Физика | Жердегі күн радиациясы

Жер күн сәулелері тасқыны астында айналып тұрады. Оған күннің шығарған бүкіл сәулесінің екі миллиардтан бір бөлігі ғана келгенімен, мұның өз жылына 1,36*10 кал. құрайды.
Күн энергиясының осындай мөлшерімен салыстырғанда Жер бетіне келетін басқа энергияның барлық кірісі өте мардымсыз. Мәселен, жұлдыздардың сәулелік энергиясы келетін күн энергиясының жүз миллионнан бірін, космостық сәуле шашу-екі миллиадтан бірін құрайды. Жердің ішкі жылуы оның бет жағында күн жылуының мыңнан бір үлесіне тең.
Жыл ішінде Жердегі Күнге дейінгі қашықтықтың өзгеруіне сәйкес күн тұрақтылығы ауытқып тұрады: ол январьдің басына қарай көбейіп, июльдің басына қарай азаяды. Күн тұрақтылығының жылдық +3,5% ауытқуы құрайды.
Егер күн сәулелері жер бетіне барлық жерге тік түссе, онда атмосфера жоқ жағдайда оның әрбір квадрат сантиметіріжылына 1000 ккаль-дан артық күн сәулесін қабылдаған болыр еді. Бірақ жер шар тәріздес, сондықтан да күн сәулелері барлық жерде тік түспейді және сонымен қатар әрқашанда Жердің тек жартысын ғана жарыққып тұрады. Сондықтан жер бетінің әрбір 1 см –іне орта есеппен жылына шамамен 260 кал ғана келеді.
Күн радиациясы интенсивтілігінің сәулелердің түсу бұрынша байланыстылығын қарастырайық. Радиацияның максимум мөлшерін күн сәулелерінің бағытына перпендикуляр бет қабылдайды., өйткені бұл жағдайда. Оған түсетін күн сәулелері шоғырының бүкіл энергиясы т алаңа сәулелер шоғыры қимасы – а – тең қимамен таралады. Сол сәулелер шоғыры көлбей түскенде оның энергиясы енді үлкен алаңға (б қимасы) жайылады да беттің аудан бірлігі оның аз мөлшерде қабылдайды.
Күн сәулелерінің құлау бұрышы (Күннің биіктігі) 23 27 с.е-тең 23 27 о.е-ке дейін ғана 90-қа тең бола алады. Қалған ендіктерде ол әрқашанда 90-тан аз болады. Сәулелердің құлау бұрышының азаюына сәйкес жер бетіне түсетін күн радиациясының интенсивтілігі де азаюға тиіс. Күннің биіктігі барлық ендіктерде жыл бойы және тәулік бойы тұрақты болып қалмайтындықтан күн жылуының мөлшері үздіксіз өзгеріп тұрады.
Үстіңгі беттің қабылдайтын күн радиациясының мөлшері оған күн сәулелерінің жарық түсіру ұзақтығына тура байланысты болады.
Экваторлық белдеуде Күн жылуының мөлшері жыл бойы онша көп ауытқымайды, ал биік ендіктерде бұл ауытқу өте үлкен мөлшерге жетеді.
Қыс кезінде күн жылуы кірісінің жоғары және төменгі ендіктер арасындағы айырмасы өте үлкен. Жаз кезінде үздіксіз жарық жағдайда полярлық аудандар тәуліктік күн жылуының Жердегі максимум мөлшерін қабылдайды. Бұл мөлшер Солтүстік жарты шарда жазғы күн тоқырау күні экватордағы жылудың тәуліктік жиынтығынан 36% асып кетеді. Дегенмен экватордағы күннің ұзақтығы бұл кездегі полюстегідей 24 сағат емес 12 сағат болғандықтан уақыт бірлігіне тиетін күн радиациясының мөлшері экваторда ең көп қалпында қалады.
Күн жылуының тәуліктік жиынтығының 40+50 ендік маңында байқалатын жазғы максимумы бұл жерде күн едәуір биік жағдайда Күннің айтарлықтай ұзақ болуымен байланысты. Экваторлық және полярлық аудандар қабылдайтын жылу мөлшерінің айырмасы қысқа қарағанда жаз азырақ болады.
