Земной шар находится в мировом пространстве, температура
которого равна абсолютному нулю — 273° мороза. Температура поверхности земного
шара в разных местах различна, но в среднем равняется 16° тепла.
Тепло, приходящее к земной поверхности из более глубоких
слоев земной коры, может повысить температуру поверхности земли на сотые доли
градуса. Единственным источником повышения температуры земного шара выше
температуры мирового пространства являются солнечные лучи.
Солнце, находясь в среднем на расстоянии 150 000 000 километров от земли и составляя в поперечнике 1 500 000 километров, имеет на поверхности температуру 6000°, испускает во все стороны колоссальное количество лучистой энергии. Ничтожное количество этой энергии, всего двухбиллионная часть, падает на поверхность земного шара, и только этой лучистой энергии мы обязаны почти всем движениям, происходящим в газообразной и жидкой оболочке земного шара. Обязаны развитию жизни на земле. Отдел геофизики, занятый изучением лучистой энергии в естественных условиях, называется актинометрией.
Тепло солнечной лучистой энергии приходит к нам в виде
солнечных лучей и в виде солнечной радиации, рассеянной облаками и атмосферой.
Достигая земной поверхности, лучистая энергия отчасти отражается от нее,
отчасти поглощается ею, вследствие чего происходит нагревание земной
поверхности. Нагревшись, земная поверхность становится сама источником
излучения и теряет часть своего тепла, излучая его в мировое пространство.
 |
| Измерение радиации, рассеянной облаками. |
Количество солнечного тепла, доходящего до земной поверхности, зависит от высоты солнца над горизонтом, прозрачности атмосферы, продолжительности дня и ночи. Количество тепла, уходящего от земной поверхности, зависит, главным образом, от облачности и прозрачности атмосферы. Все эти причины часто меняются, и вычислить тепловой баланс для какой-нибудь точки земного шара очень трудно.
Одна из основных задач актинометрических станций в Арктике —
подсчеты этого баланса. В актинометре Михельсона, которым измеряют радиацию, основную
часть составляет тонкая, в несколько сотых миллиметра, пластинка, составленная
из двух металлов с различным коэффициентом расширения (большим и малым). Такая
пластинка под действием солнечных лучей изгибается. Чем сильнее греет солнце,
тем сильнее изгибание, составляющее сотые доли миллиметра и измеряемое
микроскопом. Актинометр конструкции московского профессора Михельсона — очень
точный и простой в обращении прибор.
 |
| Самая северная актинометрическая станция мира. Находится в бухте Тихой. |
Работа с этим прибором на наших полярных станциях позволила измерить величины радиации солнца, а по ним вычислить и коэффициент прозрачности атмосферы. Вычисления показали, что нигде нет такого прозрачного воздуха, как в Арктике. Объясняется это тем, что в Арктике отсутствует пыль и очень мало водяных паров, которые поглощают инфракрасную радиацию солнца.
Актинометр Михельсона не дает еще всех нужных данных. Нам
надо подсчитать, сколько тепла приходит от солнца за сутки, за декаду, за
месяц, а это можно сделать только, имея не отдельные измерения, а непрерывную
запись. На наших полярных станциях для этого имеются актинографы, которые ведут
непрерывную запись прихода солнечной радиации.
В термоэлектрической батарее прибора, нагреваемой солнечными
лучами, получается электрический ток, который регистрируется. Возникающие
термотоки измеряются десятимиллионными долями ампера и должны записываться
точными гальванометрами, которые боятся тряски и изменений температуры.
Следовательно, гальванометр должен находиться внутри помещения, термобатарея
— снаружи.
