Влияние солнечной активности на биосферу земли реферат

Обновлено: 03.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

XLIII Научно –практическая конференция школьников и учащихся молодежи Омской области

Выполнил: Адамов Егор , ученик 9 класса

высшая квалификационная категория

Цель : определить, как влияет солнечная активность на здоровье человека и рост растений в Омской области

- изучение литературы по данной теме, организация самостоятельной познавательной деятельности; формирование умений увидеть проблему и наметить пути ее решения;

- развитие интереса к изучению астрономии;

- воспитание упорства в достижении поставленной цели, настойчивости.

- анализ изучения теоретического и фактического материала;

- проведение эксперимента, социологического опроса, показ практической содержания работы

Как пережить магнитную бурю без вреда для здоровья

Влияние магнита на прорастания лука

Определение циклов солнечной активности по ширине годовых колец

Влияние магнита и магнитной воды на всхожесть семян

1. Как уберечься от вредного воздействия магнитных бурь

1 . Актуальность темы

Проблема "Солнце - Земля" является на сегодняшний день актуальной по многим причинам.

Во-первых, это проблема альтернативных источников энергии на Земле. Солнечная энергия - неисчерпаемый источник энергии, притом безопасный.

Во-вторых, это влияние солнечной активности на земную атмосферу и магнитное поле Земли: магнитные бури, полярные сияния, влияния солнечной активности на качество радиосвязи, засухи, ледниковые периоды и др. Изменение уровня солнечной активности приводит к изменению величин основных метеорологических элементов: температуры, давления, числа гроз, осадков и связанных с ними гидрологических и дендрологических характеристик: уровня озер и рек, грунтовых вод, солености и оледенения океана, числа колец в деревьях, иловых отложений и т.п.

В-третьих, это проблема "Солнце - биосфера земли". С изменением солнечной активности учеными было замечено изменение численности насекомых и многих животных. В результате изучения свойств крови: числа лейкоцитов, скорости свертывания крови и др., были доказаны связи сердечно-сосудистых заболеваний человека с солнечной активностью.
Кажется, что в мире нет ничего более постоянного, чем Солнце. Наблюдаемые с древних времен пятна на диске Солнца кому-то казались курьезом, а кому-то - кознями дьявола.

Лишь в XIX веке было замечено, что после появления солнечных пятен на Земле усиливаются полярные сияния и регистрируются колебания геомагнитного поля - магнитные бури.

В начале XX века выдающийся российский ученый А. Л. Чижевский (1897-1964) впервые высказал идею о влиянии солнечной активности на неживой мир, биосферу и социальные процессы и назвал ее "космической погодой". Так как физические основы подобного воздействия были тогда совершенно неизвестны, взгляды Чижевского многие считали близкими к мистицизму. Это трагически сказалось на судьбе ученого, а его основополагающие труды были изданы только спустя много лет. В настоящее время благодаря космическим исследованиям природа нашей зависимости от Солнца стала более понятной, а предупреждения о влиянии солнечных вспышек и магнитных бурь на состояние здоровья и работоспособность технических систем стали частью нашей жизни.
Термин "космическая погода" прочно завоевал свое место как в научной литературе, так и в средствах массовой информации. Фундаментальная наука в очередной раз стала основой для прикладных исследований, ориентированных на непосредственные нужды общества. Подобно тому, как метеорологический прогноз опирается на исследования физики атмосферы и океана, прогноз космической погоды основывается на наших знаниях о Солнце и околоземном пространстве. Чтобы познакомиться ближе с увлекательным миром солнечно-земных связей, где органично сочетаются стабильность и изменчивость, я решил написать реферат, а затем провести небольшое исследование, которое подтверждает теорию вопроса - Влияние солнечной активности на биосферу Земли?

2. Краткая характеристика Солнца

Среднее расстояние от Земли - 149 597 870 км. Радиус Солнца в 109 раз больше радиуса Земли, что составляет 696000 км. Масса Солнца – в 330 000 раз больше массы Земли - это около 1,989*10 30 кг (Масса Земли - 5,976*10 24 кг). Средняя плотность Солнца – 1400 кг/м 3 , это около 0,256 от средней плотности Земли (в 1,4 раза больше плотности воды, для сравнения: плотность Красного гиганта считается равной 5*10 -8 , плотность Белого карлика 10 6 , плотность нейтронной звезды, равная плотности атомного ядра, составляет 10 14 ). Ускорение силы тяжести на уровне фотосферы - 27,9g (g= 9,8 м/с 2 ). Период вращения на экваторе - 25,4 земных суток. Температура фотосферы – 5800 0 С. Химический состав, определенный из анализа солнечного спектра - водород (71 %), гелий (26,5 %) и многочисленные другие элементы в ионизированном состоянии. На Солнце не обнаружено никаких химических элементов, помимо тех, которые имеются на Земле (Гелий впервые был обнаружен на Солнце, а затем уже на Земле). Это указывает на то, что небесные тела состоят из тех же веществ, что и Земля. Мощность излучения (светимость) - 3,74 * 10 23 кВт. Средний цикл солнечной активности - 11 лет (полный - 22 года). Возраст - около 5-ти млрд. лет.

Полное количество энергии, излучаемой Солнцем, составляет L = 3,86•10 26 Вт. Это соответствует 6,5 кВт с каждого квадратного сантиметра его поверхности!

Примерно лишь одну двухмиллиардную часть этой энергии получает Земля. Земля перехватывает своей поверхностью 1/2 200 000 000 часть энергии солнечного излучения. В среднем 36 % падающего света отражается обратно в космос. Почти все движения на Земле и почти вся жизнь существуют благодаря солнечной энергии. Исключением являются движения, связанные с внутренним теплом планеты. Но его приток к поверхности в 4000 раз слабее солнечного. Поэтому, лишившись солнечной энергии, атмосфера отвердела бы, превратившись в ледник толщиною около 7 метров. Ядерного “топлива” хватит, чтобы обеспечить нынешнюю мощность излучения Солнца ещё на срок, не меньший 5 млрд. лет. Но и после исчерпания водородного “топлива” в центральной области светила выделение энергии не прекратится, только оно будет происходить в слоях более близких к поверхности. Мощность излучения возрастёт до значений, при которых жизнь на Земле станет невозможной. Это приведёт к радикальным переменам, в результате которых произойдет полное разрушение Земли (и, возможно, образование планетарной туманности ).

