Let and Science - Скрити връзки с изменението на климата

Понеделник, 04 януари 2021 г., Ден на Тит и Леона

  • Последни статии
  • Социология
  • Наука за живота
  • Нежива наука
  • Астрономия
  • Състезание

Скрити връзки с изменението на климата

Ултравиолетово лъчение и озоновият слой

В образователни филми и лекции и дискусии в много случаи възниква въпросът дали промените в съдържанието на озон и UV радиацията са причинени от изменението на климата или могат да бъдат свързани с него. Без подробно обяснение както утвърдителният, така и отрицателният отговор заблуждават тези, които не се занимават ежедневно с темата. Авторът на нашата статия е служител на отдела за дистанционно наблюдение на Главната обсерватория György Marczell на Националната метеорологична служба, който представя най-новите вътрешни и международни резултати от измервания, анализ на данни и изчисления на модела, защо няма прост отговор на този въпрос .

Подобно на Земята, обвързаната, съвместно въртяща се газова обвивка около планетите с твърда кора - тоест атмосферата - усложнява иначе „мирната“ и проста лъчиста енергия около планетата. Планетарните атмосфери са изключително сложни физически системи, така че тяхната енергия също е доста сложна. В Слънчевата система, в допълнение към атмосферата на нашата Земя, три небесни тела имат подобна стабилна, постоянна и относително плътна атмосфера: Венера, Марс и най-голямата луна на Сатурн, Титан. Поради близостта им и по този начин те са проучили доста добре, атмосферите на Венера и Марс са особено добре известни, въпреки че изненадите все още могат да попаднат в полезрението на експертите. Тези две атмосфери могат да се използват много добре като лаборатория, за да се разбере по-добре работата на планетарните атмосфери, тъй като те представляват две крайности в сравнение с нашата Земя: атмосферата на Венера е много по-плътна, а тази на Марс е много по-рядка.

Късо вълновото електромагнитно излъчване от централната звезда е източникът на енергия за планетата. Ако планетата няма атмосфера, енергията е много проста: постъпващата радиация загрява повърхността, образува се стабилна повърхностна температура и тя излъчва в далечния инфрачервен спектър според тази температура (т.е. при съответното разпределение на дължината на вълната). В случая, когато планетата има атмосфера, ситуацията се усложнява до степен в зависимост от плътността и химичния състав на атмосферата.

science

Въпреки че озонът се намира в атмосферата от земната повърхност до най-високите слоеве, поради неговия механизъм на образуване, има надморска височина, където има особено високо ниво на озон, това обикновено се нарича озонов слой. UV-C радиацията, която инициира озонообразуващи реакции, навлиза под незначителното количество под озоновия слой, UV-B вече може да бъде измерена в малки (но много важни) количества на земната повърхност и по-голямата част от UV-A преминава през атмосферата.

Газовете, изграждащи атмосферата, поглъщат част от радиацията, която влиза в нея. Радиацията също се разсейва (т.е. отклонява се от първоначалната посока на движение), от една страна от газови молекули, а от друга страна от облаци и аерозоли, които също са абсорбенти.

В резултат на това количеството радиация, което в крайна сметка достига повърхността, е много сложно. Повърхността излъчва дълги вълни (инфрачервени лъчи), съответстващи на образуваната температура, но част от нея се абсорбира от газовете на атмосферата в инфрачервения диапазон и атмосферата я излъчва нагоре и обратно към повърхността. В резултат на този доста сложен механизъм излишната топлина се улавя вътре в системата в сравнение с атмосферното състояние. По този начин външно измеримата, „доловима“ температура на планетата ще бъде по-висока, отколкото би била без присъствието на атмосферата - това се нарича парников ефект. За Земята тази разлика е около 30 градуса по Целзий. Поради изключително плътната атмосфера на Венера тази стойност е около 500 градуса по Целзий, докато при рядката атмосфера на Марс тя е само 6-7 градуса по Целзий.

Енергиен минимум

Всяка физическа система във Вселената трябва да отговаря на принципа за стремеж към минимум енергия. За атмосферата на планетите с твърда повърхност, най-лесната форма на освобождаване на енергия е охлаждането до „празно, студено“ пространство, т.е. Това излъчване на дълги вълни се състои от два компонента: излъчваното нагоре излъчване от атмосферата и излъчването, излъчвано от земната повърхност. Атмосферата вероятно е най-добре оптимизирана чрез регулиране на съдържанието на водни пари. Водните пари са най-значимият абсорбиращ радиацията газ в инфрачервения диапазон, в големи количества в атмосферата и могат да бъдат „добре мобилизирани“ в процесите. По този начин атмосферата "работи", за да зададе възможно най-ниско съдържание на водни пари, в резултат на което колкото се може повече от дългите вълни, излъчвани от земната повърхност, преминават през атмосферата в космоса. Всеки процес от сложната механизмова система на атмосферата служи за тази цел. Процесите и явленията, които преживяваме тук на земята като „време“ (вятър, образуване на облаци, циклони, валежи, гръмотевични бури и др.), Проявите на работата на атмосферата върху това.

Опростено схематично представяне на атмосферното излъчване.

F0 е късо вълнова радиация, постъпваща в системата отвън, част от която се отразява от атмосферата, а F е количеството радиация, погълната от облаци и атмосферни замърсители и аерозоли в атмосферата. По този начин разликата между F0 и F излиза на повърхността. Планетарната повърхност излъчва дълговълново излъчване с размерите на SG, от което газовете в атмосферата поглъщат (поглъщат) количество АА, а количество ST преминава през атмосферата. Самата атмосфера излъчва, нагоре количества в ЕС и надолу количества ED. По този начин общото излъчване на дълги вълни, излъчвано от планетата, ще бъде сумата от ST и EU (това се нарича „OLR“ в английския термин Изходящо излъчване на дълги вълни:? Изходящо излъчване на дълги вълни).

Но има и възможност за контрол откъм късата вълна. Тук отново водните пари са може би основният инструмент. Ако изходното излъчване на дълги вълни започне да намалява, можете да го балансирате, тъй като приходите от страна на късите вълни се увеличават. Това може да се направи например чрез увеличаване на количеството аерозоли, абсорбирани в късата вълна, когато условията се променят, така че да се възстанови равенството.

Стабилен климат

Енергийно повърхностната температура на планетите се определя от три важни фактора: енергията, погълната от радиацията на централната звезда (Слънцето на нашата Земя), геотермалната енергия, генерирана вътре в планетата и достигаща повърхността на планетата, и състава на атмосфера. В случая на Земята всичко предполага, че геотермалната енергия не е сравнима с тази, идваща от Слънцето, така че е пренебрежимо малка.

Условието за съществуването на стабилен климат е, че сумата от енергията, задържана от атмосферата (погълната, останала в атмосферата) и повърхностната геотермална енергия трябва да бъде равна на енергията, оставяща се за космоса, т.е. . Това е на пръв поглед прост, но в действителност невероятно сложен процес. В дългосрочен план постъпващото късо вълново излъчване зависи от еволюционния процес на централната звезда и промените в небесно-механичните параметри, описващи циркулацията и аксиалното въртене на планетата, както и от промените в свойствата на късо вълновото отражение на планетарната атмосфера. Геотермалната енергия се определя от промяната в процесите на производство на енергия вътре в планетата с течение на времето, изходната енергия се определя от свойствата на инфрачервената емисия и свойствата на инфрачервена абсорбция на повърхността на планетата (т.е. промяната в концентрацията на парникови газове).