. С другой — ядерные реакции, подобные бесконечной серии взрывов внутренней водородной бомбы, направлены наружу и соответственно пытаются увеличить размер звезды.

Нынешнее Солнце находится в стадии сжигания водорода, достигнув стабильного диаметра около 1,4 млн км — этот размер продержался 4,5 млрд лет и продержится ещё примерно 5 млрд.

Солнце достаточно велико, чтобы после окончания фазы выгорания водорода началась новая, мощная фаза выгорания гелия. Гелий, продукт слияния атомов водорода, может соединяться с другими атомами гелия, образуя углерод, но эта стадия эволюции Солнца будет иметь катастрофические последствия для внутренних планет.

За счёт более активных реакций на основе гелия Солнце будет становиться всё больше и больше, вроде перегретого аэростата, превращаясь в пульсирующий красный гигант. Оно распухнет до орбиты Меркурия и просто проглотит крошечную планету. Оно достигнет орбиты нашей соседки Венеры, проглотив заодно и её. Солнце распухнет в сто раз больше нынешнего своего диаметра — вплоть до орбиты Земли.

Прогнозы земного эндшпиля весьма мрачные. Согласно некоторым чёрным сценариям, красный гигант Солнце просто уничтожит Землю, которая испарится в раскалённой солнечной атмосфере и перестанет существовать. По другим моделям Солнце выбросит более трети своей нынешней массы в виде невообразимого солнечного ветра (который будет беспрестанно терзать мёртвую поверхность Земли).

Поскольку Солнце утратит часть своей массы, земная орбита может расшириться — в таком случае она, возможно, избежит поглощения. Но даже если нас не пожрёт огромное Солнце, всё, что останется от нашей прекрасной голубой планеты, превратится в бесплодную головешку, продолжающую обращаться по орбите. В недрах могут ещё на миллиард лет сохраниться отдельные экосистемы микроорганизмов, но её поверхность уже никогда не покроется сочной зеленью.

Пустыня: 2 млрд лет спустя

Медленно, но верно, даже в нынешний спокойный период выжигания водорода, Солнце всё больше разогревается. В самом начале, 4,5 млрд лет назад, свечение Солнца составляло 70% от современного. Во времена Великого кислородного события, 2,4 млрд лет назад, интенсивность свечения составляла уже 85%. Спустя миллиард лет Солнце станет светить ещё ярче.

Какое-то время, возможно, даже много сотен миллионов лет, обратные связи Земли сумеют смягчать это воздействие. Чем больше тепловой энергии, тем интенсивнее испарение, следовательно, увеличение облачности, что способствует отражению большей части солнечного света в космическое пространство. Увеличение тепловой энергии означает ускорение выветривания пород, усиленное поглощение углекислого газа и снижение уровня парниковых газов. Таким образом, отрицательные обратные связи довольно долго будут сохранять условия для поддержания жизнедеятельности на Земле.

Но переломный момент неизбежно наступит. Сравнительно небольшой Марс достиг такой критической точки миллиарды лет назад, потеряв всю жидкую воду на поверхности. Через какой-нибудь миллиард лет земные океаны начнут испаряться с катастрофической скоростью и атмосфера превратится в бесконечную парилку. Не останется ни ледников, ни заснеженных вершин, и даже полюса превратятся в тропики.

В течение нескольких миллионов лет жизнь может сохраняться в таких тепличных условиях. Но по мере разогревания Солнца и испарения воды в атмосферу водород начнёт всё быстрее улетучиваться в космос, что вызовет медленное высыхание планеты. Когда океаны полностью испарятся (что, возможно, произойдёт через 2 млрд лет), поверхность Земли превратится в бесплодную пустыню; жизнь окажется на краю гибели.

Новопангея, или Амазия: 250 млн лет спустя

Кончина Земли неизбежна, но случится она очень и очень нескоро. Взгляд в менее отдалённое будущее рисует более привлекательную картину динамично развивающейся и относительно безопасной для жизни планеты. Чтобы представить себе мир через несколько сотен миллионов лет, следует в прошлом поискать ключи к пониманию будущего.

Глобальные тектонические процессы продолжат играть свою важную роль в изменении облика планеты. В наше время континенты отделены друг от друга. Широкие океаны разделяют Америку, Евразию, Африку, Австралию и Антарктиду. Но эти громадные участки суши находятся в постоянном движении, и его скорость составляет примерно 2–5 см в год — 1500 км за 60 млн лет.

Мы можем установить довольно точные векторы этого движения для каждого материка, изучая возраст базальтов океанского дна. Базальт возле срединных океанских хребтов довольно молод, не старше нескольких миллионов лет. В отличие от него возраст базальта у континентальных окраин в зонах субдукции может достигать более 200 млн лет.

Несложно учесть все эти возрастные данные состава океанского дна, перемотать ленту глобальной тектоники назад во времени и получить представление о подвижной географии земных континентов за последние 200 млн лет. На основе этой информации можно также спроецировать движение континентальных плит на 100 млн лет вперёд.

С учётом современных траекторий этого движения по всей планете оказывается, что все континенты движутся к очередному столкновению. Через четверть миллиарда лет большая часть земной суши снова станет одним гигантским суперконтинентом, и некоторые геологи уже пророчат его название — Новопангея. Однако точное устройство будущего единого континента остаётся предметом научной полемики.

Сборка Новопангеи — мудрёная игра. Можно учесть современные подвижки континентов и предсказать их путь на ближайшие 10 или 20 млн лет. Атлантический океан расширится на несколько сотен километров, в то время как Тихий океан сузится примерно на то же расстояние.

Австралия сдвинется на север по направлению к Южной Азии, и Антарктида слегка удалится от Южного полюса в сторону Южной Азии. Африка тоже не стоит на месте, медленно продвигаясь на север, вдвигаясь в Средиземное море. Через несколько десятков миллионов лет Африка столкнётся с Южной Европой, сомкнув Средиземное море и воздвигнув на месте столкновения горный хребет размером с Гималаи, по сравнению с которым Альпы покажутся просто карликами.

Таким образом, карта мира через 20 млн лет покажется знакомой, но слегка перекошенной. Моделируя карту мира на 100 млн лет вперёд, большинство разработчиков выделяют общие географические признаки, например, соглашаясь, что Атлантический океан обгонит по размеру Тихий и станет самым крупным водным бассейном на Земле.

Однако с этого места модели будущего расходятся. Согласно одной теории, экстраверсии, Атлантический океан продолжит раскрываться и в результате обе Америки в конце концов столкнутся с Азией, Австралией и Антарктидой.

На поздних стадиях этой сборки суперконтинента Северная Америка замкнёт на востоке Тихий океан и столкнётся с Японией, а Южная Америка загнётся по часовой стрелке с юго-востока, соединившись с экваториальной частью Антарктиды. Все эти части удивительно совмещаются друг с другом. Новопангея окажется единым материком, протянувшись с востока на запад вдоль экватора.

Основной тезис экстраверсионной модели заключается в том, что крупные конвекционные ячейки мантии, расположенные под тектоническими плитами, сохранятся в их современном виде. Альтернативный подход, называемый интроверсией, придерживается противоположной точки зрения, ссылаясь на предыдущие циклы смыкания и размыкания Атлантического океана.

Реконструируя положение Атлантики за последний миллиард лет (или аналогичного океана, расположенного между двумя Америками на западе и Европой вместе с Африкой на востоке), специалисты утверждают, что Атлантический океан смыкался и размыкался трижды циклами по несколько сотен миллионов лет — этот вывод предполагает, что теплообменные процессы в мантии носят изменчивый и эпизодический характер.

Судя по анализу горных пород, в результате движений Лаврентии и других континентов около 600 млн лет назад образовался предшественник Атлантического океана, называемый Япетус, или Япет (по имени древнегреческого титана Япета, отца Атласа). Япетус оказался замкнутым после сборки Пангеи. Когда этот суперконтинент начал раскалываться 175 млн лет назад, образовался Атлантический океан.

Согласно сторонникам интроверсии (пожалуй, не стоит называть их интровертами), продолжающий расширяться Атлантический океан последует тем же путём. Он замедлит ход, остановится и отступит примерно через 100 млн лет. Затем, ещё через 200 млн лет обе Америки снова сомкнутся с Европой и Африкой.

Одновременно Австралия и Антарктида соединятся с Юго-Восточной Азией, образуя суперконтинент под названием Амазия. Этот гигантский материк в форме горизонтально расположенной латинской буквы L включает те же самые части, что и Новопангея, но по этой модели обе Америки образуют его западную окраину.

Сейчас обе модели суперконтинентов (экстраверсия и интроверсия) не лишены достоинств и всё ещё пользуются популярностью. Каков бы ни оказался исход этой полемики, все сходятся в том, что, хотя через 250 млн лет география Земли значительно изменится, она всё же будет отражать прошлое.

Временная сборка континентов в районе экватора уменьшит влияние ледниковых периодов и умеренных изменений уровня моря. В местах столкновения континентов воздвигнутся горные хребты, произойдут перемены в климате и растительности, а также будут иметь место колебания уровней кислорода и углекислого газа в атмосфере. Эти изменения будут повторяться в течение всей истории Земли.

Столкновение: грядущие 50 млн лет

Недавний обзор на тему, как погибнет человечество, отразил весьма низкий рейтинг столкновения с астероидами — что-то около 1 на 100 тысяч. Статистически это совпадает с вероятностью смерти от удара молнии или от цунами. Но в этом прогнозе имеется очевидный изъян.

Как правило, молния убивает примерно 60 раз в год по одному человеку. В отличие от этого столкновение с астероидом, возможно, не убило ни одного человека за несколько тысяч лет. Но в один далеко не прекрасный день скромный удар может уничтожить вообще всех.

Велика вероятность того, что нам не о чем беспокоиться, да и сотням последующих поколений тоже. Но можно не сомневаться в том, что однажды произойдёт крупная катастрофа вроде той, что погубила динозавров. В грядущие 50 млн лет Земле предстоит пережить такой удар, возможно, даже не один. Это всего лишь вопрос времени и стечения обстоятельств.

Самые вероятные злодеи — астероиды, сближающиеся с Землёй, — объекты с сильно вытянутой орбитой, которая проходит недалеко от земной орбиты, близкой к круговой. Известны не менее трёхсот таких потенциальных убийц, и в предстоящие несколько десятилетий некоторые из них пройдут в опасной близости от Земли.

22 февраля 1995 года обнаруженный в последний момент астероид, получивший благопристойное имя 1995 CR, со свистом пронёсся довольно близко — в нескольких расстояниях Земля–Луна. 29 сентября 2004 года астероид Таутатис, продолговатый объект, примерно 5,4 км диаметром, прошёл ещё ближе.

В 2029 году астероид Апофис, обломок примерно 325–340 м в диаметре, должен приблизиться ещё больше, глубоко войдя в лунную орбиту. Это неприятное соседство неизбежно изменит собственную орбиту Апофиса и, возможно, в будущем ещё больше приблизит его к Земле.

На каждый известный ныне астероид, пересекающий орбиту Земли, имеется с десяток или более ещё не обнаруженных. Когда такой летающий объект, в конце концов, обнаружат, может оказаться слишком поздно для того, чтобы что-то предпринять. Если мы окажемся мишенью, то, возможно, в нашем распоряжении будет всего несколько дней для предотвращения опасности.

Бесстрастная статистика приводит нам расчёты вероятности столкновений. Почти ежегодно на Землю падают обломки около 10 м в диаметре. Благодаря тормозящему эффекту атмосферы большинство таких снарядов взрывается и распадается на мелкие части ещё до соприкосновения с поверхностью.

Но объекты диаметром 30 и более метров, встречи с которыми происходят примерно раз в тысячу лет, приводят к значительным разрушениям в местах падения: в июне 1908 года такое тело рухнуло в тайге поблизости от реки Подкаменная Тунгуска в России.

Очень опасные, диаметром около километра, каменные объекты падают на Землю примерно раз в полмиллиона лет, а астероиды в пять и более километров могут упасть на Землю примерно раз в 10 млн лет.

Последствия таких столкновений зависят от размера астероида и местности падения. Пятнадцатикилометровый валун опустошит планету, где бы он ни упал. (Например, астероид, погубивший динозавров 65 млн лет назад, был, по расчётам, около 10 км в поперечнике.)

Если 15-километровый камушек обрушится в океан — 70% вероятности, с учётом соотношения площадей воды и суши, — то почти все горы на земном шаре, кроме самых высоких, будут снесены разрушительными волнами. Исчезнет всё, что находится ниже 1000 м над уровнем моря.

Если астероид такого размера рухнет на сушу, разрушение будет более локальным. Будет уничтожено всё в радиусе двух–трёх тысяч километров, а по всему материку, который окажется несчастливой мишенью, пронесутся опустошительные пожары.

Какое-то время удалённые от удара местности смогут избежать последствий падения, но такой удар взметнёт в воздух безмерное количество пыли от разрушенных камней и почвы, на годы засорив атмосферу пыльными облаками, отражающими солнечный свет. Фотосинтез практически сойдёт на нет. Растительность погибнет, и пищевая цепь прервётся. Часть человечества может выжить в этой катастрофе, но цивилизация в том виде, в каком мы её знаем, будет уничтожена.

Мелкие объекты вызовут менее разрушительные последствия, но любой астероид более сотни метров в диаметре, рухнет ли он на сушу или в море, вызовет стихийное бедствие страшнее тех, что нам известны. Что же делать? Можем ли мы игнорировать угрозу как нечто отдалённое, не столь значительное в мире и без того полном проблем, требующих немедленного решения? Можно ли каким-то способом отклонить крупный обломок?

Покойный Карл Саган, пожалуй, самый харизматичный и влиятельный представитель учёного сообщества за последние полвека, немало размышлял об астероидах. Публично и в частных беседах, а большей частью в своей знаменитой телепередаче «Космос» он ратовал за согласованные действия на международном уровне.

Он начал с того, что рассказал увлекательную повесть о монахах Кентерберийского собора, которые летом 1178 года стали свидетелями колоссального взрыва на Луне — это было очень близкое от нас падение астероида менее чем тысячу лет назад. Если бы такой объект рухнул на Землю, погибли бы миллионы людей. «Земля — крошечный уголок на огромной арене космоса, — сказал он. — Вряд ли кто-то придёт к нам на помощь».

