Защитница земной жизни

date31.07.2014 "Природа и наше здоровье" authorАвтор: Н. А. Данилова

За 8 минут рентгеновские, ультрафиолетовые, световые лучи и радиоволны, пролетая огромное расстояние от Солнца, достигают границы земной атмосферы. Понятие «граница» в этом случае так же условно, как и термин «солнечная поверхность»: на расстояниях порядка 1000 км над нашей планетой атмосфера, все больше разрежаясь, постепенно переходит в разреженный межпланетный газ.

На разных высотах атмосферы неодинаковая участь уготована прилетевшим от Солнца частицам и лучам с различной длиной волны.

Актинометристы (от греческого слова aktinos— «луч»), изучающие законы поглощения и рассеяния солнечной лучистой энергии на пути к Земле и распределение ее на материках и океанах на разных широтах, определили, что видимые нами световые лучи, имеющие длину волны от 0,76 (у красного света) до 0,40 микрона (у фиолетового), ослабляясь в атмосфере, все же преодолевают образованный ею заслон и доходят до поверхности.

Правда, их количество, а следовательно, и активное положительное воздействие на живую природу в большой степени зависят от длины дня, высоты солнца над горизонтом, облачности, влажности и запыленности воздуха и изменяются по сезонам и широтам.

Для многих других электромагнитных волн, идущих от Солнца с такой же скоростью, как и видимый свет (для жестких рентгеновских лучей типа гамма-излучение и для части ультрафиолетовых лучей и радиоволн), атмосфера является непреодолимой преградой, надежно защищающей от гибели живую природу.

Общий спектр электромагнитных волнВ ее толще, как говорят актипометристы, есть только два «окна прозрачности», пропускающие часть ультрафиолетовых лучей, все видимые лучи и часть радиоволн (рис. 2).

Ниже самых разреженных высоких слоев, где идет рассеивание частиц воздуха в мировое пространство (сфера рассеивания), до высот порядка 80 км над поверхностью находятся ионосферные слои.

Это «электрическое небо» нашей планеты. Оно отражает и поглощает радиоволны. Здесь же теряется самая коротковолновая часть ультрафиолетовых лучей (с длиной волны меньше 0,099 мик­рона). Те же из них, которые имеют длину волны от 0,13 до 0,18 микрона, проходят дальше к Земле, но не достигают ее. Если бы они достигли ее поверхности, то испепелили бы все живое.

Однако на высотах от 50 до 20 км они сами строят ту сеть, в которой безнадежно запутываются. Происходит это так: встречаясь с молекулами кислорода (О2), эти ультрафиолетовые лучи разъединяют их на атомы (О), которые присоединяются к молекулам кислорода и образуют новое вещество — озон (О3). Он обладает своеобразным запахом, благодаря которому был открыт и назван (по-гречески ozon — «пахнущий»).

Больше всего озона образуется на высоте 25 км. Но и здесь этого газа совсем немного. Если весь озон сжать до давления в одну атмосферу, он создаст слой в 0,5 см. И все же значение такой тонкой прослойки этого газа трудно переоценить, поскольку создавшие его ультрафиолетовые лучи (с длиной волны 0,13— 0,18 микрона) застревают в нем, не дойдя до земной поверхности и нижележащих слоев атмосферы, что спасает от гибели всех представителей растительного и животного мира. Без этого озонного фильтра формы земной жизни были бы совсем другие, чем те, ко­торые смогли образоваться при существующем составе и мощности атмосферы, так хорошо выполняющей свою защитную роль.

Слой озона интересен еще одним свойством: поглощение лучистой энергии и переход ее в тепловую приводят к повышению температуры в этом слое до 70—100°. Поэтому озон называют не только фильтром, но и «печкой» — нагревательным слоем атмосферы.

Слои атмосферы, расположенные на высотах от 40 до 18— 12 км, называются стратосферой, ниже до самой поверхности следует тропосфера, в которой мы живем и дышим, где проплывают облака, а также происходят те перемещения масс воздуха, от которых в большой степени зависит погода.

Толщина тропосферы не везде одинакова. В экваториальной зоне она достигает высоты 16—18 км, а у полюсов делается более тонкой, образующей слой в 9—12 км.