3. Внутреннее строение Солнца

Наше Солнце - это огромный светящийся газовый шар, внутри которого протекают сложные процессы и в результате непрерывно выделяется энергия. Внутренний объём Солнца можно разделить на несколько областей; вещество в них отличается по своим свойствам, и энергия распространяется посредством разных физических механизмов.

1. В центральной части Солнца находится источник его энергии, или, говоря образным языком, та "печь", которая нагревает его и не даёт ему остыть. Эта область называется ядром . Плотность его увеличивается к центру вместе с ростом давления и температуры. В ядре, где температура достигает 15 млн К, происходит выделение энергии. Эта энергия выделяется в результате слияния атомов лёгких химических элементов в атомы более тяжёлых. Ядро имеет радиус не более четверти общего радиуса Солнца. Однако в его объёме сосредоточена половина солнечной массы и выделяется практически вся энергия, которая поддерживает свечение Солнца.

2. Сразу вокруг ядра начинается зона лучистой передачи энергии , где она распространяется через поглощение и излучение веществом порций света - квантов. Плотность, температура и давление уменьшаются по мере удаления от ядра, и в этом же направлении идёт поток энергии. В центре Солнца рождаются гамма-кванты. По дороге кванты претерпевают удивительные превращения. Отдельный квант сначала поглощается каким-нибудь атомом, но тут же снова переизлучается; чаще всего при этом возникает не один прежний квант, а два или даже несколько. По закону сохранения энергии их общая энергия сохраняется, а потому энергия каждого из них уменьшается. Так возникают кванты всё меньших и меньших энергий. Мощные гамма-кванты как бы дробятся на менее энергичные кванты - сначала рентгеновских, потом ультрафиолетовых и наконец видимых и инфракрасных лучей. В итоге наибольшее количество энергии Солнце излучает в видимом свете. В ходе процессов столкновения гамма-фотоны теряют энергию.

3. В некоторой точке их энергия, поначалу очень высокая, становится равна термической энергии солнечной материи. С этого момента доминирующим становится процесс конвекции . В отличие от зоны радиационного переноса, где энергия переносится гамма-лучами, в конвективной зоне излучение и материя имеют одинаковую температуру, и большую часть энергии здесь переносит материя.

На своём пути через внутренние солнечные слои поток энергии встречает такую область, где непрозрачность газа сильно возрастает. Это конвективная зона Солнца. Здесь энергия передаётся уже не излучением, а конвекцией. Это ни что иное, как перемешивание, в данном случае, аналог перемешивания жидкости при кипении. Так же, как жидкость, может вести себя и газ. Огромные потоки горячего газа поднимаются вверх, где отдают своё тепло окружающей среде, а охлаждённый солнечный газ опускается вниз. Похоже, что солнечное вещество кипит и перемешивается, как вязкая крупенчатая масса на огне. Конвективная зона начинается примерно на расстоянии 0,7 радиуса от центра и простирается практически до самой видимой поверхности Солнца (фотосферы), где перенос основного потока энергии вновь становится лучистым. Верхняя граница конвективной зоны выглядит в виде мелких гранул, видоизменяющихся на протяжении нескольких минут, так называемых рисовых зерен, видимых на солнечной поверхности даже через телескоп с достаточно скромными возможностями.. Хорошо известная наблюдателям картина грануляции на поверхности Солнца является видимым проявлением конвекции.

4. Солнечная активность

Солнечная активность - комплекс явлений, охватывающих всю атмосферу Солнца в областях размерами 10-10 5 км за время 1-10 6 с.

Рис.2 Строение конвективной зоны атмосферы Солнца

Активные области порождаются всплыванием мощной трубки магнитного потока из магнитного слоя у основания конвективной зоны. Вместе с плазмой поднимаются "вмороженные" в нее магнитные поля, возникающие вследствие неоднородности вращения Солнца и обладающие сложной структурой, которая в ходе движения приобретает петлеобразную форму. Гигантские устойчивые биполярные магнитные области обладают двумя полюсами противоположной полярности, соединяющимися системой арок протяженностью до 30000 км и высотой до 5000 км. Вершины арок медленно поднимаются; у полюсов арок солнечное вещество медленно стекает вниз. В фотосфере активные области расщепляются на множество тонких трубок образующих факельные поля. Области пересечения тонких магнитных трубок с фотосферой наблюдаются в форме групп солнечных пятен.

Рис.3 Движение вещества в солнечной атмосфере.
Арки биполярных магнитных областей По масштабам и времени проявления солнечной активности разделяются на медленноменяющиеся - коронарные дыры, факельные поля, пятна, фотосферные волокна, и быстроменяющиеся - протуберанцы, хромосферные вспышки и т.д.

Коронарные дыры – области пониженной яркости короны, в которых силовые линии крупномасштабного магнитного поля, пронизывая всю корону, уходят в межпланетное пространство; наблюдаются в рентгеновском диапазоне длин волн в виде черных провалов на фоне яркого сияния короны. Яркие области над центрами активности с повышенной плотностью плазмы называются коронарными конденсациями .

Факельные поля (флоккулы ) - области ослабления магнитных трубок (местных магнитных полей), где на поверхность Солнца "прорывается" более нагретое (до 10000 К) солнечное вещество. Наблюдаются в виде светлых участков фотосферы, часто окружающих солнечные пятна. Размеры факельных полей от 5000 до 50000 км, среднее "время жизни" – месяцы (до года). В годы максимумов солнечной активности факельные поля занимают до 10 % поверхности Солнца.