Оңтүстік жарты шарға өзінің жазғы кезеңінде жылу сәйкес кезеңде солтүстік жарты шарға түсетін жылуға қарағанда артық болады. Қсқы жағдай керісінше: оңтүстік жарты шарға қарағанда күн жылуын аз қабылдайды. Егер екі жарты шардың екеуінің де беті дәл бірдей болса, температура ауытқуының жылдық амплитудасы оңтүстік жарты шарда солтүстік жарты шарға қарағанда артық болар еді.
Күн радиациясы атмосфераға кіргеннен кейін сан жағынан да, сапа жағынан да айтарлықтай өзгеріске ұшырайды.
Тіпті идеалдық атмосфераның өзі де сәулелерді жұтып және шашыратып, күн радиациясының интенсивтілігін азайтады. Су булары мен қатты қоспалары бар реалдық атмосфераның күн радиациясын әлсіретуші ықпал идеалдық атмосфераға қарағанда анағұрлым үлкен.
Атмосфера Жерге келгенде күн радиациясының не болары 15-20% -тін негізінен инфрақызыл радиациясы жұтады. Радиацияны бәріненде су буы, аэрозолдар, озон көп жұтады. Күннің атмосфера жұтқан сәуле энергиясы оның басқа түрлеріне: жылу, механикалық т.б энергияға айналады.
Күн радиациясының 25% -тейін атмосфера шашыратады. Атмосфера газдарының молекулалары қысқа толқынды күлгін және көк сәулелерді шашыратады. Аспанның түсі көгілдір болатыны да содан. Қоспалар ұзындығы әр түрлі толқындарды шашыратады. Сондықтан қоспалар көп болғанда аспан бозғылт рең алады. Атмосфераның күн сәулелерін шашыратуды және шағылыстыруы арқасында бұлыңғыр күндері күндізгі жарық пайда болады, көлеңкедегі заттар көрінеді, ымырт құбылысы орнайды.
Булдырлық факторы дегеніміз идеалдық атмосфера мөлдірлігінің реалдық атмосфера мөлдірлігіне қатынасы. Ол атмосферадағы су буының және шаң тозаңнан болмысымен анықталады да, әр уақытта бірліктен артық болады.
Географиялық ендік артқан сайын буалдырлық факторы кеми береді. 0-ден 20 с.е дейінгі ендіктерде ол орта есеппен 4,6-ға тең, 40-тан 50 с.е дейінгі ендіктерде -3,5, 50-тан 60 с.е дейінгі ендіктерде -2,8 және 60-тан 80 с.е дейінгі ендіктерде -2,0. Қоңыржай ендіктерде буалдырлық факторы жазға қарағанда қыста аз, күндізгіге қарағанда таңертен аз болады. Ол биіктік артқан сайын азая береді. Неғұрлым буалдырлық факторы үлкен болса, соғұрлым күн радиациясы атмосфераға көбірек әлсірейді.
Күн радиациясының атмосфера арқылы өтіп жер бетіне шашырамай жеткен бөлігі тура радиация құрайды. Радиациясының атмосфера шашыратқан бөлігі шашыранды радиацияға айналды.. жер бетіне келетін бүкіл күн радиациясы: тура мен шашыранды қосылып жиынтық радиация деп аталады.
Тура радиация мен шашыранды радиацияның арақатынасы бұлттылыққа, атмасфераның шаңдануына, сондай-ақ күннің биіктігіне байланысты едәуір мөлшерде өзгеріп турады. Аспан бұлтты жағдайда шашыранды радиация тура радиациядан артық болуы мүмкін. Күннің биіктігі аз жағдайда жиынтық радиацияның түгелдей дерлік шашыранды радиациядан тұрады. Күннің биіктігі 50 және аспан ашық болса шашыранды радиация 10-20%-тен аспайды.
Жерде жиынтық радиацияның таралуын оның орташа жылдық және айлық мөлшерінің карталарынан байқауға болады. Жиынтық радиацияның ең көп жылдық мөлшерін континент ішіндегі тропиктік шөлдердің беті қабылдайды. Экватор маңында ауаның ылғалдылығы жоғары және бұлттылық мол болғандықтан жиынтық радияция жылына 120-160 ккаль/см-ге дейін төмендейді. Қоңыржай ендіктерде жер беті жылына 80-100ккаль/см, Арктика 60-70, ал Антарктида ашық күндер жиі қайталанылатындықтан және атмосфераның барынша мөлдір болуына байланысты жылына 100-120 ккаль/см қабылдайды. Жалпы алғанда жиынтық радиация жер бетінде зоналық сипатта таралған.
