ЭКОЛОГИЯ ЧАСТЬ 2
Единица измерения в системе СИ —
зиверт (Зв). Данное понятие характеризует меру риска возникновения
отдаленных последствий облучения человека. До 1996 г. в соответствии
с НРБ-76/87 использовалось менее точное понятие — доза эквивалентная.
7.2. Геосферные оболочки Земли 219
щиту от радиационного воздействия, иначе жизнь на ней была
бы невозможна. Мощную защиту человека и всей биосферы от
космических заряженных частиц радиации создает магнитное
поле Земли. Тем не менее часть частиц с высокой энергией преодолевает
магнитосферу и достигает верхних слоев атмосферы.
Большинство оставшихся частиц космического излучения
сталкивается с атомами азота, кислорода, углерода атмосферы,
взаимодействует с их ядрами и рождает вторичное космическое
излучение из протонов, тг-мезонов, ц-мезонов и нейтронов.
В результате образуются радиоактивные изотопы ряда легких
элементов — бериллия-7, углерода-14, трития (водорода-3)
и др., а при взаимодействии космических лучей с аргоном —
кремния-32, серы-35 и других радиоактивных элементов.
Поглощенная доза ионизирующего излучения — это отношение
средней энергии, переданной ионизирующим излучением
веществу, к массе этого вещества. В системе СИ единица измерения
— грей (Гр). 1 Гр = 1 Д ж / к г .
Радиационный фон, создаваемый космическими лучами,
составляет половину всего облучения, получаемого человеком
от естественных источников радиации. Защититься от такого
невидимого «космического душа» невозможно, причем различные
участки поверхности планеты подвергаются его воздействию
по-разному. Северный и Южный полюсы получают
больше космической радиации, чем экваториальные области
(так как защитное влияние магнитного поля здесь ослаблено).
По мере подъема интенсивность облучения вследствие воздействия
космического излучения усиливается (рис. 7.8).
\" Я , км
И 0,2
10,1
]0,03
1
5
i i
1
13
| , 1 , 1 \', LL--*•.
0 4 8 12
Эффективная доза, мкЗв
Рис. 7.8. Изменение уровня космического облучения с высотой
над уровнем моря (по С. В. Савенко)
220 Глава 7. БИОСФЕРА
Антропогенными источниками ионизирующих излучений
и ряда долго- и короткоживущих изотопов являются ядерные
взрывы, атомная энергетика, включая объекты по переработке
и захоронению ее отходов, установки рентгеноскопии в промышленности
и медицине, теплоэнергетические устройства,
работающие на угле, и др.
7.2.2.6. Ветры
Неравномерный нагрев поверхности Земли из-за времени
года, облачности, способности водных объектов аккумулировать
теплоту и прочие причины ведут к возникновению
в тропосфере разнообразных потоков горизонтальной циркуляции
воздушных масс (ветры, ураганы, циклоны, муссоны,
пассаты и др.).
Главная причина переноса воздушных масс — подъем теплого
легкого воздуха (конвекция) и замещение его снизу холодным.
Сильнее всего за день прогреваются тропические области,
где солнечные лучи падают на Землю почти отвесно.
Воздух вблизи экватора устремляется вверх, приподнимая
верхнюю границу тропосферы в тропиках до высоты около
17 км, что вдвое выше, чем у полюсов. Далее на больших высотах
воздух растекается от экватора на север и юг (рис. 7.9).
Вертикальные конвекционные потоки переходят в горизонтальные.
Теплый воздух в верхней части тропосферы частично
охлаждается, отдавая теплоту в космическое пространство.
В средних широтах он опускается, компенсируя убыль от
конвекционного подъема, и устремляется обратно к экватору.
Такова схема работы «тепловой машины» Земли.
Расчеты на основании приведенной схемы показывают,
что время, за которое воздушная масса атмосферы перемещается
на расстояние земного радиуса, составляет около недели.
Неделя — характерное время изменения погоды. Она является
границей между краткосрочной переменой погоды и долгосрочной,
связанной с изменениями условий нагревания Земли.
По тем же расчетам средняя скорость воздуха у поверхности
Земли составляет около 10 м/с или 36 км/ч.
На высотах около 10 км, где плотность воздуха в 10 раз
меньше, чем у поверхности, ветры дуют со скоростью около
100 м/с или даже нескольких сотен километров в час (от экватора
воздушные потоки оттекают со скоростью около 200 м/с).
Однако направлены они не на север и не на юг от экватора.