Солнечные пятна - темные промежутки тени, окруженные более светлой полутенью, - области солнечной поверхности с температурой около 4000 К и размерами от 1 до 35000 км. Лишенный подогрева "снизу" участок солнечной поверхности остывает и по контрасту с окружающей "горячей" поверхностью кажется черным пятном. Число, величина и расположение пятен и групп пятен постоянно изменяются. Среднее "время жизни" пятна - от нескольких суток до нескольких недель (максимум - до 200 суток). Как правило, пятна образуются группами, в которых они концентрируются преимущественно вокруг ведущего (западного) и ведомого (восточного), имеющих различную полярность, причем силовые линии магнитного поля как бы выходят из одного пятна и входят в другие.

Протуберанцы - сравнительно холодные плотные облака солнечного вещества (Т~ 10 4 К), выброшенные в хромосферу в результате ускоряющего действия магнитных трубок местных полей на движение солнечного вещества на высоту около 10 4 км. Протуберанцы имеют разнообразную причудливую форму. Вещество спокойных протуберанцев, плавающих в хромосфере до 1 года, лежит в углублениях "примятых" арок магнитного поля. В активных , отличающихся быстрым развитием протуберанцах, существующих в течение недель, реже – месяцев, но достигающих в длину до 1/3 R¤ (150000-250000 км), плазма течет вдоль линий магнитного поля со скоростью до 700 км/с.

Хромосферная сетка наблюдается в ультрафиолетовой части спектра в хромосфере в виде покрывающей солнечный диск совокупности крупных ячеек размерами 2-3× 10 4 км, внутри которых газ растекается от центра со скоростью 0,3 - 0,4 км/с к границам ячейки, где магнитное поле усиливается. Среднее "время жизни" отдельной ячейки- до нескольких суток.

Солнечные хромосферные вспышки возникают в группах пятен с противоположным направлением магнитных полей при их взаимном уничтожении (аннигиляции). Механизм их возникновения таков: меж пятнами разной полярности возникает нейтральный слой, магнитная индукция в котором равна нулю; при определенных условиях в нем может возникнуть обусловленный движением электронов и ионов плазмы электрический ток, нагревающий плазму за счет энергии магнитного поля. Поскольку плазма имеет очень небольшое сопротивление, в обычных условиях ее нагрев в нейтральном слое незначителен, но поля "выдавливают" плазму в нейтральный слой и сжимают его. По мере сжатия нейтрального слоя растет скорость частиц – носителей тока; электроны ускоряются сильнее массивных ионов. Плазма становится неоднородной, в ней возникают турбулентные движения, завихрения, возрастают электрическое сопротивление и температура плазмы (до 10 7 К). В области размерами до 1000 км выделяется до 10 22 -10 25 Дж/с энергии (как при одновременном взрыве миллиардов термоядерных бомб). При вспышке образуется большое коронарное облако с температурой 2-3× 10 7 К (до 10 8 К). Вспышки (до 10 в сутки) порождают мощное ультрафиолетовое, рентгеновское и радиоизлучение, выброс заряженных частиц со скоростью до 30000 км/с - солнечные космические лучи.

В вершинах гранул ежеминутно наблюдаются тысячи и десятки тысяч кратковременных вспышек - блинкеров ("мигалок") мощностью до 10 3 МВт и размерами до 10 4 км. Возможно, именно они порождают солнечный ветер и передают часть энергии от "холодной" фотосферы "горячей" короне.

В глубине хромосферы, в 1500-2500 км над фотосферой в основаниях отдельных коронарных петель, возникающих в активных областях после солнечных вспышек, в течение десятков часов наблюдаются "губчатые" образования – " солнечный мох ", где раскаленная до10 7 К плазма сильно и внешне беспорядочно "перемешана" с относительно "холодным" (до 6000 К) солнечным веществом.

В районе солнечных полюсов наблюдаются мощные вихри и смерчи - восходящие потоки солнечного вещества со скоростью круговых движений до 500000 км/ч.

Количественная характеристика солнечной активности - числа Вольфа - определяется по формуле: W = 10 g +f , где g - количество групп пятен, f - количество всех наблюдаемых пятен. Другими, более точными индикаторами солнечной активности являются суммарная площадь пятен и интенсивность солнечного радиоизлучения (l = 0,107 м).

Солнечный цикл – периодический процесс появления и развития на всей поверхности Солнца активных областей, обусловленных "всплыванием" в атмосферу сильных магнитных полей.

Средний промежуток между двумя максимумами солнечной активности равен 11,1 года.

Во время минимума солнечной активности для внешнего наблюдателя корона "сжимается" у полюсов, над которыми видны лишь тонкие лучи – коронарные щеточки. Иногда в течение недель в минимуме солнечной активности в фотосфере не наблюдается ни единого пятна.

В начале цикла на широтах ± 30 0 появляются отдельные мелкие солнечные пятна. Период роста активности занимает около 4,2 лет. В это время растет число и размеры отдельных пятен и групп пятен, зона их появления спускается к солнечному экватору до ± 15 0 в данном максимуме активности. В солнечной короне над центрами активности в средних широтах развиваются мощные длинные коронарные лучи. В максимуме активности число Вольфа превышает 150-200 единиц. Солнечная корона приобретает "растрепанную" сферическую форму. Концентрация рентгеновского и коротковолнового излучения в 3-4 раза выше, чем в минимуме.

Далее происходит 7-летний спад активности, в котором зона появления солнечных пятен спускается к экватору Солнца до широт ± 8 0 ; затем после недолгого затишья на широтах ± 30 0 образуются пятна нового цикла.

Обычно комплекс явлений солнечной активности протекает в следующей последовательности: с усилением магнитного поля при всплывании трубки магнитного потока в фотосфере появляется расширяющееся, увеличивающее свою яркость факельное поле. Сутки спустя в нем возникают и развиваются крохотные поры , постепенно разрастающиеся в черные пятна и группы пятен: через 10 суток их размеры возрастают до 10000 км. В хромосфере и короне происходят бурные процессы. Затем активность области постепенно уменьшается: через 2-3 месяца исчезают пятна; но долго, месяцами над этим местом своеобразным памятником будет висеть огромный протуберанец, и лишь через год активная исчезает полностью.