Простейший шаг, который надо сделать в первую очередь, это обратить самое пристальное внимание на опасно приближающиеся к Земле небесные тела — врага надо знать в лицо. Нам нужны точные телескопы, снабжённые цифровыми процессорами, чтобы локализовать приближающиеся к Земле летающие объекты, вычислить их орбиты и сделать расчёты их будущих траекторий. Стоит это не так уж дорого, и кое-что уже делается. Конечно, можно было бы совершить больше, но по крайней мере какие-то усилия предпринимаются.

А что если мы обнаружим крупный объект, который может врезаться в нас через несколько лет? Саган, а вместе с ним и целый ряд других учёных и военных считают, что самый очевидный путь — вызвать отклонение траектории астероида. Если начать вовремя, то даже незначительный толчок ракеты или несколько направленных ядерных взрывов могли бы существенно сдвинуть орбиту астероида — и тем самым направить астероид мимо цели, избежав столкновения.

Он доказывал, что разработка такого проекта требует интенсивной и долгосрочной программы космических исследований. В пророческой статье 1993 года Саган писал: «Поскольку угроза астероидов и комет касается каждой обитаемой планеты в Галактике, если таковые имеются, разумным существам на них придётся объединяться, чтобы покинуть свои планеты и переместиться на соседние. Выбор прост — улететь в космос или погибнуть».

Космический полёт или гибель. Чтобы выжить в отдалённом будущем, мы должны колонизировать соседние планеты. Вначале надо создать базы на Луне, хотя наш светящийся спутник ещё долго останется негостеприимным миром для жизни и работы. Следующий — Марс, где наличествуют более солидные ресурсы — не только большие запасы замороженных грунтовых вод, но и солнечный свет, минералы и разрежённая, но атмосфера.

Это не будет лёгким и дешёвым предприятием, и вряд ли Марс в ближайшем будущем превратится в процветающую колонию. Но если поселиться там и культивировать почву, наш многообещающий сосед вполне может стать важной ступенью в эволюции человечества.

Два явных препятствия, возможно, отдалят, а то и вовсе сделают невозможным поселение людей на Марсе. Первое — деньги. Десятки миллиардов долларов, которые понадобятся на разработку и осуществление полёта на Марс, превышают даже самый оптимистичный бюджет NASA, и это при благоприятных финансовых условиях. Международное сотрудничество явилось бы единственным выходом, но пока таких крупных международных программ не состоялось.

Другой проблемой является вопрос выживания астронавтов, ибо практически невозможно обеспечить безопасный полёт на Марс и обратно. Суров космос, с его бесчисленными метеоритными песчинками-снарядами, способными пронзить тонкую оболочку даже бронированной капсулы, и непредсказуемо Солнце — с его взрывами и смертоносной, проникающей радиацией.

Астронавтам «Аполлона», с их недельными полётами на Луну, несказанно повезло, что в это время ничего не случилось. Но полёт на Марс продлится несколько месяцев; в любом космическом полёте принцип один: чем дольше время, тем больше риск.

Более того, существующие технологии не позволяют снабдить космический корабль достаточным для обратного полёта запасом топлива. Некоторые изобретатели поговаривают о переработке марсианской воды, чтобы синтезировать ракетное топливо и заполнить баки для обратного полёта, но пока это из области мечтаний, причём о весьма отдалённом будущем. Возможно, пока самое логичное решение — то, что так задевает самолюбие NASA, но активно поддерживается прессой, — полёт в один конец.

Если бы мы послали экспедицию, на долгие годы снабдив её провиантом вместо ракетного топлива, надёжным укрытием и теплицей, семенами, кислородом и водой, инструментами для добычи жизненно важных ресурсов на самой Красной планете, такая экспедиция смогла бы состояться.

Она была бы немыслимо опасной, но все великие первопроходцы подвергались опасности — таково было кругосветное плавание Магеллана в 1519–1521 годах, экспедиция на Запад Льюиса и Кларка в 1804–1806 годах, полярные экспедиции Пири и Амундсена в начале 20 века.

Человечество не утратило азартного стремления к участию в таких рискованных предприятиях. Если NASA объявит о регистрации добровольцев на односторонний полёт на Марс, тысячи специалистов запишутся не задумываясь.

Через 50 млн лет Земля всё ещё будет живой и обитаемой планетой, а её голубые океаны и зелёные континенты сместятся, но останутся узнаваемыми. Гораздо менее очевидна участь человечества. Может быть, человек вымрет как вид. В этом случае 50 млн лет вполне достаточно для того, чтобы стереть почти все следы нашего краткого владычества — все города, дороги, памятники подвергнутся выветриванию гораздо раньше конечного срока.

Каким-нибудь инопланетным палеонтологам придётся попотеть, чтобы обнаружить мельчайшие следы нашего существования в приповерхностных отложениях. Однако человек может и выжить, и даже эволюционировать, колонизировать вначале ближайшие планеты, а затем и ближайшие звёзды.

В таком случае если наши потомки выйдут на космический простор, тогда Земля будет цениться ещё выше — как заповедник, музей, святыня и место паломничества. Может быть, только покинув свою планету, человечество, наконец по-настоящему оценит место рождения нашего вида.

Изменение карты Земли: следующий миллион лет

Во многих отношениях через миллион лет Земля не так уж значительно изменится. Конечно, сместятся континенты, но не больше чем на 45–60 км от нынешнего расположения. Солнце будет светить по-прежнему, всходя каждые двадцать четыре часа, и Луна будет совершать оборот вокруг Земли примерно за один месяц.

Но кое-что изменится весьма основательно. Во многих точках земного шара необратимые геологические процессы преобразуют ландшафт. Особенно заметно изменятся уязвимые очертания берегов океана.

Графство Калверт в штате Мэриленд, одно из моих самых любимых мест, где миоценовые скалы с их на вид безграничными запасами окаменелостей тянутся на многие километры, в результате стремительного выветривания исчезнет с лица Земли. Ведь размер всего графства составляет всего 8 км и ежегодно уменьшается почти на 30 см. При такой скорости графство Калверт не продержится и 50 тыс лет, не то что миллион.

Другие государства, напротив, обзаведутся ценными земельными участками. Действующий подводный вулкан неподалёку от юго-восточного побережья самого крупного из Гавайских островов поднялся уже выше 3000 м (хотя по-прежнему покрыт водой) и с каждым годом прибавляет в росте.

Через миллион лет из океанских волн поднимется новый остров, уже получивший название Лоихи. В то же время потухшие вулканические острова к северо-западу, включая Мауи, Оаху и Кауаи, соответственно уменьшатся под воздействием ветра и океанских волн.

Что касается волн, специалисты, исследующие горные породы на предмет будущих изменений, приходят к выводу, что самым активным фактором в изменении географии Земли станет наступление и отступление океана. Изменение скорости рифтового вулканизма будет сказываться очень и очень долго, в зависимости от того, насколько больше или меньше лавы будет застывать на океанском дне.

Уровень моря может значительно понижаться в периоды затишья вулканической деятельности, когда придонные скалы остывают и успокаиваются: как полагают учёные, именно это и вызвало резкое понижение уровня моря непосредственно перед мезозойским вымиранием.

Наличие или отсутствие больших внутренних морей вроде Средиземного, а также сплочение и раскол континентов вызывают существенные изменения в размерах прибрежных шельфовых участков, что также сыграет важную роль в формировании геосферы и биосферы в течение грядущего миллиона лет.

Миллион лет — это десятки тысяч поколений в жизни человечества, что в сотни раз превышает всю предыдущую человеческую историю. Если человек выживет как вид, то Земля может претерпеть изменения также и в результате нашей прогрессирующей технологической активности, причём такие, что трудно даже себе представить.

Но если человечество вымрет, то Земля останется примерно такой же, как теперь. На суше и в море будет продолжаться жизнь; совместная эволюция геосферы и биосферы быстро восстановит доиндустриальное равновесие.

Мегавулканы: следующие 100 тысяч лет

Внезапное катастрофическое столкновение с астероидом меркнет в сравнении с продолжительным извержением мегавулкана или сплошным потоком базальтовой лавы. Вулканизм в планетарном масштабе сопровождал практически все пять массовых вымираний, включая и то, что было вызвано падением астероида.

Последствия мегавулканизма не следует путать с заурядными разрушениями и потерями при извержениях обычных вулканов. Обычные извержения сопровождаются потоками лавы, хорошо знакомыми обитателям Гавайских островов, живущим на склонах Килауэа, чьи жилища и всё, что окажется у неё на пути, она разрушает, но в целом такие извержения ограничены, предсказуемы и от них нетрудно уклониться.

Несколько более опасны в этой категории заурядных извержения пирокластических вулканов, когда огромное количество раскалённого пепла устремляется вниз по склону горы со скоростью около 200 км/ч, испепеляя и погребая под собой всё на своём пути.

Именно так обстояло дело в 1980 году с извержением вулкана Св. Елены, штат Вашингтон, и вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 году; в этих катастрофах погибли бы тысячи людей, если бы не заблаговременное предупреждение и массовая эвакуация. Ещё более грозную опасность представляет третий тип вулканической деятельности: выброс огромных масс мелкого пепла и ядовитых газов в верхние слои атмосферы.

Извержения исландских вулканов Эйяфьяллайокудль (апрель 2010 года) и Гримсвотн (май 2011 года) относятся к сравнительно слабым, поскольку сопровождались выбросами менее 4 км³ пепла. Тем не менее они на несколько дней парализовали воздушное сообщение в Европе и нанесли вред здоровью многих людей из близлежащих местностей.

В июне 1783 года извержение вулкана Лаки — одно из крупнейших в истории — сопровождалось выбросом более 12 тысяч м³ базальта, а также пепла и газа, что оказалось вполне достаточно, чтобы надолго окутать Европу ядовитой мглой. При этом погибла четверть населения Исландии, часть из которых скончалась от непосредственного отравления кислотными вулканическими газами, а большинство — от голода в течение зимы.

Последствия катастрофы сказались на расстоянии более тысячи километров в сторону юго-востока, и десятки тысяч европейцев, в основном жителей Британских островов, умерли от затяжного воздействия этого извержения. Но самым смертоносным было извержение вулкана Тамбора в апреле 1815 года, в ходе которого было выброшено более 20 км³ лавы.

При этом погибли более 70 тысяч человек, большинство из них от массового голода, возникшего в результате урона, нанесённого сельскому хозяйству. Тамборское извержение сопровождалось выбросом огромных масс сернистых газов в верхние слои атмосферы, что привело к блокированию солнечных лучей и ввергло Северное полушарие в «год без солнечного света» («вулканическую зиму») в 1816 году.

Эти исторические события до сих пор поражают воображение, и не без причины. Конечно, число жертв не идёт ни в какое сравнение с сотнями тысяч людей, погибших от недавних земле трясений в Индийском океане и на Гаити. Но между извержениями вулканов и землетрясениями существует важное, пугающее различие.

Размер мощнейшего из возможных землетрясений ограничен прочностью породы. Твёрдая порода может выдержать определённое давление, прежде чем расколется; прочность породы может вызвать весьма разрушительное, но всё же локальное землетрясение — магнитудой девять баллов по шкале Рихтера.

В отличие от этого извержения вулканов не имеют ограничений в масштабе. На самом деле геологические данные неопровержимо свидетельствуют об извержениях, в сотни раз более мощных, чем вулканические катастрофы, сохранённые исторической памятью человечества. Такие гигантские вулканы могли на годы затмевать небо и на многие миллионы (не на тысячи!) квадратных километров изменять облик земной поверхности.

Гигантское извержение вулкана Таупо на Северном острове, Новая Зеландия, произошло 26 500 лет назад; было извергнуто более 830 км³ магматической лавы и пепла. Вулкан Тоба на Суматре взорвался 74 тысячи лет назад и изверг более 2800 км³ лавы. Последствия аналогичной катастрофы в современном мире трудно представить.

И всё же эти супервулканы, породившие величайшие катаклизмы в истории Земли, меркнут по сравнению с гигантскими потоками базальта (учёные называют их «траппы»), обусловившими массовые вымирания. В отличие от одноразовых извержений супервулканов потоки базальта охватывают огромный временной период — тысячи лет беспрерывной вулканической активности.

Мощнейшие из таких катаклизмов, как правило, совпадающих с периодами массового вымирания, распространяли сотни тысяч миллионов кубических километров лавы. Самая крупная катастрофа произошла в Сибири 251 млн лет назад во время великого массового вымирания и сопровождалась растеканием базальта на площади более миллиона квадратных километров.

Гибель динозавров 65 млн лет назад, которая часто приписывается столкновению с крупным астероидом, совпала по времени с гигантским разливом базальтовой лавы в Индии, породившим крупнейшую магматическую провинцию Деканские Траппы, общая площадь которых составляет около 517 тысяч км², а объём выросших гор достигает 500 тысяч км³.

Эти громадные территории не могли образоваться в результате простого преобразования коры и верхней части мантии. Современные модели базальтовых формаций отражают представление о древнейшей эпохе вертикальной тектоники, когда гигантские пузыри магмы медленно поднимались от границ раскалённой сердцевины мантии, раскалывая земную кору и выплёскиваясь на холодную поверхность.

Такие явления в наше время случаются крайне редко. Согласно одной из теорий, между потоками базальтов временной интервал составляет примерно 30 млн лет, так что вряд ли мы доживём до следующего.

Наше технологическое общество, безусловно, получит своевременное предупреждение о возможности такого события. Сейсмологи способны отследить поток горячей, расплавленной магмы, восходящей к поверхности. В нашем распоряжении могут быть сотни лет, чтобы подготовиться к такому стихийному бедствию. Но если человечество попадёт в очередной всплеск вулканизма, мы мало что сможем противопоставить этому жесточайшему из земных испытаний.

Фактор льда: следующие 50 тысяч лет

В обозримом будущем самым существенным фактором, определяющим облик земных континентов, является лёд. В течение нескольких сотен тысяч лет глубина океана в сильной степени зависит от общеземного объёма замёрзшей воды, включая ледяные шапки гор, ледники и континентальные ледовые щиты. Уравнение несложное: чем больше объём замёрзшей воды на суше, тем ниже уровень воды в океане.

Прошлое — это ключ к прогнозированию будущего, но откуда нам знать глубину древних океанов? Результаты наблюдения с помощью спутников за уровнем воды в океанах, хотя они и невероятно точные, ограничены последними двумя десятилетиями. Измерения уровня моря уровнемерами, хотя менее точные и подверженные местным отклонениям, собраны за последние полтора столетия.

Геологи, исследующие побережья, могут прибегнуть к картированию признаков расположения береговой линии в древности — например, приподнятых береговых террас, которые можно обнаружить по отложениям прибрежно-морских осадков, насчитывающих десятки тысяч лет, — такие приподнятые участки могут отражать периоды повышения уровня воды.