Июньде радиацияның ең көп жиынтығы Солтүстік жарты шар, әсіресе континенттің түпкіріндегі торпиктік және субтропиктік аймақтар қабылдайды. Солтүстік жарты шардың қоңыржай және полярлық ендіктегі қабылдайтын күн радиациясы жиынтықтары негізінен полярлық аудандарда күннің ұзақ болуы салдарынан бір-бірінен аз айырма жасайды. Экваторлық аймақта жиынтық радиация мөлшерінің біршама аздығы ауаның ылғалдылығы жоғары, бұлттылықтың мол болуынан. Жиынтық радиацияның таралуындағы зоналық солтүстік жарты шарда континенттердің үстінде және оңтүстік жарты шарда мұхиттың үстінде жақсы көрінеді және оңтүстік жарты шардың тропиктен тыс аймақтарында анық байқалады. Оңтүстік поляр шеңбері маңында күннің жиынтық радиациясының мөлшері 0-ге жақындайды.
Альбедо. Күннің жиынтық радиациясы бетке түскеннен кейін, қарай атмосфераға шағылысады. Беттен шағылысқан радиация мөлшерінің сол бетке түскен радиация мөлшеріне қатынасы альбедо деп аталады.
Таза атмосферакүн радиациясының 0,10-ға жуығын шағылыстырады. Қар жамылған поляр мұзы беті альбедосының үлкен болуы-полярлық аудандарда температураның төмен болуы себептерінің бірі.
Сәуле шашу. Температурасы абсолюттік нольден жоғары кез келген дене сәуле энергиясын шығарады.
Сәуле шашатын дененің температурасы неғурлым жоғары болса, соғурлым оның шашатын сәулелерінің толқыны қысқа болады. Өте қызған күн кеңістікке қысқа толқынды радиация шашады. Жер беті күннің қысқа толқынды радиациясын сіңіре отырып жылынады да сәуле шашу кезінде айналады. Бірақ жер беті температурасы бірнеше ондаған градустан аспайтындықтан ол ұзын толқынды, көрінбейтін сәуле шашады.
Атмосфера, өзі арқылы өтетін күн радиациясының жартысынан көбін жұта отырып, әлем кеңістігіне де, жер бетіне де энергия шашады. Атмосфераның жер сәулесіне қарама-қарсы жаер бетіне қарай бағытталған сәуле шашуын қарсы сәуле шашу деп атайды. Бұл да жердің сәуле шашу сияқты ұзын толқынды, көрінбейтін сәуле шашу.
Атмосфераның Күннің қысқа толқыныды сәуле шашуын өткізіп, Жердің ұзын толқынды жылылық сәуле шашуын ұстау мүмкіншілігі оранжереялық эффект деп атайды.Оранжериялық эффектіге байланысты жер бетінің орташа температурасы +15 атмосфера болмаса ол мұнан 21-36 төмен болар еді.
Радиациялық және жылу баланысы. Жер бір мезгілде күн радиациясын қабылдайды, әрі шығарда. Күн радиациясының кірісімен шығысының арасындағы айырма радиациялық баланысының кіріс бөлігін. Жиынтық радиация, шығыс бөлігін беттің альбедосы мен оның эффектік сәуле шашу құрайды. Егер кіріс шығыстан артық болса, радиациялық баланс оң, егер керіс шығыстан кем болса-радиациялық баланс теріс болады. Түнде барлық ендіктерде беттің радиациялық баланысы теріс, күндіз түске дейін оң, түстен кейін қайтадан теріс болады. Орта есеппен тәулігінде радиациялық баланс оң да, теріс те болуы мүмкін.