Из-за в р а щ е н и я З е м л и верхние ветры и в Северном,
7.2. Геосферные оболочки Земли 221
и в Южном полушариях отклоняются и становятся западными,
а нижние ветры, направляющиеся к экватору, приобретают
восточное направление. Такой восточный ветер, преобладающий
на океанских просторах тропических широт, называют
пассатом. Следовательно, схема на рис. 7.9 справедлива, но
только как проекция направлений ветров на плоскость, проходящую
через центр Земли и перпендикулярную плоскости экватора.
Конвективный подъем масс воздуха приводит к их попаданию
в верхние разреженные слои атмосферы, а расширение
сопровождается охлаждением. При температурах ниже точки
росы происходит конденсация паров воды, образуются облака.
Над тропиками на высоте 17 км воздух охлаждается до
-75 °С (самое холодное место тропосферы) и становится очень
сухим, так как почти вся его влага остается в облаках на высотах
1—5 км. Путь от экватора до средних широт, где воздух опускается
к поверхности Земли, преодолевается очень быстро —
приблизительно за сутки, поэтому поток теряет мало энергии.
В результате опустившийся воздух увеличивает свою плотность,
нагревается за счет этого и снова имеет температуру около
+30 °С, почти такую же, как была у экватора, но при меньшей
внутренней энергии из-за значительно меньшей влажности.
Рис. 7.9. Экваториальная конвекция — причина ветров
222 Глава 7. БИОСФЕРА
Опускание очень сухого и теплого воздуха происходит на
широтах 25—30° в обоих полушариях. Именно там находятся
крупнейшие пустыни Земли: Сахара в Африке, Аравийская и
Тар в Азии, а также южные пустыни Калахари в Африке и несколько
пустынь в Австралии. На Американском континенте
пустынь меньше (из-за горной цепи Анды—Кордильеры), но
расположены они на тех же широтах.
Воздух опускается сверху и растекается по поверхности
с малой скоростью. Соответствующие широты — это область
штилей. Они были названы моряками «конскими широтами»,
ибо во времена парусного флота суда, случалось, месяцами не
могли выбраться из них. Жара и жажда были причиной гибели
прежде всего перевозимых морем лошадей.
Почти такое же объяснение пассатов было дано в 1735 г.
английским ученым Дж. Хэдли с той лишь разницей, что он
рассматривал атмосферную циркуляцию от экватора до полюсов.
В честь него тропический круговорот воздуха называют
ячейкой Хедли.
Позже, в 1856 г. У. Феррел модифицировал схему Дж. Хэдли,
дав объяснение средним направлениям потоков воздуха
в полосе широт от 30—40 до 60—70°. Это, в частности, объяснило
природу возникновения ураганных западных ветров
у поверхности океана в Южном полушарии, известных как
«ревущие сороковые». В честь У. Феррела названа ячейка атмосферной
циркуляции в средних широтах с обратным направлением
потоков (рис. 7.10).
a) 6)
Рис. 7.10. Глобальная схема ветров в атмосфере Земли с ячейками
циркуляции: а — у поверхности; б — в верхней части тропосферы
7.2. Геосферные оболочки Земли 223
Наконец, ближе к полюсам циркуляция воздуха происходит
снова в прямом направлении. Подробнее объяснение
причин возникновения указанных ячеек и общей схемы циркуляции
воздуха в атмосфере приведено в специальной литературе.
Рассмотренная схема описывает только очень усредненную
картину земных ветров. Фактическая картина сильно отличается
от нее. Одни отклонения связаны с рельефом суши
и разным альбедо1 суши, моря и их отдельных участков, другие
— с погодой. Кроме того, пока невозможно отделить явления
климата от погодных явлений. Переменчивость и неспокойствие
— неотъемлемое свойство земной атмосферы. Несмотря
на многие исследования, выполненные после Дж. Хэдли,
исчерпывающего объяснения общей циркуляции атмосферы
не найдено до сих пор.
7.2.2.7. Облака
Воздействие облачности на биосферу многообразно. Она
влияет на альбедо Земли, переносит воду с поверхности морей
и океанов на сушу в виде дождя, снега, града, а также ночью
закрывает Землю, как одеялом, уменьшая ее радиационное охлаждение.
Облако, по выражению В. Даля, — это «туман на высоте».
Туман является разновидностью аэрозоля — дисперсной системы,
состоящей из капель жидкости или твердых частиц, находящихся
во взвешенном состоянии в газовой среде (обычно
в воздухе). К аэрозолям относятся также дым, пыль. В атмосфере
туман представляет собой скопление свободно витающих
в воздухе водяных капель или ледяных кристаллов, резко снижающих
прозрачность среды.