Относительное положение ископаемых кораллов, которые обычно растут в зоне прогреваемого солнцем мелководного океанского шельфа, могли бы продлить нашу запись событий былого вглубь веков, но эта запись будет искажена, так как такие геологические образования эпизодически вздымаются, погружаются и наклоняются.

Многие специалисты стали обращать внимание на менее очевидный показатель уровня моря — на изменения соотношений изотопов кислорода в мелких раковинах морских моллюсков. Такие соотношения могут рассказать гораздо больше, чем расстояние между каким-либо небесным телом и Солнцем. Благодаря своему свойству реагировать на смену температур изотопы кислорода дают ключ к расшифровке объёмов ледяного покрова Земли в прошлом и соответственно — к изменению уровня воды в древнем океане.

Однако связь между количеством льда и изотопами кислорода — дело мудрёное. Считается, что самым распространённым изотопом кислорода, составляющим 99,8% кислорода воздуха, которым мы дышим, является лёгкий кислород-16 (с восемью протонами и восемью нейтронами ). Один на 500 атомов кислорода — тяжёлый кислород-18 (восемь протонов и десять нейтронов).

Это означает, что одна из каждых 500 молекул воды в океане тяжелее обычных. Когда океан нагревается от солнечных лучей, вода, содержащая лёгкие изотопы кислорода-16, испаряется быстрее, чем с кислородом-18, а потому вес воды в низкоширотных облаках легче, чем в самом океане.

По мере того как облака поднимаются в более прохладные слои атмосферы, вода с тяжёлым кислородом-18 конденсируется в дождевые капли быстрее более лёгкой воды с изотопом кислорода-16, и кислород в составе облака становится ещё легче.

В процессе неизбежного перемещения облаков к полюсам кислород в составляющих их молекулах воды становится намного легче, чем в морской воде. Когда над полярными ледниками и глетчерами выпадают осадки, лёгкие изотопы застывают во льду и морская вода становится ещё тяжелее.

В периоды максимального охлаждения планеты, когда более 5% земной воды превращается в лёд, морская вода становится особенно насыщенной тяжёлым кислородом-18. В периоды глобального потепления и отступления ледников уровень кислорода-18 в морской воде снижается. Таким образом, тщательные измерения соотношения изотопов кислорода в прибрежных осадочных породах могут дать представление об изменениях объёма поверхностного льда в ретроспективе.

Именно этими исследованиями и занимается геолог Кен Миллер с коллегами в Университете Ратгерса уже несколько десятков лет, изучая мощные слои морских осадков, покрывающих побережье в Нью-Джерси. Эти отложения, в которых записана геологическая история последних 100 тысяч лет, насыщены раковинами микроскопических ископаемых организмов, называемых фораминиферами.

Каждая крошечная фораминифера хранит в своём составе изотопы кислорода в той пропорции, какая была в океане в то время, когда организм вырастал. Измерение изотопов кислорода в береговых отложениях Нью-Джерси, слой за слоем, предоставляет простое и точное средство для оценки объёма льда в соответствующий период времени.

В недавнем геологическом прошлом ледяной покров то уменьшался, то разрастался, что сопровождалось соответствующими значительными колебаниями уровня моря каждые несколько тысяч лет. На пике ледниковых периодов более 5% воды на планете превращалось в лёд, понижая уровень моря метров на сто относительно современного.

Считается, что около 20 тысяч лет назад, в один из таких периодов низкого стояния воды образовался сухопутный перешеек через Берингов пролив между Азией и Северной Америкой — именно по этому «мосту» в Новый Свет мигрировали люди и другие млекопитающие. В тот же самый период не существовало Ла-Манша, и между Британскими островами и Францией пролегала сухая долина.

В периоды максимального потепления, когда ледники практически исчезали, а на вершинах гор истончались снежные шапки, уровень моря повышался, становясь примерно на 100 м выше современного, погружая под воду сотни тысяч квадратных километров прибрежных территорий по всей планете.

Миллер и его сотрудники вычислили более сотни циклов наступания и отступания ледников за последние 9 млн лет, и по меньшей мере дюжина из них приходится на последний миллион — диапазон этих бешеных колебаний уровня океана достигал 180 м. Один цикл может слегка отличаться от другого, но события происходят с очевидной периодичностью и связаны с так называемыми циклами Миланковича, именованными так в честь сербского астронома Милутина Миланковича, который обнаружил их примерно столетие назад.

Он выяснил, что хорошо известные изменения параметров движения Земли вокруг Солнца, включая наклон земной оси, эксцентриситет эллиптической орбиты и незначительное колебание собственной оси вращения, обусловливают периодические изменения в климате с промежутками от 20 тысяч лет до 100. Эти сдвиги воздействуют на поток солнечной энергии, достигающий Земли, и таким образом вызывают значительные колебания климата.

Что же ожидает нашу планету в ближайшие 50 тысяч лет? Можно не сомневаться, что резкие колебания уровня моря продолжатся, и не раз он то опустится, то поднимется. Иногда, вероятно, в течение следующих 20 тысяч лет, снежные шапки на вершинах буду расти, ледники продолжат увеличиваться, а уровень моря опустится метров на шестьдесят или более — до такого уровня море опускалось не менее восьми раз за последний миллион лет.

Это окажет мощное воздействие на очертания континентальных береговых линий. Восточное побережье США расширится на много километров в восточном направлении, по мере того как будет обнажаться мелководный материковый склон. Все крупные гавани Восточного побережья, от Бостона до Майами, превратятся в сухие внутренние плоскогорья.

Аляску соединит с Россией новый покрытый льдом перешеек, а Британские острова могут снова стать частью материковой Европы. Богатые рыбные промыслы вдоль континентальных шельфов станут частью суши.

Что касается уровня моря, если он понижается, то затем непременно должен повыситься. Вполне возможно, даже очень вероятно, что через следующую тысячу лет уровень моря поднимется на 30 м и выше. Такой подъём уровня Мирового океана, довольно скромный по геологическим меркам, неузнаваемо перекроит карту Соединённых Штатов.

Тридцатиметровый подъём уровня моря приведёт к затоплению большей части прибрежных равнин на Восточном побережье, сдвинув береговые линии до полутора сотен километров в западном направлении. Главные прибрежные города — Бостон, Нью-Йорк, Филадельфия, Вашингтон, Балтимор, Уилмингтон, Чарльстон, Саванна, Джексонвилл, Майами и многие другие — окажутся под водой. Лос-Анджелес, Сан-Франциско, СанДиего и Сиэтл исчезнут в морских волнах.

Затопит почти всю Флориду, на месте полуострова раскинется мелководное море. Под водой окажется большая часть штатов Делавэр и Луизиана. В других частях света урон, нанесённый подъёмом уровня моря, окажется ещё более опустошительным. Перестанут существовать целые страны — Голландия, Бангладеш, Мальдивы.

Геологические данные неопровержимо свидетельствуют: подобные изменения будут происходить и впредь. Если потепление окажется стремительным, как полагают многие эксперты, уровень воды будет подниматься быстро, примерно на 30 см за десятилетие.

Обычное тепловое расширение морской воды во время периодов глобального потепления способно увеличить подъём уровня моря в среднем до трёх метров. Несомненно, это станет проблемой для человечества, но окажет весьма незначительное воздействие на Землю.

Всё же это не станет концом света. Это станет концом нашего мира.

Потепление: следующие сто лет

Большинство из нас не заглядывает на несколько миллиардов лет вперёд, как не заглядывает на несколько миллионов лет или даже на тысячу лет. Нас беспокоят более насущные заботы: как мне оплатить высшее образование для ребёнка через десять лет? Получу ли я повышение по службе через год? Пойдёт ли на следующей неделе рынок акций вверх? Что приготовить на обед?

В этом контексте нам незачем волноваться. Исключая непредвиденную катастрофу, наша планета через год, через десять лет почти не изменится. Любая разница между тем, что есть сейчас, и тем, что будет через год, почти незаметна, даже если лето окажется небывало жарким, или урожай пострадает от засухи, или налетит необычайно сильная буря.

Несомненно одно: Земля продолжает меняться. Есть много признаков грядущего глобального потепления и таяния ледников, возможно, отчасти ускоренного деятельностью человека. В течение следующего столетия последствия этого потепления коснутся многих людей в самых разных аспектах.

Летом 2007 года я участвовал в Симпозиуме по проблемам будущего в рыбацком посёлке Илулиссат на западном побережье Гренландии, почти у Северного полярного круга. Выбор места для обсуждения будущего был весьма удачный, так как изменения климата происходили непосредственно за пределами конференц-зала в уютном отеле «Арктика».

На протяжении тысячи лет эта гавань, расположенная вблизи отрога могучего Илулиссатского ледника, являлась местом прибыльного рыболовецкого промысла. Тысячу лет рыбаки зимой, когда гавань замерзала, занимались подлёдным ловом. То есть занимались до начала нового тысячелетия. В 2000 году впервые (по крайней мере согласно тысячелетней устной истории) гавань не замёрзла зимой.

Могучий ледник, объект природного наследия, отступает с поразительной скоростью — почти 9 км за три года после многих десятилетий стабильного состояния. Ещё одно изменение: тысячу лет в Илулиссате и близлежащих посёлках не водились насекомые -паразиты, но в 2007 году и во все последующие годы в августе появлялись тучи комаров и мошки. Можно считать это забавной мелочью, но насекомые являются несомненными предвестниками неизбежных и значительных перемен.

И такие перемены наблюдаются по всему земному шару. С берега Чезапик-Бэй сообщают об устойчивом повышении уровня прилива по сравнению с предыдущими десятилетиями. Год за годом Сахара распространяется всё дальше на север, превращая некогда плодородные сельскохозяйственные угодья Марокко в пыльную пустыню.

Стремительно тают и раскалываются льды Антарктиды. Средние температуры воздуха и воды постоянно растут. Всё это отражает процесс последовательного глобального потепления — процесс, который Земля переживала уже бессчётное число раз в прошлом и будет испытывать в будущем.

Потепление может сопровождаться и другими, порой парадоксальными эффектами. Гольфстрим, мощное океанское течение, несущее тёплую воду от экватора к Северной Атлантике, управляется большой разницей температур между экватором и высокими широтами. Если в результате глобального потепления контраст температур уменьшится, как следует из некоторых моделей климата, то Гольфстрим может ослабеть или вовсе остановиться.

По иронии судьбы, непосредственным результатом этого изменения станет превращение умеренного климата Британских островов и Северной Европы, которые сейчас обогреваются Гольфстримом, в гораздо более прохладный.

Аналогичные перемены произойдут и с другими океанскими течениями — например, с течением, идущим из Индийского океана в Южную Атлантику мимо Африканского Рога, — это может вызвать похолодание мягкого климата Южной Африки или изменение муссонного климата, обеспечивающего часть Азии плодородными дождями.

Когда ледники тают, уровень моря повышается. По самым скромным расчётам, он повысится на полметра-метр в следующем столетии, хотя, по некоторым данным, в отдельные десятилетия рост уровня морской воды может колебаться в пределах нескольких сантиметров.

Такие изменения уровня моря затронут множество жителей прибрежных территорий по всему миру и станут настоящей головной болью для инженеров-строителей и владельцев пляжных участков от Мэна до Флориды, но в принципе с подъёмом до одного метра в густонаселённых прибрежных зонах можно справиться. По крайней мере ближайшие одно-два поколения жителей могут не беспокоиться о наступлении моря на сушу.

Однако отдельные виды животных и растений могут пострадать гораздо серьёзнее. Таяние полярных льдов на севере уменьшит зону обитания белых медведей, что весьма неблагоприятно для сохранения популяции, численность которой и без того сокращается. Стремительный сдвиг климатических зон по направлению к полюсам отрицательно скажется на других видах, прежде всего на птицах, которые особенно восприимчивы к переменам в сезонной миграции и кормовых зонах.

Согласно некоторым данным, средний прирост температуры на планете всего на пару градусов, что предполагает большинство климатических моделей грядущего столетия, может сократить поголовье птиц почти на 40% в Европе и более чем на 70% в благодатных дождевых лесах северо-восточной Австралии.

Серьёзный международный доклад говорит, что из примерно шести тысяч видов лягушек, жаб и ящериц каждый третий окажется в опасности, главным образом из-за спровоцированного тёплым климатом распространения грибкового заболевания, смертельно опасного для амфибий. Какие бы ещё следствия потепления ни обнаружились в грядущем столетии, похоже, что мы вступаем в период ускоренного вымирания.

Некоторые преобразования в следующем столетии, неизбежные или только вероятные, могут оказаться мгновенными, будь то крупное разрушительное землетрясение, извержение супервулкана или падение астероида диаметром более километра. Зная историю Земли, мы понимаем, что такие события обычны, а значит, неизбежны в масштабах планеты. Тем не менее строим города на склонах действующих вулканов и в самых геологически активных зонах Земли в надежде на то, что мы увернёмся от «тектонической пули» или «космического снаряда».

Между очень медленными и стремительными переменами находятся геологические процессы, на которые обычно уходят столетия или даже тысячелетия, — изменения климата, уровня моря и экосистем, которые могут оставаться незаметными в течение нескольких поколений.

Главной угрозой являются не сами изменения, а их степень. Ибо состояние климата, положение уровня моря или само существование экосистем может достичь критического уровня. Ускорение процессов положительной обратной связи может неожиданно ударить по нашему миру. То, на что обычно требуется тысячелетие, может проявиться через десяток-другой лет.

Легко пребывать в благодушном настроении, если неправильно прочтёшь летопись горных пород. Некоторое время, до 2010 года, беспокойство по поводу современных событий умерялось исследованиями, взирающими на 56 млн лет назад — время одного из массовых вымираний, резко повлиявшего на эволюцию и распространение млекопитающих. Это грозное явление, называемое позднепалеоценовым термическим максимумом, вызвало сравнительно резкое исчезновение тысяч видов.

Изучение термического максимума важно для нашего времени, поскольку это самый известный в истории Земли, документально подтверждённый резкий сдвиг температур. Вулканическая деятельность вызвала относительно быстрое увеличение содержания в атмосфере углекислого газа и метана, двух неразлучных парниковых газов, что, в свою очередь, привело к появлению положительной обратной связи, которая продержалась более тысячи лет и сопровождалась умеренным глобальным потеплением.

Некоторые исследователи усматривают в позднепалеоценовом термическом максимуме явную параллель с современной ситуацией, разумеется, неблагоприятной — с подъёмом глобальной температуры в среднем почти на 10°С, стремительным повышением уровня моря, окислением океанов и значительным смещением экосистем по направлению к полюсам, однако не столь катастрофической, чтобы угрожать выживанию большинства животных и растений.

