Как солнечная энергия влияет на атмосферу Земли

Солнце обеспечивает энергией практически все, что происходит на Земле. Ученые из Лаборатории физики атмосферы и космоса четко сформулировали это: «Солнечное излучение приводит в действие сложную и тесно связанную динамику циркуляции, химию и взаимодействия между атмосфера, океаны, лед и земля, которые поддерживают земную среду как среду обитания человечества ". Другими словами, почти все, что происходит в атмосфере, происходит из-за солнечной энергия. Это можно продемонстрировать на некоторых конкретных примерах.

Солнечный свет попадает на Землю непосредственно на экваторе и вблизи него. Дополнительная солнечная энергия, поглощенная там, нагревает воздух, землю и воду. Тепло земли и воды возвращается в воздух, нагревая его еще больше. Поднимается горячий воздух. Что-то должно занять свое место, поэтому прохладный воздух с севера и юга врывается внутрь. Это создает воздушный поток - контур от экватора вверх и разделение на север и юг, затем охлаждение и падение обратно на поверхность и изменение направления, чтобы снова направиться к экватору. Добавьте сюда эффекты вращения Земли, и вы получите пассат - постоянный поток воздуха через поверхность Земли. Несмотря на то, что ветры изменяются вращением Земли, важно понимать, что они не создаются вращением Земли. Без солнечной энергии не было бы пассатов и струйных водотоков.

Некоторые длины волн солнечной энергии достаточно мощны, чтобы расщеплять молекулы. Они делают это, передавая электрону столько энергии, что он вылетает прямо из молекулы. Этот процесс называется ионизацией, а оставшиеся положительно заряженные атомы называются ионами. В верхних слоях атмосферы на высоте 80 километров (50 миль) над поверхностью молекулы кислорода поглощают ультрафиолетовые длины волн - длины волн солнечного излучения от 120 до 180 нанометров (миллиардные доли метр). Поскольку солнечный свет создает ионы на этой высоте, этот слой атмосферы называется ионосферой. Солнечный свет влияет на атмосферу Земли, но побочным эффектом является то, что атмосфера поглощает это опасное ультрафиолетовое излучение.

На высоте около 25 километров (15 миль) над поверхностью атмосфера намного плотнее, чем в ионосфере. Здесь самая высокая плотность молекул озона. Обычные молекулы кислорода состоят из двух атомов кислорода; озон состоит из трех атомов кислорода. Ионосфера поглощает ультрафиолет от 120 до 180 нанометров, озон под ней поглощает ультрафиолетовое излучение от 180 до 340 нанометров. Существует естественный баланс, потому что ультрафиолетовый свет расщепляет молекулу озона на двухатомную молекулу кислорода и один атом кислорода; но когда один атом врезается в другую молекулу кислорода, ультрафиолетовый свет помогает им соединиться и образовать новую молекулу кислорода. Опять же, счастливым совпадением является то, что фотохимия, происходящая в озоновом слое, поглощает большое количество ультрафиолетового излучения, которое в противном случае добралось бы до Земли и создало бы опасность для живых организмов.

Другой важный компонент атмосферы - водяной пар. Водяной пар переносит тепло легче, чем газы, поэтому циркуляция водяного пара имеет решающее значение для погоды. Это также имеет решающее значение для жизни на Земле, поскольку вода из океанов нагревается солнечным светом и поднимается в атмосферу, где ветры разносят ее над сушей. Когда вода остывает, она возвращается на поверхность в виде дождя. Движение штормовых фронтов во многом является результатом столкновений воздушных масс с разной влажностью. Таким образом, каждый порыв ветра, каждый шторм, который вы когда-либо видели, каждый торнадо и ураган были вызваны солнечной энергией.