зиверт (Зв). Данное понятие характеризует меру риска возникновения
отдаленных последствий облучения человека. До 1996 г. в соответствии
с НРБ-76/87 использовалось менее точное понятие — доза эквивалентная.
7.2. Геосферные оболочки Земли 219
щиту от радиационного воздействия, иначе жизнь на ней была
бы невозможна. Мощную защиту человека и всей биосферы от
космических заряженных частиц радиации создает магнитное
поле Земли. Тем не менее часть частиц с высокой энергией преодолевает
магнитосферу и достигает верхних слоев атмосферы.
Большинство оставшихся частиц космического излучения
сталкивается с атомами азота, кислорода, углерода атмосферы,
взаимодействует с их ядрами и рождает вторичное космическое
излучение из протонов, тг-мезонов, ц-мезонов и нейтронов.
В результате образуются радиоактивные изотопы ряда легких
элементов — бериллия-7, углерода-14, трития (водорода-3)
и др., а при взаимодействии космических лучей с аргоном —
кремния-32, серы-35 и других радиоактивных элементов.
Поглощенная доза ионизирующего излучения — это отношение
средней энергии, переданной ионизирующим излучением
веществу, к массе этого вещества. В системе СИ единица измерения
— грей (Гр). 1 Гр = 1 Д ж / к г .
Радиационный фон, создаваемый космическими лучами,
составляет половину всего облучения, получаемого человеком
от естественных источников радиации. Защититься от такого
невидимого «космического душа» невозможно, причем различные
участки поверхности планеты подвергаются его воздействию
по-разному. Северный и Южный полюсы получают
больше космической радиации, чем экваториальные области
(так как защитное влияние магнитного поля здесь ослаблено).
По мере подъема интенсивность облучения вследствие воздействия
космического излучения усиливается (рис. 7.8).
\" Я , км
И 0,2
10,1
]0,03
1
5
i i
1
13
| , 1 , 1 \', LL--*•.
0 4 8 12
Эффективная доза, мкЗв
Рис. 7.8. Изменение уровня космического облучения с высотой
над уровнем моря (по С. В. Савенко)
220 Глава 7. БИОСФЕРА
Антропогенными источниками ионизирующих излучений
и ряда долго- и короткоживущих изотопов являются ядерные
взрывы, атомная энергетика, включая объекты по переработке
и захоронению ее отходов, установки рентгеноскопии в промышленности
и медицине, теплоэнергетические устройства,
работающие на угле, и др.
7.2.2.6. Ветры
Неравномерный нагрев поверхности Земли из-за времени
года, облачности, способности водных объектов аккумулировать
теплоту и прочие причины ведут к возникновению
в тропосфере разнообразных потоков горизонтальной циркуляции
воздушных масс (ветры, ураганы, циклоны, муссоны,
пассаты и др.).
Главная причина переноса воздушных масс — подъем теплого
легкого воздуха (конвекция) и замещение его снизу холодным.
Сильнее всего за день прогреваются тропические области,
где солнечные лучи падают на Землю почти отвесно.
Воздух вблизи экватора устремляется вверх, приподнимая
верхнюю границу тропосферы в тропиках до высоты около
17 км, что вдвое выше, чем у полюсов. Далее на больших высотах
воздух растекается от экватора на север и юг (рис. 7.9).
Вертикальные конвекционные потоки переходят в горизонтальные.
Теплый воздух в верхней части тропосферы частично
охлаждается, отдавая теплоту в космическое пространство.
В средних широтах он опускается, компенсируя убыль от
конвекционного подъема, и устремляется обратно к экватору.
Такова схема работы «тепловой машины» Земли.
Расчеты на основании приведенной схемы показывают,
что время, за которое воздушная масса атмосферы перемещается
на расстояние земного радиуса, составляет около недели.
Неделя — характерное время изменения погоды. Она является
границей между краткосрочной переменой погоды и долгосрочной,
связанной с изменениями условий нагревания Земли.
По тем же расчетам средняя скорость воздуха у поверхности
Земли составляет около 10 м/с или 36 км/ч.
На высотах около 10 км, где плотность воздуха в 10 раз
меньше, чем у поверхности, ветры дуют со скоростью около
100 м/с или даже нескольких сотен километров в час (от экватора
воздушные потоки оттекают со скоростью около 200 м/с).
Однако направлены они не на север и не на юг от экватора.