Потрясение от недавних находок Ли Кемпа, геолога из Университета штата Пенсильвания, и его коллег практически лишило нас всякого повода для оптимизма. В 2008 году команда Кемпа получила доступ к материалам, добытым в результате бурения в Норвегии, которые позволили детально проследить события позднепалеоценового термического максимума — в осадочных породах, слой за слоем, запечатлены тончайшие подробности скорости изменения содержания углекислого газа в атмосфере и климата.

Плохие новости заключаются в том, что термальный максимум, который более десятилетия считался самым быстрым климатическим сдвигом в истории Земли, был обусловлен изменениями в составе атмосферы, по интенсивности в десять раз уступавшими тому, что происходит сегодня.

Глобальные изменения в составе атмосферы и средняя температура, сформированные в течение тысячи лет и в итоге приведшие к вымиранию, в наше время произошли в течение последних ста лет, за которые человечество сожгло громадные количества углеводородного топлива.

Это беспрецедентно быстрое изменение, и никто не может предсказать, как на это отреагирует Земля. На Пражской конференции в августе 2011 года, где собрались три тысячи геохимиков, царило весьма грустное настроение среди специалистов, отрезвлённых новыми данными позднепалеоценового термического максимума.

Конечно, для широкой публики прогноз этих экспертов был сформулирован в довольно осторожных выражениях, однако комментарии, которые я слышал в кулуарах, носили весьма пессимистический, даже устрашающий характер. Концентрация парникового газа увеличивается слишком быстро, а механизмы поглощения этого избытка неизвестны.

Не вызовет ли это массированного выброса метана со всеми последующими положительными обратными связями, которые влечёт за собой такое развитие событий? Поднимется ли уровень моря на сотню метров, как уже не раз происходило в прошлом? Мы вступаем в зону terra incognita, осуществляя плохо продуманный эксперимент в глобальном масштабе, подобного которому Земле не доводилось переживать в прошлом.

Судя по данным горных пород, сколь бы устойчивой к потрясениям ни была жизнь, биосфера в переломные моменты внезапных климатических сдвигов находится в сильном напряжении. Биологическая продуктивность, в частности сельскохозяйственная, на какое-то время упадёт до катастрофического уровня.

В быстро меняющихся условиях крупные животные, в том числе человек, заплатят дорогую цену. Взаимозависимость горных пород и биосферы не ослабеет, но роль человечества в этой саге, продолжительностью в миллиарды лет, остаётся непостижимой.

Может быть, мы уже достигли переломного момента? Возможно, не в текущем десятилетии, возможно, вообще не при жизни нашего поколения. Но такова уж природа переломных моментов — мы распознаём такой момент только тогда, когда он уже наступит.

Финансовый пузырь лопается. Население Египта поднимает мятеж. Биржа терпит крах. Мы осознаём то, что происходит, только в ретроспективе, когда уже слишком поздно восстанавливать status quo. Да и не было в истории Земли такого восстановления.

Закон всемирного тяготения Ньютона • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»

Между всеми телами во Вселенной действует сила взаимного притяжения.

На склоне своих дней Исаак Ньютон рассказал, как это произошло: он гулял по яблоневому саду в поместье своих родителей и вдруг увидел луну в дневном небе. И тут же на его глазах с ветки оторвалось и упало на землю яблоко. Поскольку Ньютон в это самое время работал над законами движения (см. Законы механики Ньютона), он уже знал, что яблоко упало под воздействием гравитационного поля Земли. Знал он и о том, что Луна не просто висит в небе, а вращается по орбите вокруг Земли, и, следовательно, на нее воздействует какая-то сила, которая удерживает ее от того, чтобы сорваться с орбиты и улететь по прямой прочь, в открытый космос. Тут ему и пришло в голову, что, возможно, это одна и та же сила заставляет и яблоко падать на землю, и Луну оставаться на околоземной орбите.

Чтобы в полной мере оценить весь блеск этого прозрения, давайте ненадолго вернемся к его предыстории. Когда великие предшественники Ньютона, в частности Галилей, изучали равноускоренное движение тел, падающих на поверхность Земли, они были уверены, что наблюдают явление чисто земной природы — существующее только недалеко от поверхности нашей планеты. Когда другие ученые, например Иоганн Кеплер (см. Законы Кеплера), изучали движение небесных тел, они полагали что в небесных сферах действуют совсем иные законы движения, нежели законы, управляющие движением здесь, на Земле. История науки свидетельствует, что практически все аргументы, касающиеся движения небесных тел, до Ньютона сводились в основном к тому, что небесные тела, будучи совершенными, движутся по круговым орбитам в силу своего совершенства, поскольку окружность — суть идеальная геометрическая фигура. Таким образом, выражаясь современным языком, считалось, что имеются два типа гравитации, и это представление устойчиво закрепилось в сознании людей того времени. Все считали, что есть земная гравитация, действующая на несовершенной Земле, и есть гравитация небесная, действующая на совершенных небесах.

Прозрение же Ньютона как раз и заключалось в том, что он объединил эти два типа гравитации в своем сознании. С этого исторического момента искусственное и ложное разделение Земли и остальной Вселенной прекратило свое существование.

Результаты ньютоновских расчетов теперь называют законом всемирного тяготения Ньютона. Согласно этому закону между любой парой тел во Вселенной действует сила взаимного притяжения. Как и все физические законы, он облечен в форму математического уравнения. Если M и m — массы двух тел, а D — расстояние между ними, тогда сила F взаимного гравитационного притяжения между ними равна:

F = GMm/D²

где G — гравитационная константа, определяемая экспериментально. В единицах СИ ее значение составляет приблизительно 6,67 × 10^–11.

Относительно этого закона нужно сделать несколько важных замечаний. Во-первых, его действие в явной форме распространяется на все без исключения физические материальные тела во Вселенной. В частности, сейчас вы и эта книга испытываете равные по величине и противоположные по направлению силы взаимного гравитационного притяжения. Конечно же, эти силы настолько малы, что их не зафиксируют даже самые точные из современных приборов, — но они реально существуют, и их можно рассчитать. Точно так же вы испытываете взаимное притяжение и с далеким квазаром, удаленным от вас на десятки миллиардов световых лет. Опять же, силы этого притяжения слишком малы, чтобы их инструментально зарегистрировать и измерить.

Второй момент заключается в том, что сила притяжения Земли у ее поверхности в равной мере воздействует на все материальные тела, находящиеся в любой точке земного шара. Прямо сейчас на вас действует сила земного притяжения, рассчитываемая по вышеприведенной формуле, и вы ее реально ощущаете как свой вес. Если вы что-нибудь уроните, оно под действием всё той же силы равноускоренно устремится к земле. Галилею первому удалось экспериментально измерить приблизительную величину ускорения свободного падения (см. Уравнения равноускоренного движения) вблизи поверхности Земли. Это ускорение обозначают буквой g.

Для Галилея g было просто экспериментально измеряемой константой. По Ньютону же ускорение свободного падения можно вычислить, подставив в формулу закона всемирного тяготения массу Земли M и радиус Земли D, помня при этом, что, согласно второму закону механики Ньютона, сила, действующая на тело, равняется его массе, умноженной на ускорение. Тем самым то, что для Галилея было просто предметом измерения, для Ньютона становится предметом математических расчетов или прогнозов.

Наконец, закон всемирного тяготения объясняет механическое устройство Солнечной системы, и законы Кеплера, описывающие траектории движения планет, могут быть выведены из него. Для Кеплера его законы носили чисто описательный характер — ученый просто обобщил свои наблюдения в математической форме, не подведя под формулы никаких теоретических оснований. В великой же системе мироустройства по Ньютону законы Кеплера становятся прямым следствием универсальных законов механики и закона всемирного тяготения. То есть мы опять наблюдаем, как эмпирические заключения, полученные на одном уровне, превращаются в строго обоснованные логические выводы при переходе на следующую ступень углубления наших знаний о мире.

Картину устройства солнечной системы, вытекающую из этих уравнений и объединяющую земную и небесную гравитацию, можно понять на простом примере. Предположим, вы стоите у края отвесной скалы, рядом с вами пушка и горка пушечных ядер. Если просто сбросить ядро с края обрыва по вертикали, оно начнет падать вниз отвесно и равноускоренно. Его движение будет описываться законами Ньютона для равноускоренного движения тела с ускорением g. Если теперь выпустить ядро из пушки в направлении горизонта, оно полетит — и будет падать по дуге. И в этом случае его движение будет описываться законами Ньютона, только теперь они применяются к телу, движущемуся под воздействием силы тяжести и обладающему некой начальной скоростью в горизонтальной плоскости. Теперь, раз за разом заряжая в пушку всё более тяжелое ядро и стреляя, вы обнаружите, что, поскольку каждое следующее ядро вылетает из ствола с большей начальной скоростью, ядра падают всё дальше и дальше от подножия скалы.

Теперь представьте, что вы забили в пушку столько пороха, что скорости ядра хватает, чтобы облететь вокруг земного шара. Если пренебречь сопротивлением воздуха, ядро, облетев вокруг Земли, вернется в исходную точку точно с той же скоростью, с какой оно изначально вылетело из пушки. Что будет дальше, понятно: ядро на этом не остановится и будет и продолжать наматывать круг за кругом вокруг планеты. Иными словами, мы получим искусственный спутник, обращающийся вокруг Земли по орбите, подобно естественному спутнику — Луне. Так мы поэтапно перешли от описания движения тела, падающего исключительно под воздействием «земной» гравитации (ньютоновского яблока), к описанию движения спутника (Луны) по орбите, не изменяя при этом природы гравитационного воздействия с «земной» на «небесную». Вот это-то прозрение и позволило Ньютону связать воедино считавшиеся до него различными по своей природе две силы гравитационного притяжения.

Остается последний вопрос: правду ли рассказывал на склоне своих дней Ньютон? Действительно ли всё произошло именно так? Никаких документальных свидетельств того, что Ньютон действительно занимался проблемой гравитации в тот период, к которому он сам относит свое открытие, сегодня нет, но документам свойственно теряться. С другой стороны, общеизвестно, что Ньютон был человеком малоприятным и крайне дотошным во всем, что касалось закрепления за ним приоритетов в науке, и это было бы очень в его характере — затемнить истину, если он вдруг почувствовал, что его научному приоритету хоть что-то угрожает. Датируя это открытие 1666-м годом, в то время как реально ученый сформулировал, записал и опубликовал этот закон лишь в 1687 году, Ньютон, с точки зрения приоритета, выгадал для себя преимущество больше чем в два десятка лет.

Я допускаю, что кого-то из историков от моей версии хватит удар, но на самом деле меня этот вопрос мало беспокоит. Как бы то ни было, яблоко Ньютона остается красивой притчей и блестящей метафорой, описывающей непредсказуемость и таинство творческого познания природы человеком. А является ли этот рассказ исторически достоверным — это уже вопрос вторичный.

См. также:

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 энергией фотосинтез, 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, нет
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.

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 излучение , 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 своей 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 получить представление о том, 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 понимание радиационного баланса 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.

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.

После изучения интерактивного материала ответьте на вопросы Проверка , перечисленные ниже о Глобальном энергетическом балансе.

Стать бухгалтером-энергетиком

Теперь, когда вы поработали с интерактивным глобальным энергетическим балансом, просмотрите годовую диаграмму энергетического баланса Земли, показанную 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 поэтапным, это упражнение поможет вам разделить детали и создать «энергетический» счет.»

Перед тем, как начать, вам нужно будет собрать 100 пенсов, бумажных квадратов, фишек для покера, Lego или маленьких кубиков, которые помогут вам в бухгалтерском учете. Вам также понадобятся 3 цветных карандаша: красный, синий и оранжевый. 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 в лаборатории.

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.

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).
Начните со 100 объектов (т.е., копейки). 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 Землей поверхности (в основном океан)

Затем сложите и запишите общее количество единиц в своей студенческой тетради.
Сумма отраженных пенсов; у вас должно получиться 30.
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
Provenance: Sarah Hill
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
Provenance: Sarah Hill
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.

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).
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

Запишите эти числа в свою студенческую тетрадь. Часть 2 результаты Изображение завершенного шага 2
Provenance: Sarah Hill
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
Provenance: Sarah Hill
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.

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).
Соберите 19 и 4 пенни, которые поглотила атмосфера и облака.
Соберите 24 и 5 пенни, которые были перенесены в атмосферу с помощью скрытого и явного тепла.
Соберите 6 монет, которые остались в атмосфере.
Переместите эти 58 пенни в два оставшихся места в следующих количествах:

49 единиц = испускается атмосферой
9 единиц = испускается облаками

Подсчитайте три квадрата в правом верхнем углу листа. Это единицы длинноволнового излучения, переносимые атмосферой обратно в космос.
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
Provenance: Sarah Hill
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 Stop and Think 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 радиации = _______ 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.

Дополнительное расширение

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 поступающей 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.

NWS JetStream — Передача тепловой энергии

Источником тепла для нашей планеты является солнце. Энергия от Солнца передается через космос и через атмосферу Земли к поверхности Земли.Поскольку эта энергия нагревает поверхность земли и атмосферу, часть ее является или становится тепловой энергией. Есть три способа передачи тепла в атмосферу и через нее:

излучение
проводимость
конвекция

Радиация

Если вы стояли перед камином или возле костра, вы почувствовали теплопередачу, известную как излучение. Сторона вашего тела, ближайшая к огню, нагревается, в то время как другая сторона остается незатронутой жаром.Хотя вы окружены воздухом, воздух не имеет ничего общего с передачей тепла. По такому же принципу работают тепловые лампы, которые согревают пищу. Радиация — это передача тепловой энергии через пространство электромагнитным излучением.

Большая часть электромагнитного излучения, приходящего на Землю от Солнца, невидима. Только небольшая часть излучается видимым светом. Свет состоит из волн разной частоты. Частота — это количество случаев, когда событие повторяется в течение установленного времени.В электромагнитном излучении его частота — это количество электромагнитных волн, проходящих через точку каждую секунду.

Наш мозг интерпретирует эти разные частоты в цвета, включая красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый. Когда глаз видит все эти разные цвета одновременно, он интерпретируется как белый. Волны от солнца, которые мы не можем видеть, — это инфракрасные волны, которые имеют более низкие частоты, чем красные, и ультрафиолетовые, которые имеют более высокие частоты, чем фиолетовый свет.[подробнее об электромагнитном излучении] Именно инфракрасное излучение вызывает ощущение тепла на нашем теле.

