5.Энергетические источники географической оболочки.
В географическую оболочку энергия поступает из Космоса, недр Земли и выделяется при гравитационном взаимодействии планеты с ближайшими космическими телами - Луной и Солнцем. В зависимости от этого энергетические источники подразделяют на эндогенные и экзогенные.
Эндогенная энергия - это энергия земных недр, которая поступает в географическую оболочку в двух формах: теплового потока (теллурические токи) и путем механических перемещений вещества. Величина теплового потока в среднем в 10-5 раз меньше потока электромагнитной солнечной энергии (0,06 Дж/м2·с).
Источниками эндогенной энергии являются: гравитационная дифференциация земного вещества по плотности, распад радиоактивных элементов, внутреннее трение масс вещества, неизбежно сопровождающее гравитационную дифференциацию, приливное трение, обусловленное взаимодействием Земли с Луной и Солнцем. Поступление тепла на земную поверхность через гейзеры, вулканические извержения и от других локальных и спорадических источников намного меньше и в общих расчетах обычно не учитывается. Определенную часть эндогенной энергии составляет солнечная энергия, поступившая на земную поверхность ранее и сохранившаяся в «геохимических аккумуляторах» - горючих полезных ископаемых, горных породах абиогенного происхождения и рассолах, законсервированных в земной коре.
Экзогенная энергия. Энергия, поступающая на Землю из Космоса, называется экзогенной. В количественном отношении она на 97% состоит из электромагнитного излучения Солнца - солнечной радиации. Вследствие малой изменчивости интенсивности солнечной радиации, поступающей на верхнюю границу атмосферы, ее поток, рассчитываемый на 1 см2 в минуту, называют солнечной постоянной, которая равна 1,98 кал/(см2·мин), или 8,3 Дж/(см2·мин).
Электромагнитное излучение Солнца содержит широкий спектр волн разной длины.
Наряду с электромагнитными потоками в атмосферу проникает корпускулярный поток заряженных частиц - «солнечный» и «космический» ветер. Их суммарная энергия в несколько тысяч раз меньше электромагнитной энергии и уступает (в количественном выражении) даже эндогенной энергии. Корпускулярный поток почти полностью поглощается магнитосферой и верхними слоями атмосферы. Его изменчивость, обусловленная пульсациями солнечной активности, вызывает возмущения геомагнитного поля, что отражается на биологических процессах.
Суммарное воздействие эндогенной и экзогенной энергий изменяет вещество земной коры, создает форму и рельеф Земли.
6.Солнечно-земные связи
Солнечно-земные связи - система прямых или опосредованных физ. связей между гелио- и геофизическими процессами. Земля получает от Солнца не только свет и тепло, обеспечивающие необходимыйуровень освещенности и ср. темп-ру ее поверхности, но и подвергается комбинированному воздействию УФ- и рентгеновского излучения, солнечного ветра, солнечных космических лучей. Вариации мощности этих факторов при изменении уровня солнечной активности вызывают цепочку взаимосвязанных явлений в межпланетном пространстве, в магнитосфере, ионосфере, нейтральной атмосфере, биосфере, гидросфере и, возможно, литосфере Земли. Изучение этих явлений и составляет суть проблемы С.-з.с. Строго говоря, Земля оказывает некоторое обратное (по крайней мере, гравитационное) воздействие на Солнце, однако оно ничтожно мало, так что обычно рассматривают только воздействие солнечной активности на Землю. Это воздействие сводится либо к переносу от Солнца к Земле энергии, выделяющейся в нестационарных процессах на Солнце (энергетич. аспект С.-з.с.), либо к перераспределению уже накопленной энергии в магнитосфере, ионосфере и нейтральной атмосфере Земли (информац. аспект). Перераспределение энергии может происходить либо плавно (ритмич. колебания геофизич. параметров), либо скачкообразно (триггерный механизм).
Последовательность событий в системе Солнце-Земля можно проследить, наблюдая цепочку явлений, сопровождающих мощную вспышку на Солнце - высшее проявление солнечной активности. Последствия вспышки (рис. 2) начинают сказываться в околоземном пространстве почти одновременно с событиями на Солнце (время распространения эл.-магн. волн от Солнца до Земли чуть больше 8 мин). В частности, УФ- и рентг. излучение вызывают дополнительную ионизацию верхней атмосферы, что приводит к ухудшению (или даже полному прекращению) радиосвязи (эффект Деллинджера) на освещенной стороне Земли.