Радиациялық баланстың жылдық жиынтықтарының картасынан олардың радиацияұхитта жалпы алғанда зоналар бойынша таралғаны көрініп тур. Тропиктіктерде ендіктерде радиациялық баланстыңжылдық мөлшері мұхитта 140ккал/см-ге жетеді, ал қалқыма мұздықтардың шекарасы маңында 30 ккал/см-ден аспайды. Зоналық таралудан азын-аулақ ауытқулар әр түрлі болуымен байланысты. Мұхиттан құрылыққа өткенде радиациялық баланстың жылдық жиынтығының изосызықтары бағытын күрт өзгертеді, өйткені бұл жиынтықтар, әдетте құрлыққа қарағанда радиация Мұхитта артық болады.
Құрлықта экваторлық және тропиктік ендіктерде радиациялық баланстың жылдық мәні ылғалдану жағдайына байланысты 60-тан 90ккал/см дейін өзгертеді. Оның ең көп мөлшері-ылғалды тропиктік ормандарды, саванналарда ең аз мөлщері-бұлттылығы мол аудандар мен өте құрғақ аудандарда байқалады. Қоңыржай және биік ендіктерде радиациялық баланстың жылдық мөлшері ендік артқан сайын азая береді. Себебі эффективтік сәуле шашудың азаюынан.
Радиациялық балансытың жылдық жиынтығы Антарктиданың орталық аудандарда теріс. Арктикада бұл мөлшердің мәні нольге жуық. Жер бетіне қалған кеңістіктерінде радиациялық баланстың жылдық жиынтығы оң болып келеді.
Июльде жер беті радиациялық балансы оңтүстік шарты шардың едәуір бөлігінде теріс. Радиациялық баланстың ең үлкен мәні солтүстік жартышартың торпиктік ендіктердегі Мұхит бетінде және кейбір ішкі теңіздердің мәселен Қара теңіздің бетінде байқалады.
Январьда нольдік баланс сызығы 40 пен 50 с.е аралығында жайылысады. Солтүстік жарты шардағы жер бетінің едәуір бөлігінің радиациялық балансы теріс. Оның ең үлкен мөлшері торпиктік ендіктерде шоғырланған.орта есеппен алғанда жыл ішінде жер бетінің радиациялық балансы оң, ал атмосфераның радиациялық балансы теріс болады. Жер беті үнемі жылынуда, ал атмосферада керісінше суынуда деп ойлауға болады. Бірақ шынында бұлай емес, өйткені жылу жер бетінен атмосфераға және онан кейін қарай сәуле шашу арқылы емес, сонымен бірге жылу өткізгіштік, беттен буланғанда жылуды сіңіру және ылғал ауада конденсацияланғанда бөліну нәтижесінде де беріледі.
Жылудың артығы қалай жұмсалатынын және оның жетімсіздігі қалай толатынын , жер беті үшін атмосфера үшін және «жер беті-атмосфера» жүйесі үшін жылу тепе-теңдігі қалай орнайтынын жылу балансы түсіндіреді.
Мұхит бетінің бір бөлігінің жылу балансын қарастырғанда жылудың ағыстармен тасмалдануы есепке алынады, ал Мұхиттың бүкіл бетінің жылу балансын қарастырғанда оны ескермеуге болады, өйткені ол-жылудың ендіктер арасындағы қайта бөлінуі болып табылады.
Атмосфераның жылу балансы оның радиациялық балансынан R , беттен келетін жылудан Р және ылғал конденсацияланғанда бөлінетін жылудан LE тұрады. Атмосферадағы жылу тасмалы-адвекцияның A мәні бар. Ол жылдық орта есеппен алғанда жылудың төмен ендіктерде жоғары ендіктерге тасмалдануына, яғни бірінші жағдайда оның шығысына, ал екінші жағдайда керісіне әкеп соғады. Атмосфераның жылу баланысын тұтас алғанда адвекцияны есептемеуге болады, бірақ атмосфераның жеке бөліктерінің жылу баланысын қарастырғанда оны ескеру қажет. Көп жылдық орта есепте атмосфераның жылу баланысын мынадай теңдікпен кескіндеуге болады R +P+LE=0
Бет пен атмосфераның тұтас ретінде қоса алғандағы жылу баланысы көп жылдық орташада нольге тең болады.
Егер жыл ішінде Жерге келетін күн радиациясының мөлшерін 100% алсақ, Жердің радиациялық және жылу балансы көп жылдық орташада қандай түзілетінін схема% түрінде көрсетуге болады.