Большая часть солнечной радиации поглощается атмосферой, и большая часть того, что достигает поверхности Земли, излучается обратно в атмосферу, превращаясь в тепловую энергию. Объекты темного цвета, например асфальт, поглощают лучистую энергию быстрее, чем объекты светлого цвета. Однако они также излучают свою энергию быстрее, чем объекты более светлого цвета.

Обучающий урок: тает в сумке, а не в руке

Проводимость

Проводимость — это передача тепловой энергии от одного вещества к другому или внутри вещества.Вы когда-нибудь оставляли металлическую ложку в кастрюле с супом, разогретой на плите? Через некоторое время ручка ложки нагреется.

Это происходит из-за передачи тепловой энергии от молекулы к молекуле или от атома к атому. Кроме того, когда объекты свариваются, металл нагревается (оранжево-красное свечение) за счет передачи тепла от дуги.

Это называется теплопроводностью и является очень эффективным методом передачи тепла в металлах. Однако воздух плохо проводит тепло.

Конвекция

Конвекция — это передача тепловой энергии в жидкости.Этот вид нагрева чаще всего встречается на кухне с кипящей жидкостью.

Воздух в атмосфере действует как жидкость. Солнечное излучение падает на землю, нагревая скалы. Когда температура породы повышается из-за теплопроводности, тепловая энергия выделяется в атмосферу, образуя воздушный пузырь, который теплее окружающего воздуха. Этот пузырь воздуха поднимается в атмосферу. Когда он поднимается, пузырек охлаждается за счет тепла, содержащегося в пузыре, движущемся в атмосферу.

По мере того, как масса горячего воздуха поднимается, воздух заменяется окружающим более прохладным и более плотным воздухом, который мы ощущаем как ветер. Эти движения воздушных масс могут быть небольшими в определенном регионе, например, локальными кучевыми облаками или большими циклами в тропосфере, охватывающими большие участки земли. Конвекционные течения ответственны за многие погодные условия в тропосфере.

Быстрые факты

Это не тепло, которое вы чувствуете, а ультрафиолетовое излучение солнца, вызывающее солнечные ожоги, ведущие к раку кожи.Солнечное тепло не приводит к солнечным ожогам.

Согласно данным Американской академии дерматологии, солнечный свет состоит из двух типов вредных лучей, которые достигают Земли — ультрафиолетовых лучей A (UVA) и ультрафиолетовых лучей B (UVB). Чрезмерное воздействие на них может привести к раку кожи. Каждый из этих лучей не только вызывает рак кожи, но и делает следующее:

UVA-лучи могут преждевременно состарить вашу кожу, вызвать появление морщин и пигментных пятен, а также могут проходить через оконное стекло.
UVB-лучи являются основной причиной солнечных ожогов и блокируются оконным стеклом.

Безопасного способа загара не существует. Это включает излучение от искусственных источников, таких как солярии и солнечные лампы. Каждый раз, загорая, вы повреждаете кожу. По мере нарастания этого ущерба вы ускоряете старение кожи и повышаете риск развития всех типов рака кожи.

Даже в пасмурные дни ультрафиолетовое излучение может проходить сквозь облака и вызывать солнечный ожог, если вы достаточно долго находитесь на улице.

2. Энергия в физических процессах

Обучение энергетике и физическим процессам поддерживается 7 ключевыми понятиями:

2.1 Земля постоянно меняется, поскольку энергия течет через систему. Геологические, окаменелые и ледовые записи свидетельствуют о значительных изменениях на протяжении всей истории Земли. Эти изменения всегда связаны с изменениями потока энергии через систему Земли. Этому изменению способствовали как живые, так и неживые процессы.

2.2 Солнечный свет, гравитационный потенциал, распад радиоактивных изотопов и вращение Земли — основные источники энергии, управляющие физическими процессами на Земле.Солнечный свет является источником внешнего по отношению к Земле, в то время как радиоактивные изотопы и гравитационный потенциал, за исключением энергии приливов, являются внутренними. Радиоактивные изотопы и гравитация работают вместе, чтобы произвести геотермальную энергию под поверхностью Земли. Вращение Земли влияет на глобальные потоки воздуха и воды.

2.3 Погода и климат Земли в основном определяются энергией Солнца. Например, неравномерное нагревание поверхности Земли и атмосферы Солнцем вызывает конвекцию в атмосфере, вызывая ветры и влияя на океанские течения.

2.4 Вода играет важную роль в хранении и передаче энергии в системе Земли. Основная роль, которую играет вода, является результатом ее преобладания, высокой теплоемкости и того факта, что фазовые изменения воды происходят на Земле регулярно. Солнце обеспечивает энергию, которая управляет круговоротом воды на Земле.

2.5 Движение материи между резервуарами осуществляется за счет внутренних и внешних источников энергии Земли. Эти движения часто сопровождаются изменением физических и химических свойств вещества.Углерод, например, встречается в карбонатных породах, таких как известняк, в атмосфере в виде углекислого газа, в воде в виде растворенного диоксида углерода и во всех организмах в виде сложных молекул, контролирующих химию жизни. Энергия управляет потоком углерода между этими различными резервуарами.

2.6 Парниковые газы влияют на поток энергии через систему Земля. Парниковые газы в атмосфере, такие как углекислый газ и водяной пар, прозрачны для большей части падающего солнечного света, но не для инфракрасного света от нагретой поверхности Земли.Эти газы играют важную роль в определении средней глобальной приземной температуры. Когда Земля излучает столько же энергии, сколько поглощает, ее средняя температура остается стабильной.

2.7 Последствия изменений в энергетической системе Земли часто не проявляются сразу. Реакция на изменения в энергетической системе Земли, вход и выход, часто заметны только в течение месяцев, лет или даже десятилетий.

Энергия движет системой Земля

В 1969 году на Мауна-Улу извергались фонтаны вулканического огня, демонстрируя проблеск внутреннего тепла Земли.Изображение любезно предоставлено Геологической службой США.

Происхождение: Изображение любезно предоставлено Геологической службой США.
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, пока вы указываете авторство и предлагаете любые производные работы по аналогичной лицензии.

Когда учащиеся изучают земные процессы, они обычно сосредотачиваются на самом процессе, таком как тектоника плит, приливы или ручьи.Эти идеи иллюстрируют, как все процессы на Земле управляются энергией. Передачу энергии можно рассматривать как движущую силу системы Земли.

Большая часть энергии в системе Земля поступает из нескольких источников: солнечная энергия, гравитация, радиоактивный распад и вращение Земли. Солнечная энергия управляет многими поверхностными процессами, такими как ветры, течения, гидрологический цикл и климатическая система в целом. Гравитация заставляет реки и другие материалы течь вниз и создает приливы (от гравитационного притяжения Луны).Радиоактивный распад создает тепло внутри Земли, в то время как силы вращения Земли влияют на потоки воздуха и воды.

Эти идеи в значительной степени пересекаются с Принципами климатической грамотности 1 и 2. В Принципе климатической грамотности 1 основное внимание уделяется Солнцу как главному источнику энергии для климатической системы Земли, а в Принципе климатической грамотности 2 объясняется, что парниковые газы влияют на энергетический баланс Земля. Углекислый газ и другие парниковые газы улавливают исходящую радиацию, которая в противном случае вышла бы из системы Земли, нагревая атмосферу.Он также суммирует углеродный цикл через различные поглотители и источники углерода.

Потоки энергии могут изменяться со временем

На этой карте показан моментальный снимок ветров над США.

Происхождение: Изображение с карты ветра
Повторное использование: Если вы хотите использовать этот предмет за пределами этого сайта способами, выходящими за рамки добросовестного использования (см. Http://fairuse.stanford.edu/), вы должны получить разрешение от его создателя.

Энергетические потоки на Земле могут принимать разные формы.В некоторых случаях потоки энергии постоянны, например, при распаде естественных радиоактивных материалов на Земле. Этот процесс выделяет тепло внутрь Земли, что помогает управлять движением тектонических плит с довольно постоянной скоростью.

В других случаях потоки энергии могут изменяться во времени, например, в связи с углеродным циклом. Энергия управляет потоком углерода между разными резервуарами. Углерод может присутствовать в карбонатных породах (например, известняке), хранящемся ископаемом топливе (например, угле, нефти или природном газе) в атмосфере, в океанах или в молекулах биологических организмов.Крупномасштабное сжигание ископаемого топлива удаляет накопленный органический углерод из земной коры и выбрасывает углекислый газ в атмосферу. Это изменило состав атмосферы, так что она более эффективно улавливает уходящее тепло. Таким образом, люди изменили естественный энергетический баланс Земли.

Даже без людей Земля испытала изменения в своем энергетическом балансе. В течение геологического времени в потоке энергии через Землю произошли резкие изменения.Например, Земля была полностью расплавленной в начале своей геологической истории и была покрыта льдом в докембрийский период. Солнце когда-то было на 30% тусклее, чем сегодня.

Изучите эти идеи в контексте Учения о ранней Земле.

Эти драматические изменения иллюстрируют, как изменение потоков энергии через систему Земли изменило ход истории Земли. Студенты могут оценить, как на энергетический баланс планеты повлияли как природные, так и антропогенные воздействия.

Помогаем учащимся понять эти идеи

Эти концепции тонкие. Намного легче понять знакомый, наблюдаемый физический процесс, чем понять энергию, которая им движет. Начните с процессов, в которых можно легко наблюдать энергию, таких как извержения вулканов или ураганы. Оттуда студенты могут понять, насколько энергия является частью почти каждого процесса на Земле. Предложите учащимся использовать концептуальное картирование, чтобы связать процесс с задействованными типами энергии.Вернитесь к Принципу Энергии 1 для получения списка различных форм энергии.

В качестве альтернативы преподаватели могут использовать системный подход. Используя гидросферу в качестве одного из примеров, учащиеся могут изучить, как энергия включается на протяжении всего цикла. Солнечная энергия вызывает испарение; неравномерный нагрев Земли вызывает движение воздушных масс; Силы Кориолиса способствуют формированию штормов; а гравитация заставляет реки течь вниз. Другой важный фактор — высокая теплоемкость (или удельная теплоемкость) воды.Это означает, что для изменения температуры воды требуется много энергии. Этот смягчающий эффект позволяет водной среде поддерживать относительно стабильную температуру по сравнению с воздухом. Это также объясняет, почему в районах, расположенных рядом с большими водоемами, наблюдаются умеренные температуры с меньшим количеством экстремальных температур, чем в районах, удаленных от воды.

Если вы преподаете об изменении климата, подумайте, как потепление атмосферы влияет на другие процессы, такие как штормы, волны тепла и другие формы экстремальных погодных явлений.Благодаря высокой теплоемкости воды океаны могут поглотить большую часть потепления, вызванного изменением климата. Но какие еще эффекты это имеет?

Еще один способ связать эти идеи с изучением изменения климата — это посмотреть на альбедо. Эта концепция исследует, каким образом энергия Солнца может поглощаться поверхностью Земли или отражаться от нее и отражаться обратно в космос. Снег и лед отражают большую часть приходящей радиации. Более темные поверхности, такие как открытый океан и голая земля, поглощают больше энергии.По мере того, как ледники отступают и морской лед тает, потеря площади, покрытой льдом, способствует дальнейшему потеплению. Это один из примеров цикла самоусиливающейся обратной связи.

Реализация этих идей в вашем классе

Этот принцип можно включить в уроки о земных процессах, чтобы учащиеся познакомились с идеей о том, что энергия является неотъемлемой частью почти всех процессов на Земле. Обучение потоку энергии в системах — это один из способов поощрения системного мышления у учащихся.

Поскольку эти идеи могут быть абстрактными, полезны педагогические методы, воплощающие их в жизнь. Визуализации и моделирования могут выявить скрытые процессы в работе. Сопоставление понятий может помочь учащимся найти связь между причиной и следствием. Студенты могут даже принять стратегию ролевой игры, чтобы стать атомом углерода или тропическим штормом. Как только учащиеся познакомятся с идеей о том, что энергия является неотъемлемой частью земных процессов, эти принципы могут быть включены во многие темы наук о Земле.

Учебные материалы из коллекции CLEAN

Средняя школа

Amazing Albedo — это лаборатория, в которой учащиеся используют термометры, белую и темную бумагу, а также лампы для измерения разницы в альбедо.Установлены связи с альбедо в Антарктиде.
Геотермальная энергия: использование энергии Земли — В этом коротком видео объясняется, как геотермальная энергия используется, преобразуется в пар, транспортируется к генераторам и преобразуется в электричество.

Средняя школа

Визуализация Земли как системы помогает объяснить, почему понимание Земли как интегрированной системы компонентов и процессов имеет важное значение для естественнонаучного образования. В видео «Достижение солнечного баланса» используются красочные анимации, иллюстрирующие энергетический баланс Земли.
Что делает парниковый газ парниковым газом? и почему некоторые молекулы поглощают энергию? предложите учащимся два интерактивных способа (компьютерное моделирование и построение практических моделей), чтобы узнать, как газы могут удерживать тепло.
Wind and Ocean Circulation иллюстрирует след энергии, который течет от атмосферных ветровых течений к океанским течениям. Высокое качество анимации привлекает внимание и может быть очень полезно для объяснения сложных процессов, которые трудно представить.
В упражнении «Ураганы как тепловые двигатели» учащиеся изучают влияние ураганов на температуру поверхности моря, чтобы выяснить, как ураганы извлекают тепловую энергию с поверхности океана.

Колледж

Сопутствующие учебные материалы

Обучающие системы мышления для студентов колледжа

Обучающие сложные системы с помощью STELLA

Почему из-за изменения климата ураганы становятся сильнее. В этом видео рассматривается, как повышение температуры в Арктике влияет на траекторию струйного течения, силу штормов и продолжительность отдельных погодных явлений.
В упражнении «Моделирование энергетического баланса Земли» используется программное обеспечение для моделирования коробки STELLA для определения температуры Земли на основе входящей и исходящей радиации, альбедо и сложной атмосферы со скрытыми и ощутимыми тепловыми потоками.
Анимация «Парниковые газы — ИК-спектр» позволяет студентам исследовать инфракрасные спектры парниковых газов и изображать спектры поглощения. Также можно наложить режимы колебаний и энергетический спектр Земли.