Из-за в р а щ е н и я З е м л и верхние ветры и в Северном,
7.2. Геосферные оболочки Земли 221
и в Южном полушариях отклоняются и становятся западными,
а нижние ветры, направляющиеся к экватору, приобретают
восточное направление. Такой восточный ветер, преобладающий
на океанских просторах тропических широт, называют
пассатом. Следовательно, схема на рис. 7.9 справедлива, но
только как проекция направлений ветров на плоскость, проходящую
через центр Земли и перпендикулярную плоскости экватора.
Конвективный подъем масс воздуха приводит к их попаданию
в верхние разреженные слои атмосферы, а расширение
сопровождается охлаждением. При температурах ниже точки
росы происходит конденсация паров воды, образуются облака.
Над тропиками на высоте 17 км воздух охлаждается до
-75 °С (самое холодное место тропосферы) и становится очень
сухим, так как почти вся его влага остается в облаках на высотах
1—5 км. Путь от экватора до средних широт, где воздух опускается
к поверхности Земли, преодолевается очень быстро —
приблизительно за сутки, поэтому поток теряет мало энергии.
В результате опустившийся воздух увеличивает свою плотность,
нагревается за счет этого и снова имеет температуру около
+30 °С, почти такую же, как была у экватора, но при меньшей
внутренней энергии из-за значительно меньшей влажности.
Рис. 7.9. Экваториальная конвекция — причина ветров
222 Глава 7. БИОСФЕРА
Опускание очень сухого и теплого воздуха происходит на
широтах 25—30° в обоих полушариях. Именно там находятся
крупнейшие пустыни Земли: Сахара в Африке, Аравийская и
Тар в Азии, а также южные пустыни Калахари в Африке и несколько
пустынь в Австралии. На Американском континенте
пустынь меньше (из-за горной цепи Анды—Кордильеры), но
расположены они на тех же широтах.
Воздух опускается сверху и растекается по поверхности
с малой скоростью. Соответствующие широты — это область
штилей. Они были названы моряками «конскими широтами»,
ибо во времена парусного флота суда, случалось, месяцами не
могли выбраться из них. Жара и жажда были причиной гибели
прежде всего перевозимых морем лошадей.
Почти такое же объяснение пассатов было дано в 1735 г.
английским ученым Дж. Хэдли с той лишь разницей, что он
рассматривал атмосферную циркуляцию от экватора до полюсов.
В честь него тропический круговорот воздуха называют
ячейкой Хедли.
Позже, в 1856 г. У. Феррел модифицировал схему Дж. Хэдли,
дав объяснение средним направлениям потоков воздуха
в полосе широт от 30—40 до 60—70°. Это, в частности, объяснило
природу возникновения ураганных западных ветров
у поверхности океана в Южном полушарии, известных как
«ревущие сороковые». В честь У. Феррела названа ячейка атмосферной
циркуляции в средних широтах с обратным направлением
потоков (рис. 7.10).
a) 6)
Рис. 7.10. Глобальная схема ветров в атмосфере Земли с ячейками
циркуляции: а — у поверхности; б — в верхней части тропосферы
7.2. Геосферные оболочки Земли 223
Наконец, ближе к полюсам циркуляция воздуха происходит
снова в прямом направлении. Подробнее объяснение
причин возникновения указанных ячеек и общей схемы циркуляции
воздуха в атмосфере приведено в специальной литературе.
Рассмотренная схема описывает только очень усредненную
картину земных ветров. Фактическая картина сильно отличается
от нее. Одни отклонения связаны с рельефом суши
и разным альбедо1 суши, моря и их отдельных участков, другие
— с погодой. Кроме того, пока невозможно отделить явления
климата от погодных явлений. Переменчивость и неспокойствие
— неотъемлемое свойство земной атмосферы. Несмотря
на многие исследования, выполненные после Дж. Хэдли,
исчерпывающего объяснения общей циркуляции атмосферы
не найдено до сих пор.
7.2.2.7. Облака
Воздействие облачности на биосферу многообразно. Она
влияет на альбедо Земли, переносит воду с поверхности морей
и океанов на сушу в виде дождя, снега, града, а также ночью
закрывает Землю, как одеялом, уменьшая ее радиационное охлаждение.
Облако, по выражению В. Даля, — это «туман на высоте».
Туман является разновидностью аэрозоля — дисперсной системы,
состоящей из капель жидкости или твердых частиц, находящихся
во взвешенном состоянии в газовой среде (обычно
в воздухе). К аэрозолям относятся также дым, пыль. В атмосфере
туман представляет собой скопление свободно витающих
в воздухе водяных капель или ледяных кристаллов, резко снижающих
прозрачность среды.