Влетая в самые высокие и разреженные слои атмосферы, потоки электрически заряженных частиц светятся сами, а ударяясь об отдельные частицы воздуха, вызывают на высотах порядка 100—600 км (а иногда и свыше 1000) и их свечение. Поток заряженных частиц в наибольшей степени сосредоточивается в полярных районах, близких к магнитным полюсам Земли. Поэтому-то жителям этих мест особенно часто удается наблюдать красивые оптические явления, напоминающие то разноцветные колышащиеся занавесы, то розовое и зеленое свечение, то огненные столбы и венцы. То, что эти «сполохи», или полярные сияния, электрического происхождения, предполагал еще М. В. Ломоносов, писавший: «Весьма вероятно, что северные сияния рождаются от происшедшей на воздухе электрической силы».

В создании «электрического неба» кроме корпускул участвуют и самые коротковолновые ультрафиолетовые лучи, имеющие длину волны меньше 0,099 микрона,— они ионизируют молекулы кислорода. Те же, что имеют длину волны меньше 0,091 микрона, участвуют в ионизации атомов кислорода.

Так что ионосфера состоит из положительных и отрицательных ионов и нейтральных атомов и молекул.

В годы активного Солнца возрастает количество заряженных частиц, приходящих от него в ионосферу Земли, а следовательно, усиливается их электризующая деятельность. В этот период больше полярных сияний полыхает в небе, так что они бывают видны не только на севере и юге в приполярных районах, но и в средних широтах.

С уменьшением высоты тропосферы количество ионизированных атомов увеличивается прямо пропорционально нарастанию плотности атмосферы. Но в этом же направлении снижается количество коротких ультрафиолетовых лучей в ней. В результате взаимодействия этих процессов на высоте около 80 км над поверхностью образуется максимальная ионизация, а следовательно, в этом слое наблюдается наибольшее поглощение радиоволн.

В годы активного Солнца, когда на нем больше вспышек, пятен и увеличено его корпускулярное излучение, на освещенном полушарии Земли, где царит день, усиливается поток частиц, что приводит к повышенной ионизации воздуха. В связи с этим ухудшается слышимость радиопередач, особенно на коротких волнах. В это же время могут усиливаться и учащаться грозы.

Магнитные токи, постоянно циркулирующие в электропроводящем ядре нашей планеты, порождают магнитное поле, которое, как считают геофизики, распространено вокруг нее на расстоянии 14 земных радиусов. Оно-то и создает радиационные пояса — зоны высокой интенсивности корпускулярной радиации на больших высотах вокруг земного шара, из которых так называемый внутренний пояс, состоящий из протонов, сплошным кольцом опоясывает Землю над тропическими и экваториальными широтами (от 35° северной широты до 35° южной) на высоте порядка 7 тыс. км от поверхности Земли.

Внешний радиационный пояс, расположенный выше первого на расстоянии до 100 тыс. км над поверхностью Земли, открытый при полетах искусственных спутников Земли, состоит преимуще­ственно из электронов, обладающих малыми зарядами. Он располагается над высокими широтами нашей планеты.

Радиационные пояса создают своеобразную кольчугу, предохраняющую земную поверхность от электрически заряженных частиц огромных энергий, летящих от Солнца и из всех областей космоса.

Распад нейтральных атомов и молекул на электрически заряженные ионы происходит и в нижнем слое атмосферы, в тропосфере, при воздействии на них радиоактивных веществ, находящихся в земной коре и в воздухе.

Разность потенциалов между электрически заряженной ионосферой и Землей приводит к тому, что между ними образуется магнитное и электрическое поля с током, направленным к поверхности Земли.

Образуются токи и при грозовых разрядах, при выпадении дождя, снега, града, так как эти осадки также несут в себе электрические заряды, образующие вторичное магнитное поле.

Бывает, что в период усиления солнечной активности в высокие слои земной атмосферы проникает гораздо большее количество корпускул (протонов больших энергий), несущих электрический заряд, с которым связаны магнитные силы. Они доходят до тропосферы и влияют не только на нее (в частности, на циркуляцию атмосферы), но и на земную кору, а по мнению некоторых ученых — и на живые существа. Причем считается, что это осуществляется взаимодействием корпускулярного излучения с магнитным полем Земли.

В такие периоды стрелка магнитного компаса, особенно в полярных областях, начинает беспорядочно метаться, и показания его делаются ненадежными. В это время может прерываться работа радио, телевидения, телеграфа, выходят из строя радары, теряется связь между самолетами и аэродромами, на море бушуют штормы.