Найдите занятия и наглядные пособия для преподавания этой темы

Поиск по классу: средняя школа старшая школа введение колледж высший колледж поиск все классы

Вс | Национальное географическое общество

Солнце — обычная звезда, одна из примерно 100 миллиардов в нашей галактике Млечный Путь.Солнце оказывает чрезвычайно важное влияние на нашу планету: оно определяет погоду, океанские течения, времена года и климат, а также делает возможной жизнь растений посредством фотосинтеза. Без солнечного тепла и света жизнь на Земле не существовала бы.

Около 4,5 миллиарда лет назад Солнце начало формироваться из молекулярного облака, которое в основном состояло из водорода и гелия. Соседняя сверхновая испустила ударную волну, которая вступила в контакт с молекулярным облаком и возбудила его. Молекулярное облако начало сжиматься, и некоторые области газа схлопнулись под действием собственного гравитационного притяжения.Когда одна из этих областей схлопнулась, она также начала вращаться и нагреваться от повышения давления. Большая часть водорода и гелия оставалась в центре этой горячей вращающейся массы. В конце концов, газы нагрелись достаточно, чтобы начать ядерный синтез, и стали солнцем в нашей солнечной системе.

Другие части молекулярного облака остыли в диск вокруг нового Солнца и стали планетами, астероидами, кометами и другими телами в нашей солнечной системе.

Солнце находится примерно в 150 миллионах километров (93 миллионах миль) от Земли.Это расстояние, называемое астрономической единицей (AU), является стандартной мерой расстояния для астрономов и астрофизиков.

АС можно измерить со скоростью света или временем, которое требуется фотону света, чтобы пройти от Солнца до Земли. Свету от Солнца требуется около восьми минут и 19 секунд, чтобы достичь Земли.

Радиус Солнца, или расстояние от самого центра до внешних границ, составляет около 700 000 километров (432 000 миль). Это расстояние примерно в 109 раз больше радиуса Земли.Солнце не только имеет гораздо больший радиус, чем Земля, но и намного массивнее. Масса Солнца более чем в 333000 раз больше массы Земли и составляет около 99,8% всей массы всей Солнечной системы!

Состав

Солнце состоит из пылающей комбинации газов. Эти газы на самом деле находятся в форме плазмы. Плазма — это состояние вещества, похожее на газ, но с большей частью ионизированных частиц. Это означает, что частицы имеют увеличенное или уменьшенное количество электронов.

Около трех четвертей Солнца состоит из водорода, который постоянно синтезируется и образует гелий в процессе, называемом ядерным синтезом. Гелий составляет почти всю оставшуюся четверть. Очень небольшой процент (1,69 процента) массы Солнца состоит из других газов и металлов: железа, никеля, кислорода, кремния, серы, магния, углерода, неона, кальция и хрома. Эти 1,69 процента могут показаться незначительными, но это масса по-прежнему в 5628 раз больше массы Земли.

Солнце — не твердая масса.У него нет легко идентифицируемых границ, как у каменистых планет, таких как Земля. Вместо этого Солнце состоит из слоев, почти полностью состоящих из водорода и гелия. Эти газы выполняют разные функции в каждом слое, и слои солнца измеряются их процентной долей от общего радиуса солнца.

Солнце пронизано магнитным полем и в некоторой степени контролируется им. Магнитное поле определяется комбинацией трех сложных механизмов: кругового электрического тока, который проходит через солнце, слоев солнца, которые вращаются с разной скоростью, и способности солнца проводить электричество.Вблизи солнечного экватора силовые линии магнитного поля образуют небольшие петли у поверхности. Силовые линии магнитного поля, протекающие через полюса, простираются намного дальше, на тысячи километров, прежде чем вернуться к противоположному полюсу.

Солнце вращается вокруг своей оси, как и Земля. Солнце вращается против часовой стрелки, и на один оборот уходит от 25 до 35 дней.

Солнце вращается по часовой стрелке вокруг центра Млечного Пути. Его орбита находится на расстоянии от 24 000 до 26 000 световых лет от центра Галактики.Солнцу требуется от 225 до 250 миллионов лет, чтобы совершить один оборот вокруг галактического центра.

Электромагнитное излучение

Солнечная энергия движется к Земле со скоростью света в форме электромагнитного излучения (ЭМИ).

Электромагнитный спектр существует в виде волн разных частот и длин волн.

Частота волны показывает, сколько раз волна повторяется за определенную единицу времени.Волны с очень короткими длинами волн повторяются несколько раз в заданную единицу времени, поэтому они высокочастотны. Напротив, низкочастотные волны имеют гораздо большую длину волны.

Подавляющее большинство электромагнитных волн, исходящих от Солнца, для нас невидимы. Наиболее высокочастотные волны, излучаемые солнцем, — это гамма-лучи, рентгеновские лучи и ультрафиолетовое излучение (УФ-лучи). Наиболее вредные ультрафиолетовые лучи почти полностью поглощаются атмосферой Земли. Менее сильные ультрафиолетовые лучи проходят через атмосферу и могут вызвать солнечный ожог.

Солнце также излучает инфракрасное излучение, волны которого гораздо более низкочастотные. Большая часть тепла от солнца поступает в виде инфракрасной энергии.

Между инфракрасным и ультрафиолетовым светом находится видимый спектр, который содержит все цвета, которые мы, люди, можем видеть. Красный цвет имеет самую длинную длину волны (ближайшую к инфракрасному), а фиолетовый (ближайшую к ультрафиолетовому излучению) самую короткую.

Само солнце белое, что означает, что оно содержит все цвета видимого спектра. Солнце кажется оранжево-желтым, потому что излучаемый им синий свет имеет более короткую длину волны и рассеивается в атмосфере — тот же процесс, при котором небо кажется голубым.

Астрономы, однако, называют Солнце звездой «желтый карлик», потому что его цвета попадают в желто-зеленую часть электромагнитного спектра.

Эволюция Солнца

Солнце, хотя и поддерживало все живое на нашей планете, не будет светить вечно. Солнце существует уже около 4,5 миллиардов лет.

Процесс ядерного синтеза, который создает тепло и свет, которые делают возможной жизнь на нашей планете, также является процессом, который медленно изменяет состав Солнца.Посредством ядерного синтеза Солнце постоянно использует водород в своем ядре: каждую секунду Солнце превращает около 620 миллионов метрических тонн водорода в гелий.

На данном этапе жизни Солнца его ядро на 74% состоит из водорода. В течение следующих пяти миллиардов лет Солнце сожжет большую часть своего водорода, а гелий станет его основным источником топлива.

За эти пять миллиардов лет Солнце превратится из «желтого карлика» в «красного гиганта». Когда почти весь водород в ядре Солнца израсходован, ядро сжимается и нагревается, увеличивая количество происходящего ядерного синтеза.Внешние слои солнца будут расширяться за счет этой дополнительной энергии.

Солнце расширится примерно в 200 раз по сравнению с текущим радиусом, поглотив Меркурий и Венеру.

Астрофизики спорят, будет ли орбита Земли расширяться за пределы досягаемости Солнца, или наша планета также будет поглощена Солнцем.

По мере того, как Солнце расширяется, оно распространяет свою энергию на большую площадь поверхности, что оказывает общее охлаждающее действие на звезду. Это охлаждение сместит видимый свет солнца в красноватый цвет — красный гигант.

В конце концов, ядро Солнца достигает температуры около 100 миллионов по шкале Кельвина (почти 100 миллионов градусов по Цельсию или 180 миллионов градусов по Фаренгейту), общепринятой научной шкале для измерения температуры. Когда он достигнет этой температуры, гелий начнет плавиться, образуя углерод, гораздо более тяжелый элемент. Это вызовет интенсивный солнечный ветер и другую солнечную активность, которая в конечном итоге отбросит все внешние слои солнца. Фаза красных гигантов закончится. Останется только углеродное ядро Солнца, и как «белый карлик» оно не будет создавать и излучать энергию.

Структура Солнца

Солнце состоит из шести слоев: ядра, радиационной зоны, конвективной зоны, фотосферы, хромосферы и короны.

Ядро

Ядро Солнца , более чем в тысячу раз больше Земли и более чем в 10 раз плотнее свинца, представляет собой огромную печь. Температура в ядре превышает 15,7 миллиона градусов Кельвина (также 15,7 миллиона градусов по Цельсию, или 28 миллионов градусов по Фаренгейту). Ядро простирается примерно на 25% солнечного радиуса.

Ядро — единственное место, где могут происходить реакции ядерного синтеза. Другие слои Солнца нагреваются за счет создаваемой там ядерной энергии. Протоны атомов водорода яростно сталкиваются и сливаются или соединяются вместе, образуя атом гелия.

Этот процесс, известный как цепная реакция PP (протон-протон), выделяет огромное количество энергии. Энергия, выделяемая в течение одной секунды солнечного термоядерного синтеза, намного превышает энергию, выделяемую при взрыве сотен тысяч водородных бомб.

Во время ядерного синтеза в активной зоне выделяются два типа энергии: фотоны и нейтрино. Эти частицы переносят и излучают свет, тепло и энергию солнца. Фотоны — мельчайшие частицы света и других форм электромагнитного излучения. Нейтрино труднее обнаружить, и на их долю приходится около двух процентов всей солнечной энергии. Солнце постоянно излучает фотоны и нейтрино во всех направлениях.

Радиационная зона

Излучательная зона Солнца начинается примерно с 25 процентов радиуса и простирается примерно до 70 процентов радиуса.В этой широкой зоне тепло от ядра резко охлаждается от семи миллионов К до двух миллионов К.

В радиационной зоне энергия передается посредством процесса, называемого тепловым излучением. Во время этого процесса фотоны, которые были выпущены в ядре, проходят небольшое расстояние, поглощаются соседним ионом, высвобождаются этим ионом и снова поглощаются другим. Один фотон может продолжать этот процесс почти 200 000 лет!

Переходная зона: тахоклин

Между радиационной зоной и следующим слоем, конвективной зоной, находится переходная зона, называемая тахоклином.Эта область создается в результате дифференциального вращения Солнца.

Дифференциальное вращение происходит, когда разные части объекта вращаются с разной скоростью. Солнце состоит из газов, которые претерпевают разные процессы в разных слоях и на разных широтах. Например, солнечный экватор вращается намного быстрее, чем его полюса.

Скорость вращения солнца на тахоклине быстро меняется.

Конвективная зона

Конвективная зона начинается примерно на 70% солнечного радиуса.В этой зоне температура солнца недостаточно высока для передачи энергии тепловым излучением. Вместо этого он передает тепло за счет тепловой конвекции через тепловые колонны.

Подобно кипению воды в горшке или горячему воску в лавовой лампе, газы глубоко в солнечной конвективной зоне нагреваются и «вскипают» наружу, вдали от ядра Солнца, через тепловые столбы. Когда газы достигают внешних границ конвективной зоны, они охлаждаются и опускаются обратно к основанию конвективной зоны, чтобы снова нагреться.

Фотосфера

Фотосфера — это ярко-желтая видимая «поверхность» Солнца. Фотосфера имеет толщину около 400 километров (250 миль), а температура там достигает около 6000 К (5700 ° C, 10300 ° F).

В фотосфере видны тепловые столбы конвективной зоны, пузырящиеся, как кипящая овсянка. В мощные телескопы вершины колонн выглядят как гранулы, рассыпанные по солнцу. Каждая гранула имеет яркий центр, который представляет собой горячий газ, поднимающийся через термический столб.Темные края гранул — это холодный газ, спускающийся по колонне к основанию конвективной зоны.

Хотя вершины термоколонн выглядят как маленькие гранулы, они обычно составляют более 1000 километров (621 милю) в поперечнике. Большинство термических колонок существует от восьми до 20 минут, прежде чем они растворятся и образуют новые колонки. Существуют также «супергранулы», которые могут достигать 30 000 километров (18 641 мили) в поперечнике и сохраняться до 24 часов.

Солнечные пятна, солнечные вспышки и солнечные протуберанцы образуются в фотосфере, хотя они являются результатом процессов и нарушений в других слоях Солнца.

Фотосфера: солнечные пятна

Солнечное пятно — это то, на что оно похоже — темное пятно на солнце. Пятно образуется, когда интенсивная магнитная активность в конвективной зоне разрушает тепловой столб. В верхней части разорванного столба (видимого в фотосфере) температура временно понижается, потому что горячие газы не достигают ее.

Фотосфера: Солнечные вспышки

Процесс создания солнечных пятен открывает связь между короной (самым внешним слоем Солнца) и внутренней частью Солнца.Солнечное вещество выбрасывается из этого отверстия в формациях, называемых солнечными вспышками. Эти взрывы огромны: в течение нескольких минут солнечные вспышки высвобождают эквивалент около 160 миллиардов мегатонн в тротиловом эквиваленте, или примерно шестую часть всей энергии, выделяемой солнцем за одну секунду.

Облака ионов, атомов и электронов вырываются из солнечных вспышек и достигают Земли примерно за два дня. Солнечные вспышки и протуберанцы способствуют возникновению космической погоды, которая может вызывать нарушения атмосферы и магнитного поля Земли, а также нарушать работу спутниковых и телекоммуникационных систем.

Фотосфера: корональные выбросы массы

Корональные выбросы массы (CME) — это еще один тип солнечной активности, вызванный постоянным движением и возмущениями в магнитном поле Солнца. КВМ обычно образуются около активных областей солнечных пятен, корреляция между ними не доказана. Причина CME все еще изучается, и предполагается, что нарушения в фотосфере или короне приводят к этим сильным солнечным взрывам.

Фотосфера: Solar Prominence

Солнечные протуберанцы — это яркие петли солнечной материи. Они могут прорваться далеко в корональный слой Солнца, распространяясь на сотни километров в секунду. Эти изогнутые и изогнутые элементы могут достигать сотен тысяч километров в высоту и ширину и длиться от нескольких дней до нескольких месяцев.

Солнечные протуберанцы холоднее короны и на солнце выглядят как более темные пряди. По этой причине их также называют нитями.

Фотосфера: солнечный цикл

Солнце не испускает постоянно солнечные пятна и солнечные выбросы; он проходит цикл около 11 лет. Во время этого солнечного цикла частота солнечных вспышек меняется. Во время солнечных максимумов может быть несколько вспышек в сутки. Во время солнечных минимумов их может быть меньше одного раза в неделю.

Солнечный цикл определяется магнитными полями Солнца, которые вращаются вокруг Солнца и соединяются на двух полюсах. Каждые 11 лет магнитные поля меняются местами, вызывая нарушение, которое приводит к солнечной активности и появлению солнечных пятен.

Солнечный цикл может влиять на климат Земли. Например, ультрафиолетовый свет солнца расщепляет кислород в стратосфере и укрепляет защитный озоновый слой Земли. Во время солнечного минимума количество УФ-лучей невелико, что означает, что озоновый слой Земли временно истончается. Это позволяет проникать большему количеству ультрафиолетовых лучей и нагревать атмосферу Земли.