В течение данного цикла все ведущие солнечные пятна в Северном полушарии имеют одну и ту же полярность, а в Южном полушарии – противоположную. В последующем цикле полярности меняют свой знак. Полярные магнитные поля имеют наибольшую напряженность, в эпоху минимума активности и исчезают, меняя знак у полюсов, в эпохи максимумов. Возврат к прежней магнитной ситуации происходит через 22 года, обуславливая существование 22-летнего цикла. Отставание по фазе явлений в высоких и низких широтах ведет к отставанию на 5 лет явлений, связанных с высокоширотным магнитным полем Солнца и их воздействием на магнитосферу Земли.

В.И. Вернадский, говоря о факторах, влияющих на развитие биосферы, указывал среди прочих и космическое влияние. Так, он подчеркивал, что без космических светил, в частности без Солнца, жизнь на Земле не могла бы существовать. Живые организмы трансформируют космическое излучение в земную энергию (тепловую, электрическую, химическую, механическую) в масштабах, определяющих существование биосферы.

Содержание

Введение
Глава 1. Гелиобиология – наука о солнечных истоках жизни.
Глава 2. Солнечные факторы эволюции живой природы планеты.
2.1 Влияние солнечной активности на биосферу
2.2 Циклы солнечной активности и биоритмы
2.3 Концепция Чижевского
Заключение

Вложенные файлы: 1 файл

Солнечная деятельность и биосфера.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Владимирский государственный университет

Институт прикладной математики и информатики, био- и нанотехнологий

Приняла: Пронина Е. Л.

Глава 1. Гелиобиология – наука о солнечных истоках жизни.

Глава 2. Солнечные факторы эволюции живой природы планеты.

2.1 Влияние солнечной активности на биосферу

2.2 Циклы солнечной активности и биоритмы

2.3 Концепция Чижевского

Благодаря взаимосвязи всего существующего Космос оказывает активное влияние на самые различные процессы жизни на Земле.

На существенную роль Космоса в появлении жизни на Земле указывал шведский ученый, Нобелевский лауреат С. Аррениус. По его мнению, занос жизни из Космоса на Землю был возможен в виде бактерий благодаря космической пыли и энергии. Не исключал возможности появления жизни на Земле из Космоса и В.И.Вернадский.

Влияние Космоса на происходящие на Земле процессы люди подметили еще в древности. Однако многие века связь Космоса с Землей осмысливалась чаще на уровне научных гипотез и догадок или вообще вне рамок науки. Во многом это было обусловлено ограниченными возможностями человека, научной базы и имеющегося инструментария. В XX столетии знания о влиянии Космоса на Землю существенно пополнились. Так, в начале ХХ века появилась наука гелиобиология.

ГЛАВА 1. ГЕЛИОБИОЛОГИЯ – НАУКА О СОЛНЕЧНЫХ ИСТОКАХ ЖИЗНИ

Гелиобиология — раздел биофизики, изучающий влияние изменений активности Солнца на земные организмы.

Основоположником гелиобиологии считается советский учёный А. Л. Чижевский. До Чижевского на связь между колебаниями активности Солнца и различными проявлениями жизнедеятельности у обитателей Земли указывали шведский учёный С. Аррениус и другие. Было показано (в частности, в работах Чижевского) что изменения солнечной активности влияют на скорость роста годичных древесных колец, урожайность зерновых, размножение и миграцию насекомых, рыб и других животных, возникновение и обострение ряда заболеваний у человека и животных. Казанский врач-бактериолог С. Т. Вельховер обнаружил изменения окрашиваемости и болезнетворности некоторых микроорганизмов при солнечных вспышках. Энтомолог Н. С. Щербиновский отметил, что периодичность налётов саранчи соответствует 11-летнему солнечному циклу. Гематолог Н. А. Шульц установил влияние перепадов активности Солнца на число лейкоцитов в крови человека и относительный лимфоцитоз. [ Итальянский физико-химик Дж. Пиккарди обнаружил влияние различных физических факторов, и в частности изменений активности Солнца, на состояние коллоидных растворов. Японский гематолог М. Таката разработал пробу на осаждение белков крови, чувствительную к изменениям активности Солнца. Французский врач М. Фор и другие показали, что учащение внезапных смертей и обострений хронических заболеваний связано с повышением солнечной активности.

Исследования по гелиобиологии изучают связь между изменениями определённого биологического показателя с активностью Солнца и воздействие условий, моделирующих отдельные факторы солнечной активности на различные биологические объектах. Гелиобиология тесно связана с другими отраслями биологии: медициной, космической биологией, астрономией, физикой. Основная задача гелиобиологии — выяснить, какие факторы активности Солнца влияют на живые организмы и каковы характер и механизмы этих влияний.

В качестве одного из возможных агентов, связывающих изменения солнечной активности и биосферу, рассматриваются вариации магнитного поля Земли.

ГЛАВА 2. СОЛНЕЧНЫЕ ФАКТОРЫ ЭВОЛЮЦИИ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ ПЛАНЕТЫ

2.1 Влияние солнечной активности на биосферу

Космические факторы, влияющие на биогеохимические процессы и на климат Земли, определяются ее пространственным расположением относительно Солнца (наклон земной оси к плоскости орбиты Земли), расстоянием Земли от Солнца, условиями прохождения солнечных лучей и главным образом процессами, происходящими на Солнце, которые называют в целом солнечной активностью. Поэтому изучение ее и установление природы солнечно-земных связей имеет огромное значение буквально для всех процессов, протекающих на Земле. Основой солнечно-земных связей является влияние солнечной активности на неустойчивость тех процессов, которые проходят на Земле, в ее атмосфере и околоземном космическом пространстве. В работах Шелепина рассмотрены механизмы воздействия излучения Солнца на магнитосферу, тропосферу, гидросферу, литосферу и биосферу Земли и дана общая схема солнечно-земных связей.