Солнечные лучи должны все время падать перпендикулярно на
термобатарею, а так как вследствие вращения земли вокруг своей оси нам кажется,
что солнце перемещается по небесному своду с востока на запад, то надо
перемещать и термобатарею. Для этого термобатарею, поглощающую солнечные лучи,
помещают в трубку, которую укрепляют на часовом механизме; последний
поворачивает трубку вокруг оси мира с востока на запад с такой же скоростью, с
какой поворачивается с запада на восток земля. Такой прибор — гелиостат —
позволяет держать батарею непрерывно направленной на солнце.
 |
| Гелиостат— прибор автоматически направляющий на солнце термоэлектрическую батарею. |
В безоблачную погоду хорошо видно, что трубка гелиостата направлена прямо на солнце, в пасмурную погоду мы заметим, что трубка смотрит на какое-то место небесного свода. Достаточно разойтись облакам, чтобы мы увидели, что трубка была направлена на то место небосвода, где находится солнце.
Получаемый под действием солнечных лучей термоэлектрический
ток идет по проводам в помещение, где установлен пишущий гальванометр. Чем ярче
светит солнце, тем сильнее полученный термоток, тем больше отклоняется стрелка
гальванометра.
На кончике стрелки имеется коническое перо, наполненное
медленно высыхающими чернилами. Через каждые 2 минуты специальное
приспособление прижимает перышко, и на бумаге получается маленькая точка.
Бумага надета на барабан, который с помощью часового механизма делает один
оборот в течение суток. Таким образом за каждые сутки получается запись
солнечной радиации. Обрабатывая такую запись, можно вычислить, сколько тепла
солнечной радиации мы получили за сутки, за месяц. Кроме тепла от прямых
солнечных лучей мы имеем приход тепла и в виде радиации, рассеянной атмосферой
и облаками.
 |
| Часовой механизм приводит в движение барабан. Каждые две минуты перо производит регистрацию тепла солнечной радиации. |
В Арктике в виду большой облачности солнечная радиация бывает редко, зато мы имеем большой приход рассеянной радиации. Наши работы показали, что в июне-июле благодаря непрерывному полярному дню на Земле Франца-Иосифа солнечной и рассеянной радиации вместе взятых больше, чем во многих пунктах нашего Союза, например, в Ленинграде, Москве, Феодосии, Кисловодске.
Для изучения рассеянной радиации применяются пиранометры
Янишевского. Пиранометр состоит из
термобатареи манганин-константан; одни спаи зачернены, другие — побелены. Под
действием рассеянной радиации черные поверхности нагреваются больше, чем белые;
получается термоэлектрический ток, который по проводам идет к гальванометру,
если производятся измерения радиации, или к описанному выше гальванографу для
регистрации. Для изучения уходящей радиации применяются пиргеометры.
 |
| Пиранометр Янишевского приспособлен для измерения радиации небесного свода и облаков. |
Солнечная и рассеянная радиации разрушают снеговой и ледяной покров, излучение земного тепла закрепляет этот покров, и от соотношения этих величии и происходит разрушение или закрепление ледяного покрова. Для того чтобы бороться со льдами и выйти победителем, надо всесторонне изучить свойства льда. Лед очень прозрачен для солнечной лучистой энергии, особенно для ультрафиолетовых лучей. Снег также довольно хорошо пропускает солнечную лучистую энергию. Но лед, даже в самых тонких слоях (1—2 миллиметра), совершенно непрозрачен для длинноволновой радиации и земного излучения; эти радиационные свойства льда имеют большое значение для нагревания воды под льдом.
Изучаем мы в Арктике и другие радиационные проблемы, например,
освещенность земной поверхности, видимость на расстояние при различных условиях
погоды и целый ряд других вопросов.
Только широко поставив актинометрические наблюдения, мы сможем решить ряд сложнейших проблем Арктики. От изучения лучистой энергии мы скоро перейдем к ее использованию; порукой чему являются конструкции по использованию солнечной радиации, выполненные актинометристом К. Г. Трофимовым в Ташкенте, и его проект полярной силовой станции, работающей на разности температур воды под льдом и воздухом.
Схема силовой станции, использующей разность температуры морской воды и холодного воздуха
2. Лед на поверхности моря.
3. Самотечная труба.
4. Забор воды.
5. Обсадная труба.
6. Труба, нагнетающая рабочую жидкость.
Комментариев нет:
Отправить комментарий