Солнечная атмосфера

Солнечная атмосфера — самая горячая область Солнца. Он состоит из хромосферы, короны и переходной зоны, называемой солнечной переходной областью, которая соединяет их.

Солнечная атмосфера не видна из-за яркого света, излучаемого фотосферой, и ее редко можно увидеть без специальных инструментов. Только во время солнечных затмений, когда Луна движется между Землей и Солнцем и скрывает фотосферу, эти слои можно увидеть невооруженным глазом.

Хромосфера

Розовато-красная хромосфера имеет толщину около 2000 километров (1250 миль) и пронизана струями горячего газа.

В нижней части хромосферы, где оно встречается с фотосферой, солнце находится в самой холодной точке, около 4400 К (4100 ° C, 7500 ° F).Эта низкая температура придает хромосфере розовый цвет. Температура в хромосфере увеличивается с высотой и достигает 25 000 К (25 000 ° C, 45 000 ° F) на внешней границе области.

Хромосфера испускает струи горящих газов, называемых спикулами, похожие на солнечные вспышки. Эти огненные струйки газа выходят из хромосферы, как длинные пылающие пальцы; они обычно имеют диаметр около 500 километров (310 миль). Спикулы существуют всего около 15 минут, но могут достигать тысячи километров в высоту, прежде чем схлопнуться и раствориться.

Солнечная переходная область

Солнечная переходная область (STR) отделяет хромосферу от короны.

Ниже STR слои Солнца находятся под контролем и остаются разделенными из-за гравитации, давления газа и различных процессов обмена энергией. Выше STR движение и форма слоев намного более динамичны. В них преобладают магнитные силы. Эти магнитные силы могут вызывать солнечные явления, такие как корональные петли и солнечный ветер.

Состояние гелия в этих двух областях также различается. Ниже СТО гелий частично ионизован. Это означает, что он потерял электрон, но еще остался один. В районе СТО гелий поглощает немного больше тепла и теряет свой последний электрон. Его температура взлетает почти до миллиона К (один миллион ° C, 1,8 миллиона ° F).

Корона

Корона — это тонкий внешний слой солнечной атмосферы, который может простираться на миллионы километров в космос.Газы в короне горят при температуре около одного миллиона К (один миллион ° C, 1,8 миллиона ° F) и перемещаются примерно на 145 километров (90 миль) в секунду.

Некоторые частицы достигают скорости убегания 400 километров в секунду (249 миль в секунду). Они избегают гравитационного притяжения Солнца и становятся солнечным ветром. Солнечный ветер дует от солнца к краю солнечной системы.

Другие частицы образуют корональные петли. Корональные петли — это всплески частиц, которые изгибаются к ближайшему солнечному пятну.

Возле полюсов Солнца есть корональные дыры. Эти области более холодные и темные, чем другие области Солнца, и позволяют проходить некоторым из наиболее быстро движущихся частей солнечного ветра.

Солнечный ветер

Солнечный ветер — это поток чрезвычайно горячих заряженных частиц, которые выбрасываются из верхних слоев атмосферы Солнца. Это означает, что каждые 150 миллионов лет Солнце теряет массу, равную массе Земли. Однако даже при такой скорости потерь Солнце потеряло всего около 0.01% его общей массы из солнечного ветра.

Солнечный ветер дует во все стороны. Он продолжает двигаться с этой скоростью примерно 10 миллиардов километров (шесть миллиардов миль).

Некоторые частицы солнечного ветра проскальзывают через магнитное поле Земли и попадают в ее верхние слои атмосферы вблизи полюсов. Когда они сталкиваются с атмосферой нашей планеты, эти заряженные частицы заставляют атмосферу светиться цветом, создавая полярные сияния, красочные световые эффекты, известные как северное и южное сияние.Солнечные ветры также могут вызывать солнечные бури. Эти штормы могут создавать помехи для спутников и вывести из строя электрические сети на Земле.

Солнечный ветер заполняет гелиосферу, массивный пузырь заряженных частиц, окружающий Солнечную систему.

Солнечный ветер в конечном итоге замедляется около границы гелиосферы, на теоретической границе, называемой гелиопаузой. Эта граница отделяет материю и энергию нашей солнечной системы от материи соседних звездных систем и межзвездной среды.

Межзвездная среда — это пространство между звездными системами. Солнечный ветер, преодолев миллиарды километров, не может выйти за пределы межзвездной среды.

Изучение Солнца

Солнце не всегда было предметом научных открытий и исследований. Тысячи лет солнце было известно в культурах всего мира как бог, богиня и символ жизни.

Для древних ацтеков солнце было могущественным божеством, известным как Тонатиу, которому требовались человеческие жертвы, чтобы путешествовать по небу.В балтийской мифологии солнце было богиней по имени Сауле, которая принесла плодородие и здоровье. Китайская мифология считала, что солнце — единственный оставшийся из 10 солнечных богов.

В 150 году нашей эры греческий ученый Клавдий Птолемей создал геоцентрическую модель солнечной системы, в которой луна, планеты и солнце вращались вокруг Земли. Только в 16 веке польский астроном Николай Коперник использовал математические и научные рассуждения, чтобы доказать, что планеты вращаются вокруг Солнца. Эту гелиоцентрическую модель мы используем сегодня.

В 17 веке телескоп позволял людям подробно изучать Солнце. Солнце слишком яркое, чтобы мы могли изучать его незащищенными глазами. С помощью телескопа впервые появилась возможность проецировать четкое изображение солнца на экран для исследования.

Английский ученый сэр Исаак Ньютон использовал телескоп и призму для рассеивания солнечного света и доказал, что солнечный свет на самом деле состоит из спектра цветов.

В 1800 году было обнаружено, что инфракрасный и ультрафиолетовый свет существуют за пределами видимого спектра.Оптический прибор, называемый спектроскопом, позволил разделить видимый свет и другое электромагнитное излучение на различные длины волн. Спектроскопия также помогла ученым идентифицировать газы в атмосфере Солнца — каждый элемент имеет свой собственный диапазон длин волн.

Однако способ, которым Солнце генерирует свою энергию, оставался загадкой. Многие ученые предположили, что Солнце сжимается и выделяет тепло в результате этого процесса.

В 1868 году английский астроном Джозеф Норман Локьер изучал электромагнитный спектр Солнца.Он наблюдал яркие линии в фотосфере, длина волны которых не соответствовала ни одному из известных на Земле элементов. Он предположил, что на Солнце есть какой-то элемент, и назвал его гелием в честь греческого бога солнца Гелиоса.

В течение следующих 30 лет астрономы пришли к выводу, что у Солнца было горячее ядро под давлением, способное производить огромное количество энергии за счет ядерного синтеза.

Технологии продолжали совершенствоваться и позволили ученым открывать новые особенности Солнца.Инфракрасные телескопы были изобретены в 1960-х годах, и ученые наблюдали энергию за пределами видимого спектра. Астрономы двадцатого века использовали воздушные шары и ракеты для отправки специализированных телескопов высоко над Землей и исследовали Солнце без какого-либо вмешательства со стороны атмосферы Земли.

Solrad 1 был первым космическим аппаратом, разработанным для изучения Солнца, и был запущен Соединенными Штатами в 1960 году. В то десятилетие НАСА отправило пять спутников Pioneer на орбиту Солнца и сбор информации о звезде.

В 1980 году НАСА запустило миссию во время солнечного максимума для сбора информации о высокочастотных гамма-лучах, УФ-лучах и рентгеновских лучах, которые испускаются во время солнечных вспышек.

Солнечная и гелиосферная обсерватория ( SOHO ) была разработана в Европе и выведена на орбиту в 1996 году для сбора информации. SOHO успешно собирает данные и прогнозирует космическую погоду в течение 12 лет.

«Вояджер 1» и 2 — космические аппараты, путешествующие к краю гелиосферы, чтобы выяснить, из чего состоит атмосфера там, где солнечный ветер встречается с межзвездной средой.«Вояджер-1» пересек эту границу в 2012 году, а «Вояджер-2» — в 2018 году.

Еще одним достижением в изучении солнца является гелиосейсмология, изучение солнечных волн. Предполагается, что турбулентность конвективной зоны вносит свой вклад в солнечные волны, которые непрерывно переносят солнечный материал во внешние слои Солнца. Изучая эти волны, ученые лучше понимают внутреннюю часть Солнца и причину солнечной активности.

Энергия Солнца

Фотосинтез

Солнечный свет обеспечивает растения и других производителей пищевой сети необходимым светом и энергией.Эти производители поглощают солнечное излучение и преобразуют его в энергию посредством процесса, называемого фотосинтезом.

Производителями в основном являются растения (на суше) и водоросли (в водных регионах). Они составляют основу пищевой сети, а их энергия и питательные вещества передаются всем остальным живым организмам.

Ископаемое топливо

Фотосинтез также отвечает за все ископаемое топливо на Земле. По оценкам ученых, около трех миллиардов лет назад первые продуценты появились в водной среде.Солнечный свет позволил растениям процветать и адаптироваться. После гибели растения они разлагались и уходили глубже в землю, иногда на тысячи метров. Этот процесс продолжался миллионы лет.

Под сильным давлением и высокими температурами эти останки стали тем, что мы называем ископаемым топливом. Эти микроорганизмы стали нефтью, природным газом и углем.

Люди разработали процессы добычи ископаемых видов топлива и их использования для получения энергии. Однако ископаемое топливо — невозобновляемый ресурс.На их формирование уходят миллионы лет.

Технология солнечной энергии

Технология солнечной энергии использует солнечное излучение и преобразует его в тепло, свет или электричество.

Солнечная энергия — это возобновляемый ресурс, и многие технологии могут использовать ее непосредственно для использования в домах, на предприятиях, школах и больницах. Некоторые технологии солнечной энергии включают солнечные гальванические элементы и панели, солнечные тепловые коллекторы, солнечное тепловое электричество и солнечную архитектуру.

Фотоэлектрические системы используют солнечную энергию для ускорения электронов в солнечных элементах и выработки электричества. Эта форма технологии широко используется и может обеспечивать электричеством сельские районы, крупные электростанции, здания и небольшие устройства, такие как паркоматы и уплотнители мусора.

Солнечная энергия также может быть использована с помощью метода, называемого «концентрированная солнечная энергия», при котором солнечные лучи отражаются и увеличиваются с помощью зеркал и линз. Усиленный луч солнечного света нагревает жидкость, которая создает пар и приводит в действие электрический генератор.

Солнечная энергия также может собираться и распределяться без использования оборудования или электроники. Например, крыши могут быть покрыты растительностью или окрашены в белый цвет, чтобы уменьшить количество тепла, поглощаемого зданием, тем самым уменьшая количество электроэнергии, необходимой для кондиционирования воздуха. Это солнечная архитектура.

Солнечного света много: за один час атмосфера Земли получает достаточно солнечного света, чтобы обеспечить потребности в электроэнергии всех людей в течение года. Однако солнечная технология стоит дорого, и ее эффективность зависит от солнечной и безоблачной погоды.Способы использования солнечной энергии все еще разрабатываются и совершенствуются.

Как солнце производит энергию?

Внутреннее строение Солнца. Предоставлено: Wikipedia Commons / kelvinsong.

Не зря жизнь в том, что Земля — единственное место в солнечной системе, где жизнь, как известно, способна жить и процветать. Конечно, ученые считают, что могут существовать микробные или даже водные формы жизни, живущие под ледяными поверхностями Европы и Энцелада или в метановых озерах на Титане.Но на данный момент Земля остается единственным известным нам местом, где есть все необходимые условия для существования жизни.

Одна из причин этого в том, что Земля находится в пределах Обитаемой зоны нашего Солнца (также известной как «Зона Златовласки»). Это означает, что он находится в нужном месте (ни слишком близко, ни слишком далеко), чтобы получать обильную энергию солнца, которая включает свет и тепло, которые необходимы для химических реакций.Но как именно наше Солнце производит эту энергию? Какие шаги необходимо предпринять, и как они попадают к нам здесь, на планете Земля?

Простой ответ состоит в том, что Солнце, как и все звезды, способно создавать энергию, потому что это, по сути, массивная реакция термоядерного синтеза. Ученые считают, что это началось, когда огромное облако газа и частиц (то есть туманность) рухнуло под действием собственной гравитации — это известно как теория туманностей. Это не только создало большой световой шар в центре нашей солнечной системы, но и запустило процесс, в результате которого водород, собранный в центре, начал плавиться, создавая солнечную энергию.

Технически известный как ядерный синтез, этот процесс высвобождает невероятное количество энергии в форме света и тепла. Но чтобы получить эту энергию от центра нашего Солнца до планеты Земля и дальше, необходимо выполнить несколько важных шагов. В конце концов, все сводится к солнечным слоям и той роли, которую каждый из них играет в обеспечении того, чтобы солнечная энергия попадала туда, где она может помочь создавать и поддерживать жизнь.

Ядро:

Ядро Солнца — это область, которая простирается от центра примерно до 20–25% радиуса Солнца.Именно здесь, в ядре, энергия вырабатывается атомами водорода (H), превращающимися в ядра гелия (He). Это возможно благодаря экстремальному давлению и температуре внутри активной зоны, которые, по оценкам, эквивалентны 250 миллиардам атмосфер (25,33 триллиона кПа) и 15,7 миллиона кельвинов соответственно.

Конечный результат — слияние четырех протонов (ядер водорода) в одну альфа-частицу — два протона и два нейтрона, связанных вместе в частицу, идентичную ядру гелия.В результате этого процесса высвобождаются два позитрона, а также два нейтрино (которые превращают два протона в нейтроны) и энергия.

Ядро — единственная часть Солнца, которая выделяет значительное количество тепла за счет плавления. Фактически, 99% энергии, производимой Солнцем, происходит в пределах 24% радиуса Солнца.На 30% радиуса синтез практически полностью прекратился. Остальная часть Солнца нагревается энергией, которая передается от ядра через последовательные слои, в конечном итоге достигает солнечной фотосферы и уходит в космос в виде солнечного света или кинетической энергии частиц.

Солнце выделяет энергию со скоростью преобразования массы в энергию 4,26 миллиона метрических тонн в секунду, что дает эквивалент 384,6 септиллионов ватт (3,846 × 10 ²⁶ Вт). Чтобы представить это в перспективе, это эквивалент примерно 9.192 × 10 ¹⁰ мегатонн в тротиловом эквиваленте в секунду, или 1,820,000,000 царь-бомбы — самой мощной термоядерной бомбы из когда-либо созданных!