2.2 Циклы солнечной активности и биоритмы

Система биоритмов. Биоритм представляет собой колебания интенсивности или скорости какого-либо биологического процесса через приблизительно равные промежутки времени.

Биоритмы охватывают диапазон периодов от долей секунды (на клеточном уровне) до нескольких лет (на уровне целостного организма) и образуют единую автоколебательную систему.

Каждый элемент этой системы (отдельный циклический процесс) является частью целого – единой системы биоритмов, в которой все процессы согласованы между собой и с внешними условиями.

Природные ритмы. Среда, в которой протекает жизнь, представляет собой автоколебательную систему, периодически изменяющиеся условия которой оказывают на организм регулирующее воздействие. О том, как это происходит, мы расскажем далее, здесь рассмотрим два вопроса. Какие ритмы существуют в живой и неживой природе? Каким образом изменение космических условий оказывает влияние на земную жизнь?

Прежде всего, постоянно меняется сила гравитации (тяготения, притяжения), которая действует на Землю со стороны всех объектов Солнечной системы. Под действием этой силы возникают приливы в морях и океанах, изменяется состояние атмосферы. Циклы, полученные из взаимного расположения планет, продолжительностью 19, 23, 26, 39, 53 и 78 месяцев имеют свое отражение как в земных процессах, так и в живых существах.

Имеются и более длительные циклы – десятки и сотни лет.

Расположение планет влияет на солнечную активность, а изменение солнечной активности вызывает возмущение магнитного поля Земли. На живые организмы оказывают влияние как процессы, непосредственно связанные с солнечной активностью (колебания уровня радиации), так и процессы, вызванные магнитными бурями. В изменении солнечной активности имеются циклы: 7.8, 11.6, 12.6, 15, 17, 33 года и более. Кроме того, период обращения Солнца вокруг своей оси составляет 27 земных суток. С такой периодичностью протекает и ряд процессов в живой природе Земли.

Особенность влияния Луны на земную жизнь состоит в том, что она находится близко к Земле. Поэтому движение Луны оказывает на земные процессы большое влияние, задавая ритмы, равные 23, 28 и 29.5 суток. Земля вращается вокруг своей оси и движется по орбите вокруг Солнца, что является источником суточных и годичных ритмов. В атмосфере и биосфере Земли прослеживаются самые разнообразные суточные, лунные (месячные) и годичные периодические процессы. Особое значение для всего живого, как было установлено, имеют: суточный световой режим (изменение освещенности в течение суток и длины дня в течение года) и годичные колебания температуры, которые являются важными регуляторами суточного и годичного жизненных циклов.

Поскольку было установлено, что эти процессы происходят циклически, то естественно было бы ожидать их проявления в цикличности процессов на Земле. Такие связи были отмечены различными учеными в областях их профессиональной деятельности - в изменении климата, оледенениях, сезонных изменениях растительности, вспышках болезней и т.д. Однако только с работ нашего великого естествоиспытателя А.Л. Чижевского, впервые систематически изучавшего влияние космических факторов на земные процессы в широком диапазоне явлений, можно говорить о новом глобальном подходе к изучению глобальной эволюции Земли как в естественно-природном, так в социально-культурном развитии.

2.3 Концепция Чижевского

Установление А.Л. Чижевским влияния космических факторов на земные процессы поставило его в один ряд как с пионерами космического естествознания К.Э. Циолковским и В.И. Вернадским, так с другими выдающимися русскими космистами, в работах которых отражены взаимосвязи Космоса, биосферы и человека. Следует отметить и непосредственный интерес А.Л. Чижевского к освоению космического пространства, многолетнюю его дружбу с К.Э. Циолковским и посильную поддержку, которую А.Л. Чижевский ему оказывал.

Циклы солнечной активности. Влияние Солнца на Землю: энергия солнечного света; межпланетные магнитные поля; бомбардировка энергичными частицами. Земные проявления солнечной активности; гелиобиология; изменения климата. Активность солнца и здоровье людей.

Рубрика	Биология и естествознание
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	22.12.2013
Размер файла	29,5 K

Подобные документы

Современные представления о Солнце. Солнечный ветер и солнечная радиация. Магнитные бури и их влияние на биосферу. Идеи Чижевского о пульсации Вселенной и Солнца. Энергия, излучаемая Солнцем. Изменения солнечной активности. Напряженность магнитного поля.

реферат [27,8 K], добавлен 27.08.2012

Солнечная атмосфера. Состав солнца. Источники энергии. Солнечно-земные связи. Важнейшие проявления и индексы солнечной активности. Влияние солнечной активности на человека. Причины возникновения корональных дыр и солнечных пятен. Волновое излучение.

курсовая работа [64,4 K], добавлен 14.06.2014

Влияние процессов, происходящих на Солнце, на синхронизацию хода всемирной истории. Доказательства синхронности колебаний солнечной активности и всемирно-исторических процессов, полученные А.Л. Чижевским. Влияние солнечной активности на поведения людей.

доклад [18,9 K], добавлен 16.04.2014

Исследование влияния солнечной активности и света на жизнь животных, человека и растительный мир планеты. Характеристика взаимосвязи между активностью Солнца, нервной системой человека, ростом эпидемий и увеличением смертности среди народонаселения.

реферат [24,9 K], добавлен 13.05.2011

Методы определения возраста Солнца, Звезд, диапазона временных интервалов во вселенной. Особенности современной научной картины мира и ее отличия от классической теории. Способы распрастранения солнечной энергии на Земле. Проявление солнечного ветра.

контрольная работа [36,6 K], добавлен 22.11.2010

Понятие биосферы, начальный этап зарождения гелиобиологии. Вклад А.Л. Чижевского в гелиобиологию. Обнаружение связи количества пятен на Солнце с происходящим на Земле. Этапы солнечной активности по А.Л. Чижевскому. Решающие циклы деятельности Солнца.