Обычно мощная вспышка сопровождается испусканием большого количества ускоренных частиц - солнечных космических лучей (СКЛ). Самые энергичные из них (с энергией EK > 108-109 эВ) начинают приходить к Земле спустя > 10 мин после максимума вспышки в линии . Повышенный поток СКЛ с EK < 108 эВ у Земли может наблюдаться неск. десятков часов. Вторжение СКЛ в ионосферу полярных широт вызывают дополнит. ионизацию и соответственно ухудшение радиосвязи на коротких волнах. Имеются данные о том, что СКЛ в значит. мере способствуют опустошению озонового слоя Земли (озоносферы). Усиленные потоки СКЛ представляют собой также один из главных источников радиац. опасности для экипажей и оборудования космич. кораблей.
Вспышка генерирует мощную ударную волну и выбрасывает в межпланетное пространство облако плазмы. Двигаясь со скоростью свыше 100 км/с, ударная волна и облако плазмы за 1,5-2 сут достигают Земли и вызывают магн. бурю, понижение интенсивности галактич. космич. лучей, усиление полярных сияний, возмущения ионосферы и т.д. (см. Верхняя атмосфера, Магнитосферы планет). Имеются статистич. данные о том, что через 2-4 сут после магн. бури происходит заметная перестройка барич. поля тропосферы. Это приводит к увеличению нестабильности атмосферы, нарушению характера циркуляции воздуха (развитию циклонов и др. метеоявлений). Мировые магн. бури представляют собой крайнюю степень возмущенности магнитосферы в целом. Более слабые (но более частые) возмущения, называемые суббурями, развиваются в магнитосфере полярных областей. Еще более слабые возмущения возникают вблизи границы магнитосферы с солнечным ветром. Причиной возмущений последних двух типов явл. флуклуации мощности солнечного ветра. При этом в магнитосфере генерируется широкий спектр эл.-магн. волн с частотами 0,001-10,0 Гц, к-рые свободно доходят до аоверхности Земли. Во время магн. бурь интенсивность этого низкочастотного излучения возрастает в 10-100 раз. Большую роль в геомагнитных возмущениях играет межпланетное магн. поле (ММП), особенно его южный компонент, перпендикулярный плоскости эклиптики. Со сменой знака радиального компонента ММП связаны асимметрии потоков СКЛ, вторгающихся в полярные области, изменения направления конвекции магнитосферной плазмы и ряд др. явлений.
Статистически установлена связь между уровнем солнечной и геомагнитной возмущенности и ходом ряда процессов в биосфере Земли (динамикой популяций животных, эпидемий, эпизоотий, количеством сердечно-сосудистых кризов и др.). Наиболее вероятной причиной такой связи являются низкочастотные колебания эл.-магн. поля Земли. Это подтверждается лабораторными экспериментами по изучению действия эл.-магн. полей естественой напряженности и частоты на млекопитающих.
Наряду с поисками физ. механизмов ведутся исследования информац. аспекта С.-з.с. Связи проявляются двояко, в зависимости от того, плавно или скачкообразно происходит перераспределение энергии солнечных возмущений внутри магнитосферы. В первом случае С.-з.с. проявляются в форме ритмич. колебаний геофизич. параметров (11-летних, 27-дневных и др.). Скачкообразные изменения связывают с т.н. триггерным механизмом, к-рыйприменим к процессам или системам, находящимся в неустойчивом состоянии, близком к критическому. В этом случае небольшое изменение критич. параметра (давления, силы тока, концентрации частиц и т.п.) приводит к качественному изменению хода данного явления или вызывает новое явление. Для примера можно указать на явление образования внетропических циклонов при геомагнитных возмущениях. Энергия геомегнитного возмущения преобразуется в энергию ИК-излучения. Последнее создает небольшой дополнительный разогрев тропосферы, в результате которого и развивается ее вертикальная неустойчивость. При этом энергия развитой неустойчивости может не два порядка превышать энергию первоначального возмущения.