Радиационная зона:

Это зона непосредственно рядом с ядром, которая простирается примерно на 0,7 радиуса Солнца. В этом слое нет тепловой конвекции, но солнечный материал в этом слое горячий и достаточно плотный, чтобы тепловое излучение — это все, что нужно для передачи интенсивного тепла, генерируемого в ядре, наружу.В основном это включает ионы водорода и гелия, излучающие фотоны, которые проходят небольшое расстояние, прежде чем повторно поглощаются другими ионами.

Температура в этом слое падает с примерно 7 миллионов кельвинов ближе к ядру до 2 миллионов на границе с конвективной зоной. Плотность также падает в этом слое стократно от 0,25 радиуса Солнца до вершины радиационной зоны, начиная с 20 г / см ³, ближайшего к ядру, до всего 0,2 г / см ³ на верхней границе.

Конвективная зона:

Это внешний слой Солнца, на который приходится все, что находится за пределами 70% внутреннего радиуса Солнца (или от поверхности до примерно 200 000 км ниже). Здесь температура ниже, чем в радиационной зоне, и более тяжелые атомы ионизируются не полностью. В результате лучистый перенос тепла менее эффективен, а плотность плазмы достаточно мала для развития конвективных токов.

Из-за этого восходящие тепловые элементы переносят большую часть тепла наружу к фотосфере Солнца.Как только эти клетки поднимаются до уровня чуть ниже фотосферной поверхности, их материал охлаждается, в результате чего их плотность увеличивается. Это заставляет их снова опускаться к основанию конвективной зоны — где они собирают больше тепла, и конвективный цикл продолжается.

На поверхности Солнца температура падает примерно до 5700 К. Турбулентная конвекция этого слоя Солнца также вызывает эффект, который создает магнитные северный и южный полюса по всей поверхности Солнца.

Иллюстрация структуры Солнца и звезды красного гиганта с указанием их конвективных зон.Предоставлено: ESO.

Также на этом слое возникают солнечные пятна, которые выглядят как темные пятна по сравнению с окружающей областью. Эти пятна соответствуют концентрациям в поле магнитного потока, которые препятствуют конвекции и вызывают снижение температуры областей на поверхности по сравнению с окружающим материалом.

Фотосфера:

И, наконец, фотосфера, видимая поверхность солнца. Именно здесь солнечный свет и тепло, которые излучаются и передаются на поверхность, распространяются в космос.Температуры в слое находятся в диапазоне от 4500 до 6000 К (4230–5730 ° C; 7646–10346 ° F). Поскольку верхняя часть фотосферы холоднее, чем нижняя, изображение солнца в центре кажется ярче, чем на краю или краю солнечного диска, что называется потемнением к краю.

Фотосфера имеет толщину от десятков до сотен километров, и это также область Солнца, где она становится непрозрачной для видимого света. Причины этого заключаются в уменьшении количества отрицательно заряженных ионов водорода (H–), которые легко поглощают видимый свет.И наоборот, видимый свет, который мы видим, возникает, когда электроны реагируют с атомами водорода с образованием ионов H–.

Фотосфера Солнца, где видимый солнечный свет и тепло отправляются в космос. Предоставлено: НАСА / SDO / AIA.

Энергия, излучаемая фотосферой, затем распространяется через космос и достигает атмосферы Земли и других планет солнечной системы. Здесь, на Земле, верхний слой атмосферы (озоновый слой) фильтрует большую часть ультрафиолетового (УФ) солнечного излучения, но пропускает часть на поверхность.Полученная энергия затем поглощается воздухом и земной корой, нагревая нашу планету и обеспечивая организмы источником энергии.

Солнце находится в центре биологических и химических процессов на Земле. Без него жизненный цикл растений и животных закончился бы, циркадные ритмы всех земных существ были бы нарушены; и со временем вся жизнь на Земле прекратит свое существование. Важность солнца была признана с доисторических времен, и многие культуры рассматривали его как божество (чаще всего как главное божество в своих пантеонах).

Но только в последние несколько столетий стали понятны процессы, приводящие в действие Солнце. Благодаря постоянным исследованиям физиков, астрономов и биологов мы теперь можем понять, как Солнце производит энергию и как оно передает ее нашей Солнечной системе. Изучение известной вселенной с ее разнообразием звездных систем и экзопланет также помогло нам провести сравнения с другими типами звезд.

Как запустить мертвую звезду?

Предоставлено Вселенная сегодня

Цитата : Как солнце производит энергию? (2015, 14 декабря) получено 10 августа 2021 г. с https: // физ.org / news / 2015-12-sun-energy.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Экологическая осведомленность: знание своего мира

Жизнь на Земле возможна, потому что энергия протекает через экосистемы в одном направлении, а материя бесконечно вращается.Вода и элементы, такие как углерод, азот, фосфор и сера, являются примерами веществ, которые циркулируют в экосистемах.

Первоначальным источником почти всей энергии в экосистеме является Солнце. Вся энергия, выделяемая солнцем, не достигает Земли. Одна миллиардная часть всей энергии, выделяемой Солнцем, фактически достигает Земли. Из всей энергии, которая достигает Земли, чуть менее 34 процентов отражается обратно в космос облаками. Сама Земля отражает еще 66 процентов обратно в космос.Менее одного процента всей энергии, которая достигает Земли, используется растениями для фотосинтеза. Растения часто называют производителями из-за их способности самостоятельно производить пищу из солнечной энергии.

Когда ученые обсуждают энергию, они часто ссылаются на законы термодинамики. Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена. Второй закон гласит, что энергия постоянно преобразуется из высококачественной в низкокачественную.Энергия высокого качества способна выполнять большой объем работы, в то время как энергия низкого качества способна выполнять меньше работы. Ученые знают, что качество энергии всегда меняется с высокого на низкое при выполнении работы. Во время изменения часть энергии теряется в виде тепла, которое не может работать. Количество энергии, теряемой в виде тепла, часто достигает 90 процентов от общей энергии.

Собирая все это вместе в примере, если бы 1 000 000 единиц солнечной энергии достигали Земли, один процент или 10 000 единиц были бы доступны для использования растениями.Из этих 10 000 единиц растения потеряют 90 процентов, или 9 000 единиц, в виде тепла.

Если затем животное съело растения, оно получило бы только 1000 единиц энергии. Этих животных называют первичными потребителями , потому что они не могут производить себе пищу. Коровы и овцы являются примерами основных потребителей. Если другое животное съест корову или овцу, оно получит только 100 единиц энергии, поскольку корова или овца потеряют 900 единиц в виде тепла. Животные, которые едят других животных, называются вторичными потребителями. Ученые считают, что четыре или пять из этих преобразований энергии наиболее вероятны, прежде чем количество переданной энергии станет слишком маленьким для поддержания жизни.

Автор: доктор Николас Смит-Себасто

Энергетический баланс Земли разбалансирован — вот как это согревает климат

Вы, наверное, помните, как ваши учителя естествознания в начальной школе объясняли, что энергию нельзя ни создать, ни уничтожить.Это фундаментальное свойство Вселенной.

Однако энергию можно преобразовать. Когда солнечные лучи достигают Земли, они преобразуются в случайные движения молекул, которые вы ощущаете как тепло. В то же время Земля и атмосфера отправляют радиацию обратно в космос. Баланс между входящей и исходящей энергией известен как «энергетический бюджет Земли».

Наш климат определяется этими потоками энергии. Когда количество поступающей энергии превышает количество уходящей энергии, планета нагревается.

Это может произойти несколькими способами, например, когда морской лед, который обычно отражает солнечную радиацию обратно в космос, исчезает, а темный океан вместо этого поглощает эту энергию. Это также происходит, когда парниковые газы накапливаются в атмосфере и улавливают часть энергии, которая в противном случае улетучилась бы.

Ученые вроде меня измеряют энергетический баланс Земли с 1980-х годов, используя инструменты на спутниках, в воздухе и океанах, а также на земле. Это важная часть новой оценки климата, представленной в отчете Межправительственной группы экспертов ООН по изменению климата, опубликованном в августе.9, 2021.

Вот более подробный взгляд на то, как течет энергия, и что энергетический баланс говорит нам о том, как и почему нагревается планета.

Уравновешивание энергии Солнца

Практически вся энергия климатической системы Земли поступает от Солнца. Лишь малая часть уносится вверх из недр Земли.

В среднем на планету приходится 340,4 Вт солнечного света на квадратный метр. Весь солнечный свет приходится на дневную сторону, а в полдень по местному времени их количество намного выше.

Из этих 340,4 Вт на квадратный метр:

99,9 Вт отражаются обратно в космос облаками, пылью, снегом и поверхностью Земли.
Остальные 240,5 Вт поглощаются — около четверти атмосферой, а остальное — поверхностью планеты. Это излучение преобразуется в тепловую энергию в системе Земля.

Почти вся поглощенная энергия соответствует энергии, излучаемой обратно в космос.Однако теперь в виде глобального потепления накапливаются остатки. Согласно последним данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата, этот остаток увеличился с чуть менее 0,6 Вт на квадратный метр в конце прошлого века до 0,79 в 2006–2018 годах. Подавляющее большинство из них сейчас нагревает океаны. Хотя это может показаться небольшим числом, эта энергия складывается.

Энергетический бюджет Земли. Новые измерения показывают, что накопленный остаток увеличился. НАСА

Атмосфера поглощает много энергии и излучает ее в виде излучения как в космос, так и обратно на поверхность планеты.Фактически, поверхность Земли получает почти в два раза больше радиации от атмосферы, чем от прямого солнечного света. Это в первую очередь потому, что Солнце нагревает поверхность только днем, а теплая атмосфера находится наверху 24 часа в сутки, 7 дней в неделю.

В сумме энергия, достигающая поверхности Земли от Солнца и из атмосферы, составляет около 504 Вт на квадратный метр. Около 79% этого количества испускается с поверхности Земли. Оставшаяся поверхностная энергия идет на испарение воды и нагревание воздуха, океанов и суши.

Разница между падающим солнечным светом и исходящим инфракрасным светом возникает из-за накопления в воздухе парниковых газов, таких как углекислый газ. Эти газы прозрачны для солнечного света, но непрозрачны для инфракрасных лучей — они поглощают и излучают большое количество инфракрасных лучей обратно вниз.

Температура поверхности Земли должна повыситься, пока не будет восстановлен баланс между входящей и исходящей радиацией.

Еще один взгляд на энергетический бюджет Земли. Кредит: Калифорнийская академия наук

Что это означает для глобальной температуры?

Удвоение двуокиси углерода добавит 3.7 Вт тепла на каждый квадратный метр Земли. Представьте себе старомодные лампы накаливания, расположенные через каждые 3 фута по всему миру и оставленные включенными навсегда.

При нынешних темпах выбросов к середине века уровни парниковых газов увеличатся вдвое по сравнению с доиндустриальными уровнями.

Ученые-климатологи подсчитали, что добавление такого количества тепла к миру могло бы нагреть климат Земли примерно на 5 градусов по Фаренгейту (3 ° C). Для предотвращения этого потребуется замена сжигания ископаемого топлива, основного источника выбросов парниковых газов, другими видами энергии.

Энергетический бюджет Земли лежит в основе новой оценки климата МГЭИК, написанной сотнями ученых, анализирующих результаты последних исследований. Зная, что меняется, каждый может сделать лучший выбор для сохранения климата в том виде, в каком мы его знаем.

Прочитайте больше: Отчет МГЭИК о климате: в океанах и льдах Земли происходят глубокие изменения — ведущий автор объясняет, что означают предупреждения

Эта статья была обновлена авг.9, 2021 г., с подробностями из нового отчета IPCC.

1) Каким образом поступает энергия от Солнца к Земле и другим планетам? Почему другие виды

каким образом поступает энергия от солнца к земле и другим планетам? почему другие виды

Использование энергии солнца на земле — Аккумуляторы WESTA

Солнце – основной источник энергии на земле

Принцип преобразования энергии солнца в электричество и тепло

Как используют солнечную энергию в наше время

Солнечные батареи

Энергоснабжение дома

Портативные солнечные батареи

Солнечный коллектор

Горячее водоснабжение

Солнечные концентраторы

Транспорт на солнечной энергии

Где лучше всего используют солнечную энергию

Перспективы развития солнечной энергетики

Использование энергии солнца на Земле — способы и преимущества

Неисчерпаемый источник

Цифры и данные

Прямое и рассеянное излучение

Основные преимущества

Способы использования

Пассивный метод

Активное применение

Фотоэлектрический элемент

Развитие отрасли в современном мире

Использование энергии Солнца на Земле* (сверх программы)

Доклад-сообщение Использование энергия солнца на земле

Использование энергия солнца на земле доклад

Популярные темы сообщений

Доклад Использование энергии солнца на Земле по физике 8 класс сообщение

Сообщение Использование солнечной энергии

Преимущество использования энергии Солнца на Земле

Доступный солнечный ресурс

Откуда Солнце берет энергию

Производство солнечной энергии

Преимущества солнечного источника

Частые вопросы

чем опасна звезда по имени Солнце – Москва 24, 16.01.2015

Что станет с Землёй через сто, тысячу, миллион лет — Будущее на vc.ru

Закон всемирного тяготения Ньютона • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»

2B: Следуя за потоком энергии

Часть B: Следуя за потоком энергии

Обзор энергетического пути

Пошаговое выполнение процесса

Стать бухгалтером-энергетиком

Прибытие

Остановись и подумай

Как мы узнаем то, что знаем?

Дополнительное расширение

NWS JetStream — Передача тепловой энергии

Радиация

Проводимость

Конвекция

Быстрые факты

2. Энергия в физических процессах

Обучение энергетике и физическим процессам поддерживается 7 ключевыми понятиями:

Энергия движет системой Земля

Потоки энергии могут изменяться со временем

Помогаем учащимся понять эти идеи

Реализация этих идей в вашем классе

Сопутствующие учебные материалы

Найдите занятия и наглядные пособия для преподавания этой темы

Вс | Национальное географическое общество

Как солнце производит энергию?

Экологическая осведомленность: знание своего мира

Энергетический баланс Земли разбалансирован — вот как это согревает климат

Уравновешивание энергии Солнца

Что это означает для глобальной температуры?

Аккумулятор несъемный это как: Несъемный аккумулятор и почему производители используют его все чаще

Как прикурить аккумулятор от другой машины схема: Как правильно прикурить автомобиль: схемы и ошибки

Добавить комментарий Отменить ответ