реферат [46,2 K], добавлен 09.01.2013

Изучение понятий магнитного поля Земли, ионизации земной атмосферы, полярного сияния и изменения электрического потенциала. Исследование Чижевским (основоположником гелиобиологии) влияния солнечной активности на динамику сердечно-сосудистых заболеваний.

В настоящее время все больше людей нашей планеты осознают влияние солнечной активности на многие процессы, идущие на Земле, непосредственно определяющие условия жизни и здоровье людей. Так возникла идея исследовать влияние солнечной активности на Землю.

2. Объект и предмет исследования

Объект исследования : Солнце

Предмет исследования : солнечная активность

3. Цель исследования

Определить влияние солнечной активности на многие процессы, идущие на Земле, непосредственно определяющие условия жизни и здоровье людей.

Сопоставить пики солнечной активности с событиями, имеющими общественное значение в мировой истории.

5. Основные методы исследования

Анализ содержания физико – астрономической литературы

5.1.2. Общие сведения

Проходя сквозь атмосферу Земли, солнечное излучение теряет в энергии примерно 370 Вт/м², и до земной поверхности доходит только 1000 Вт/м² (при ясной погоде и когда Солнце находится в зените). Эта энергия может использоваться в различных естественных и искусственных процессах. Самая заметная вариация в видимом положения Солнца на небе – его колебание вдоль направления север – юг с амплитудой 47° (вызванное наклоном плоскости эклиптики к плоскости небесного экватора, равным 23,5°). Существует также другая компонента этой вариации, направленная вдоль оси восток – запад и вызванная увеличением скорости орбитального движения Земли при её приближении к перигелию и уменьшением – при приближении к афелию. Первое из этих движений (север – юг) является причиной смены времён года.

Земля проходит через точку афелия в начале июля и удаляется от Солнца на расстояние 152 млн км., а через точку перигелия – в начале января и приближается к Солнцу на расстояние 147 млн км. Видимый диаметр Солнца между этими двумя датами меняется на 3 процента. Поскольку разница в расстоянии составляет примерно 5 млн. км, то в афелии Земля получает примерно на 7% меньше тепла. Таким образом, зимы в северном полушарии немного теплее, чем в южном, а лето немного прохладнее.

Солнце – магнитноактивная звезда. Она обладает сильным магнитным полем, напряжённость которого меняется со временем, и которое меняет направление приблизительно каждые 11 лет, во время солнечного максимума. Вариации магнитного поля Солнца вызывают разнообразные эффекты, совокупность которых называется солнечной активностью и включает в себя такие явления как солнечные пятна, солнечные вспышки, вариации солнечного ветра и т. д., а на Земле вызывает полярные сияния в высоких и средних широтах и геомагнитные бури, которые негативно сказываются на работе средств связи, средств передачи электроэнергии, а также негативно воздействует на живые организмы, вызывая у людей головную боль и плохое самочувствие. Предполагается, что солнечная активность играет большую роль в формировании и развитии Солнечной системы. Она также оказывает влияние на структуру земной атмосферы.

5.1.3. Жизненный цикл

Текущий возраст Солнца (точнее – время его существования на главной последовательности), оценённый с помощью компьютерных моделей звёздной эволюции, равен приблизительно 4,57 миллиарда лет. Звезда такой массы, как Солнце, должна существовать на главной последовательности в общей сложности примерно 10 миллиардов лет. Таким образом, сейчас Солнце находится примерно в середине своего жизненного цикла. На современном этапе в солнечном ядре идут термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Каждую секунду в ядре Солнца около 4 миллионов тонн вещества превращается в лучистую энергию, в результате чего генерируется солнечное излучение и поток солнечных нейтрино.

5.1.4. Внутреннее строение Солнца

Строение Солнца. В центре Солнца находится солнечное ядро. Фотосфера – это видимая поверхность Солнца, которая и является основным источником излучения. Солнце окружает солнечная корона, которая имеет очень высокую температуру, однако она крайне разрежена, поэтому видима невооружённым глазом только в периоды полного солнечного затмения.

Центральная часть Солнца радиусом примерно 150 000 километров, называется солнечным ядром, в которой идут термоядерные реакции. Плотность вещества в ядре составляет примерно 150 000 кг/м³ (в 150 раз выше плотности воды и в ~6,6 раз выше плотности самого тяжёлого металла на Земле — осмия), а температура в центре ядра – более 14 миллионов градусов. Анализ данных, проведённый миссией SOHO, показал, что в ядре скорость вращения Солнца вокруг своей оси значительно выше, чем на поверхности. В ядре осуществляется протонная термоядерная реакция, в результате которой из четырёх протонов образуется гелий-4. При этом каждую секунду в энергию превращаются 4,26 миллиона тонн вещества, однако эта величина ничтожна по сравнению с массой Солнца – 2·10 27 тонн.

Зона лучистого переноса

Над ядром, на расстояниях около 0,2 – 0,7 радиуса Солнца от его центра, находится зона лучистого переноса, в которой отсутствуют макроскопические движения, энергия переносится с помощью переизлучения фотонов.

Конвективная зона Солнца

Ближе к поверхности Солнца возникает вихревое перемешивание плазмы, и перенос энергии к поверхности совершается преимущественно движениями самого вещества. Такой способ передачи энергии называется конвекцией, а подповерхностный слой Солнца, толщиной примерно 200 000 км, где она происходит – конвективной зоной. По современным данным, её роль в физике солнечных процессов исключительно велика, так как именно в ней зарождаются разнообразные движения солнечного вещества и магнитные поля.

Фотосфера (слой, излучающий свет) достигает толщины ~320 км и образует видимую поверхность Солнца. Из фотосферы исходит основная часть оптического (видимого) излучения Солнца, излучение же из более глубоких слоёв до неё уже не доходит. Температура в фотосфере достигает в среднем 5800 К. Здесь средняя плотность газа составляет менее 1/1000 плотности земного воздуха, а температура по мере приближения к внешнему краю фотосферы уменьшается до 4800 К. Водород при таких условиях сохраняется почти полностью в нейтральном состоянии.