Атмосфераның планетааралық кеңістікке сәуле шашу -65%. Оның радиациялық балансы: -65%+17%+18%= -30% Атмосфераның жылу балансы: -30%+22%+8%=0
Жердің планета ретіндегі альбедосы 35%. Жер Күннен не алса (100%), соның бәрі кезінде планетааралық кеңістікке кетеді (35%+65%). Жерде күн жылуы үздіксіз жинақталмайды, сондай-ақ ол жылуды орны толмастай жоғалту арқылы үздіксіз сынбайды да. Әр түрлі ендіктердегі жылу балансы туралы 11-таблицада келтірілген оның кірісі мен шығысы статьяларын құрайтын орташа жылдық мөлшері (жылына ккал/см) бойынша байыптауға болады.
Алғашқы медициналық көмек көрсетудің мазмұны мен тәртібі радиациялық жағдай шарттарымен, зақымдану сипатымен, асқынба сәуле ауруының ауыртпалық дәрежесі және даму кезеңдері мен анықталады.
Санитарлық жасақшы қыздарға жергілікті жерге радиация дәрежесі жоғары болғанда, радиациялық зақымдануға ұшырап қалмау үшін, тұрғын адамдарға алғашқы медициналық көмек көрсетуге кірісуге рұқсат етілмейді. Мұндай жағдайларда зардап шегуші турғын адамдар өзіне-өзі және біріне-бірі жәрдем көрсетіп, жұқпалы территорияда мінез-құлық ережлерін қатаң сақтау маңыздырақ болады.
Егер жеке адамға арналған аптечкадағы радиацияға қарсы пайдаланатын препараттар дер кезінде қолданылмай қалса, онда оларды нұсқауға сәйкес қабылдайды.
Ядролық зақымдау ошағында радиоактивті заттар жұққан территорияда алғашқы медициналық көмек көрсеткен кезде алдымен зақымданушының өмірін сақтап қалуға байланысты шаралар орындалады. Тұрғын адамдарды қорғаныш құрылыстарына, тереңірек үй-жайларға, кірпіштен қаланған және басқа ғимараттарға паналату арқылы сыртқы гамма-сәулелендіру әсерін жояды немесе азайтады. Радиоактивті заттардың одан әрі теріге және кілегейлі қабықшаға әсер етуін болдырмау үшін аз-аздан санитарлық тазарту жасайды және жарым-жартылай киім мен аяқ-киімдерді дезактивациялайды. Аз-аздан санитарлық тазарту жасағанда терінің ашық жерлерін таза сумен жуады немесе ылғалдандырылған тампонмен ыспалап сүртеді. Зардап шегушінің беті мен мойынын тазалағанда судың көзге, құлаққа енбеуі және жейденің жағасына ағып бармауын қатаң қадағалау керек. Зақымданушының көзін жуып, ауызын сумен шаяды. Будан соң зақымданушыға респиратор кигізіп, киімдерін аз-аздан дезактивациялайды. Бұл кезде киімнен ұшқан шаң-тозаң басқаларға түспеу үшін желдің бағыты ескеріледі.
Алдымен бас киімнің, соңынан киімнің алдыңғы және артқы жағының шаңын қағып, ең соңында аяқ киімдерді сүртеді. Осы шараларды орындаған соң зақымданушыңың радиоактивті заттар жұққан территориядан алып шығады. Зақымданушыны радиациялық жағыдай болғандықтан алып шығару орынсыз болса, жарым-жартылай санитарлық тазарту жасап, біраз дезактивациялау соңынан оларды жақын маңдағы қорғаныш ғимараттары мен үй-жайларға орналастырады. Жеңіл зақымданғандар жарым-жартылай санитарлық тазарту мен біраз дезактивацияны біріне-бірі көмектесе жүріп өздері жасайды.
Радиоактивті заттар қарынға түскен кезінде, мысалы сондай заттар жұққан суды пайдаланған кезде қарынды таза сумен жуады. Бұл үшін зардап шегушіге 5 стақан таза су беріп, соңынан тілінің түбін саусақпен басып тұрып, құстырады. Құсқан кезде қарыннан су, кілегейлі зат жәнесоған қонған радиоактивті заттар сыртқа шығады. Зардап шегушіге қарнындағы және ішіндегі радиоактивті заттарды шығарып алу үшін активтелген көмір, іш босататын дәрілер береді. ....