2.2. Солнце - источник энергн-! в биосфере

Важнейшая функция живого в биосфере состоит в ассимиляции солнеч­ной энергии, в ее распределении в биосфере, расходовании на рост живой материи. Живое, имея массу 0.15 % от твердых структур биосферы, погло­щает и ассимилирует (на некоторых участках) до 5 % солнечной энергии. Солнце - это основной источник, питающий энергией био- и геохимические процессы. Каждую секунду 564 млн. т водорода превращается в 560 млн. т гелия, остальное вещество превращается в солнечное излучение, достигая

поверхности Земли через 8 мин. Мощность излучения на поверхности Солн-

•) ца составляет 10000 кВт/м", а на границе земной атмосферы оценивается

"солнечной постоянной", равной, примерно, 1.4 кВт/м , со стабильностью 2...3 %. Известно, что интенсивность солнечного излучения подчиняется раз­личным циклам солнечной активности: 11, 16, 22, 80...90, 600...800 лет.

18

Около 95 % энергии солнечного излучения приходится на спектральную область 0.3...3 мкм, причем 7 % энергии относится к ультрафиолетовому из­лучению с длиной волны 0.3...0.4 мкм. Поверхности Земли достигают только 3 %, остальное'ультрабиолетовое излучение поглощается слоем озо­на. На видимый свет приходится 30...45 % энергии излучения. Остальная энергия излучается в инфракрасной области спектра. Если принять коротко­волновую солнечную энергию, достигающую поверхности Земли, за 100 %, то 19 % поглощаются ее компонентами, а 34 % возвращаются в космос (от­ражение от облаков и от поверхности Земли). И^ 47 %, достигающих Земли, 4 % нагреваю г воздух, 2 % - почву, 1 % участвует в фотосинтезе, 40 % ис­пользуются для испарения йоды и процессов транспирации в растениях. Длинноволновая радиация практически целиком (96 %) достигает поверхно­сти Земли и отражается от нее также в виде длинноволновой компоненты (до 100 мкм).

2.3. Магнитосфера Земли

О существовании слабого магнитного поля Земли было известно еще с глубокой древности - его использовали мореходы: маленькая намагниченная стрелка помогала найти сушу в безбрежно?.; океане. Но только в ХУШ з. UI. Кулон измерил поле >г узнал, что магнитное поле Земли - дипольное и очень слабое (всего лгшь 24...69 мкТл). Оказалось, что Южный магнитный полюс находятся на Севере Земли, причем отстоит от географического Се­верного гюлг.са на расстоянии около 1100 i<M (т. е. стрелка компаса показы­вает вовсе не "а Север!). И только во второй половине XX к (с появление?,! и развитием космических ракет и спутников) выяснилось, что Солнце испуска­ет не только электромагнитное излучение во всем спектре шкалы длин волн, но и потоки заряженных частиц, которые назвали солнечным ветром. В ре­зультате взаимодействия этих двух космических факторов - геомагнитного гюля (ГМП) и солнечного ветра - как оказалось, возникает магнитосфера Земли. Рассмотрим несколько подробнее процесс ее образования.

Возникновение ГМП, предположительно, связано с постоянными теллу­рическими токами Земли, которые возникают в потоках жидкого электро­проводящего слоя земного ядра. Эти токи создают мощные внутренние маг­нитные поля. окружающие ядро планеты. Одновременно возникает значи-19

•гельно более слабое внешнее магнитное поле дипольного типа, однако не­идеальное по форме, т. к. его симметрию нарушают множество постоянных магнитных аномалий (континентальных, региональных и локальных), воз­никающих из-за асимметрии коры. Вектор индукции ГМП можно разло­жить на его составляющие в горизонтальной плоскости, касательной к зем­ной поверхности (и в плоскости магнитного меридиана). Угол между проек­цией полного вектора на эту плоскость и географическим меридианом назы­вают магнитным склонением. Вертикальная проекция вектора называется магнитным наклонением. Оказалось, что все компоненты вектора индукции медленно меняются с течением времени как по направлению, так и по вели­чине. Положение магнитного полюса несколько изменяется, особенно - маг­нитное склонение (в Лондоне оно равно примерно 30 °, а наклонение - всего б °). Значение индукции поля сейчас спадает - вплоть до 50 % полного век­тора (через 2000 лет), а потом вновь начнет расти - с периодом около 8000 лет. Периодические вариации ГМП происходят также от воздействия косми­ческих тел с соответствующими периодами: солнечно-суточные, лунно-суточные, годовые или вековые вариации. Происходят также случайные ло­кальные возмущения - вплоть до повсеместных магнитных бурь, которые бывают на всей Земле и заметным образом влияют как на атмосферные про­цессы, так и на большинство живых организмов.

Солнце - огромный раскаленный плазменный Шар, на поверхности кото­рого периодически образуются вихревые нестационарные области, т. е. сол­нечные пятна. Эти солнечные пятна, а также факелы, флоккулы, протуберан­цы, хромосферные вспышки выбрасывают в космос плазму из частиц, при­чем на орбите Земли их скорость достигает 300...500 км/с. Поскольку все эти частицы заряжены, то в космос от Солнца выносится также "вмороженное" в плазму магнитное межпланетное поле с индукцией до 0.5 Тл. Солнце вращается (вместе с пятнами) со скоростью 26...28 земных суток, поэтому плазменные "струи" с межпланетным полем образуют в плоскости эклиптики достаточно устойчивую вращающуюся спираль Архимеда с углом наклона потока плазмы и магнитного поля около 45 ° относительно орбиты Земли. Основную часть солнечного ветра составляют протоны (примерно 91 %), а также ионизированные атомы гелия (почти 9 %) и электроны.

Заряженные частицы солнечного ветра, достигая разреженной атмосферы и ГМП, образуют стоячую ударную волну, "обжимающую" ГМП с дневной 20

(солнечной) стороны до 10...12 радиусов Земли, а с ночной стороны вытяги­вающую его в длинный шлейф длиной до 1000 радиусов Земли. Около стоя­чей волны образуется высоконагретая обтекающая плазма с "вмороженным" солнечным магнитным полем (практически - плазменный ток в слое толщи­ной 100...200 км), которая п ограничивает ГМП. За этим слоем образуется магнитная ловушка для заряженных частиц, в которой удерживаются и низ-коэнергегические земные частицы ионосферы и космические частицы, обра­зующие внешний радиационный пояс. Нижняя граница радиационных поя­сов определяется гибелью частиц б верхней части атмосферы Земли.

После сильной солнечной вспышки в межпланетную среду вылетает мно­жество быстрых заряженных частиц, которые создают радиально испус­каемую волну, достигающую Земли через 40...50 ч. Начинается магнитная буря. Некоторая доля частиц проникает в магнитосферу и там задерживается в радиационных поясах, но большинство частиц ее обтекают.

На Земле быстро исчезло бы все живое, если бы ловушки радиационных поясов не захватывали большинство космических частиц (кстати, космиче­ские обитаемые корабли летают только вне их зоны). Но этот космический щит Земли легко возбудим мощными потоками солнечного ветра и в поляр­ных областях возникают полярные сияния, текут ионосферные токи до мил­лиона ампер, что отражается на всей биосфере Земли, включая биоту.