Хромосфера (от др.-греч. χρομα – цвет, σφαίρα – шар, сфера) – внешняя оболочка Солнца толщиной около 10 000 км, окружающая фотосферу. Происхождение названия этой части солнечной атмосферы связано с её красноватым цветом, вызванным тем, что в её видимом спектре доминирует красная H-альфа линия излучения водорода. Верхняя граница хромосферы не имеет выраженной гладкой поверхности, из неё постоянно происходят горячие выбросы, называемые спикулами (из-за этого в конце XIX века итальянский астроном Секки (англ.), наблюдая хромосферу в телескоп, сравнил её с горящими прериями). Температура хромосферы увеличивается с высотой от 4000 до 15 000 градусов.

Из внешней части солнечной короны истекает солнечный ветер – поток ионизированных частиц (в основном протонов, электронов и α-частиц), имеющий скорость 300—1200 км/с и распространяющийся, с постепенным уменьшением своей плотности, до границ гелиосферы.

Многие природные явления на Земле связаны с возмущениями в солнечном ветре, в том числе геомагнитные бури и полярные сияния.

Корона – последняя внешняя оболочка Солнца. Несмотря на её очень высокую температуру, от 600 000 до 5 000 000 градусов, она видна невооружённым глазом только во время полного солнечного затмения, так как плотность вещества в короне мала, а потому невелика и её яркость.

Магнитные поля Солнца

5.1.5. Солнечная активность и солнечный цикл

Ядерные реакции, происходящие в ядре Солнца, приводят к образованию большого количества электронных нейтрино. Предлагалось два главных пути решения проблемы солнечных нейтрино. Во-первых, можно было модифицировать модель Солнца таким образом, чтобы уменьшить предполагаемую температуру в его ядре и, следовательно, поток излучаемых Солнцем нейтрино. Во-вторых, можно было предположить, что часть электронных нейтрино, излучаемых ядром Солнца, при движении к Земле превращается в нерегистрируемые обычными детекторами нейтрино других поколений (мюонные и тау-нейтрино). Сегодня понятно, что правильным, скорее всего, является второй путь.

Проблема нагрева короны

Предполагается, что энергия для нагрева короны поставляется турбулентными движениями подфотосферной конвективной зоны. При этом для переноса энергии в корону предложено два механизма. Во-первых, это волновое нагревание – звук и магнитогидродинамические волны, генерируемые в турбулентной конвективной зоне, распространяются в корону и там рассеиваются, при этом их энергия переходит в тепловую энергию корональной плазмы. Альтернативный механизм – магнитное нагревание, при котором магнитная энергия, непрерывно генерируемая фотосферными движениями, высвобождается путём присоединения магнитного поля в форме больших солнечных вспышек или же большого количества мелких вспышек.

5.1.6. История наблюдений за Солнцем

С самых ранних времён человечество отмечало важную роль Солнца – яркого диска на небе, несущего свет и тепло. Во многих доисторических и античных культурах Солнце почиталось как божество. Культ Солнца занимал важное место в религиях цивилизаций Египта, инков, ацтеков. Многие древние памятники связаны с Солнцем: например, каменные мегалиты, точно отмечают положение летнего солнечного солнцестояния (одни из крупнейших мегалитов такого рода находятся в Набта-Плайя (Египет) и в Стоунхендже (Англия)), пирамиды в Чечен-Ице (Мексика) построены таким образом, чтобы тень от земли скользила по пирамиде в дни весеннего и осеннего равноденствий, и т. д. Древнегреческие астрономы, наблюдая видимое годовое движение Солнца вдоль эклиптики, считали Солнце одной из семи планет. В некоторых языках Солнцу, наравне с планетами, посвящён день недели.

Солнце – далеко не самая мощная звезда из всех существующих, но оно находится относительно близко к Земле и поэтому светит очень ярко – в 500 000 раз ярче полной Луны. Поэтому невооружённым глазом, а тем более в бинокль или телескоп, смотреть на Солнце днём крайне опасно – это наносит необратимый вред зрению. Наблюдения Солнца невооружённым глазом без урона зрению возможны лишь на восходе или закате (тогда блеск Солнца ослабевает в несколько тысяч раз), или днём с применением светофильтров. При любительских наблюдениях в бинокль или телескоп также следует использовать затемняющий светофильтр, помещённый перед объективом. Однако лучше пользоваться другим способом – проецировать солнечное изображение через телескоп на белый экран. Даже с маленьким любительским телескопом можно таким образом изучать солнечные пятна, а в хорошую погоду увидеть грануляцию и факелы на поверхности Солнца.

5.1.7. Солнце и Земля

Земная поверхность и нижние слои воздуха – тропосфера, где образуются облака и возникают другие метеорологические явления, непосредственно получают энергию от Солнца. Солнечная энергия постепенно поглощается земной атмосферой по мере приближения её к поверхности Земли – далеко не все виды излучения, испущенного Солнцем, попадают на Землю. На Землю доходит только 40 % солнечного излучения, 60 % излучения же отражаются и уходят обратно в космос. В настоящее время наблюдается тенденция к увеличению поглощаемого Землёй количества солнечного тепла по причине увеличения количества в атмосфере Земли парниковых газов. Под действием солнечного света на Земле происходят такие грандиозные природные явления, как дождь, снег, град, ураган. Происходит перемещение огромного количества воды на Земле, действуют такие океанические течения, как Гольфстрим, Течение западных ветров и т. д. Происходит интенсивное испарение влаги, которая затем охлаждается и выпадает в виде дождя. Не будь всего этого – на Земле не было бы жизни.

Под действием солнечного тепла образуются облака, бушуют ураганы, дует ветер, существуют волны на море, а также происходят медленные, но необратимые процессы выветривания, эрозии горных пород. Все эти явления и делают нашу планету настолько разнообразной, неповторимой и красивой. Все эти процессы на Земле происходят за счёт воздействия на Землю не всех видов солнечного излучения, а только некоторыми его видами – это, в основном, видимое излучение и инфракрасное. Именно воздействие последнего вида излучения нагревает Землю и создаёт погоду на ней, определяет тепловой режим планеты.

Помимо этого в атмосферу земли проникает поток ионизированных частиц (в основном гелиево-водородной плазмы), истекающий из солнечной короны со скоростью 300 – 1200 км/с в окружающее космическое пространство (Солнечный ветер).

Множество природных явлений связано с солнечным ветром, в том числе магнитные бури, полярные сияния и различная форма кометных хвостов, всегда направленных от Солнца.

5.1.8. Число Вольфа

График среднемесячных чисел Вольфа за последние месяцы наблюдения Солнца

Число́ Вольфа (международное число солнечных пятен, относительное число солнечных пятен, цюрихское число) – названный в честь швейцарского астронома Рудольфа Вольфа числовой показатель количества пятен на Солнце. Является одним из самых распространённых показателей солнечной активности.

5.1.9. Экспериментальная часть

Цель работы: определить период, частоту и амплитуду солнечной активности.

Приборы и материалы: миллиметровая бумага, таблицы среднегодовых и среднемесячных чисел Вольфа.

Задание: используя таблицы чисел Вольфа, построить зависимость числа времени от года и рассчитать амплитуду, частоту и период солнечной активности, исследовать влияние солнечной активности на исторические процессы на Земле.

Максимумы солнечной активности приходятся на периоды

1914 г.
1925 г.
1936 г.
1947 г.
1958 г.
1969 г.
1980 г.
1991 г.
2002 г.
2013 г.

2 августа – массовое убийство в Болонье – 85 погибших в результате теракта на железнодорожном вокзале города Болонья, Италия.
12 сентября – военный переворот в Турции.
22 сентября – начало ирано-иракской войны.
2 октября – Мохаммед Али проиграл бой против Ларри Холмса в Лас-Вегасе, штат Невада.
21 ноября – техногенная катастрофа на озере Пенёр.

Август 1991 путч ГКЧП;
Война в Афганистане

5.1.10. Основные характеристики

от Земли 1,496×10 11 м (8,31 световых минут)

Видимая звёздная величина (V) −26,74 m

Абсолютная звёздная величина 4,83 m

Спектральный класс G2V

Расстояние от центра Галактики ~2,5×10 20 м (26 000 световых лет)

Расстояние от плоскости Галактики ~ 4,6×10 17 м (48 световых лет)

Галактический период обращения 2,25−2,50×10 8 лет

Скорость ~2,2×10 5 м/с (на орбите вокруг центра Галактики) 2×10 4 м/с (относительно соседних звёзд)

Средний диаметр 1,392×10 9 м (109 диаметров Земли)

Экваториальный радиус 6,955×10 8 м.

Температура короны ~1 500 000 C.

Температура ядра ~13 500 000 C°.

Яркость 2,009x107 Вт/м²/ср.

6. Результаты социологического опроса

Знаете ли вы о влиянии солнечной активности на:

б) здоровье человека;

в) катастрофы на планете.

Опрошено 57 учащихся

7. Анализ влияния солнечной активности на климат Земли

Земля погружена во внешнюю исключительно подвижную атмосферу Солнца и, следовательно, подвергается сильному влиянию солнца, возможен солнечный шторм.

Эпидемиологическая ситуация по острым респираторным вирусным инфекциям и гриппу в Российской Федерации.

Санитарно-эпидемиологическое состояние городов Хабаровска и Вяземского района по заражению и профилактике микроплазменной инфекции.

Санитарно-эпидемиологическая заболеваемость в Комсомольском районе.

Под действием солнечного света на Земле происходят такие грандиозные природные явления, как дождь, снег, град, ураган. Происходит перемещение огромного количества воды на Земле.

Под действием солнечной энергии образуются облака, бушуют ураганы, дует ветер, существуют волны на море, а также происходят медленные, но необратимые процессы выветривания, эрозии горных пород.

8. Факторы, характеризующие солнечную активность

Первым фактором, характеризующим солнечную активность, является наличие Солнечных пятен.

Вторым фактором, характеризующим солнечную активность, является наличие Солнечных вспышек.

Третьим фактором, характеризующим солнечную активность, является наличие Солнечных протуберанцев.

9. Влияние солнечной активности на биосферу Земли

След протуберанцев повторяется на годовом кольце деревьев, значит, по годовым кольцам на спиле дерева можно примерно определить время вспышки солнечной активности.

10. Экспериментальная проверка

Анализ лабораторных работ по исследованию солнечной активности.

На диаграмме показано исследование солнечной активности на закрытой местности и на открытой местности. Как видно из диаграммы солнечная активность попадает равномерно в помещение, а на открытой местности за несколько секунд проявлялось более 4 вспышек на землю.

11. Данные мониторинга солнечной активности

В начале 11-летнего цикла солнечной активности, после минимума W:

Пятна появляются вдали от экватора Солнца, на широтах примерно 30 ° .
В течение цикла зона пятен спускается до 15 ° в максимуме и до 8 ° следующем минимуме.
Далее на высотах более 30 ° образуются новые группы пятен.
Скорость солнечного ветра 300-1200км/с
Характеристики солнечного ветра: Плотность потока протонов 2,4*10 8 см.

Напряжение электромагнитного поля 0,3 В/см -2

Считается, что Солнце опасно для Земли и Человечества, когда на нем появляется много пятен – темных областей, связанных с очень сильным магнитным полем. Они обычно появляются в периоды максимума солнечной активности. И тогда к Земле несутся интенсивные потоки опасных частиц. В нашей исследовательской работе мы ставили цель: определить влияние солнечной активности на многие процессы, идущие на Земле, непосредственно определяющие условия жизни и здоровье людей, и наши исследования это подтвердили.

Читайте также: