Почему атмосфера не улетает в Космос?

Рис.1 Распределение солнечной энергии

А – Энергия, излучаемая сушей и морями 47%, В – Отражение от облаков 30%, С – Энергия, запасенная в облаках 22%, D – Энергия фотосинтеза 1%.

Грозит ли Земле потеря атмосферы, как это произошло с Меркурием и Марсом? Земля по факту уже потеряла легкие газы, такие как водород и гелий. В то же время, планета прочно удерживает тяжелые газы азот, кислород, аргон и углекислый газ. Атмосфера «привязана» к поверхности земли за счет «эффекта Броуна» [1]. Но с таким же эффектом на атмосферу воздействует и Солнце.

Вот здесь следует отметить одну особенность материального мира. Все атомы этого мира поглощают и излучают энергию на определенных частотах. Резонансная частота приемников энергии, в том числе и атомов атмосферы, находится по частотной шкале ниже частоты солнечного света (10¹⁴ Гц). Это подтверждено экспериментами при спектрофотометрическом анализе газа. Молекулы газа в резонансе поглощают свет ближе к красному и инфракрасному излучению.

Если бы не существовало такой избирательности по шкале частот, то ни одна планета не смогла бы удержать атмосферу, т.к. энергия солнечного излучения гораздо выше, чем планетарная. В то же время, какая-то часть молекул реагирует на солнечную радиацию и за счет коллективного действия служит преградой этому излучению.

Интенсивность света при прохождении через атмосферу уменьшается, энергия фотонов тратится на возбуждение атомов в молекулах воздуха. Вынужденные колебания атомов и поглощение света особенно интенсивны при резонансе. Опытным путем было установлено, что интенсивность света при прохождении через вещество убывает по экспоненциальному закону Бугера:

I = I₀ exp (-kl).

I₀  - интенсивность света на входе,

l – толщина слоя вещества,

k – постоянная, зависящая от свойств поглощающего вещества (коэффициент поглощения) [2].

Если бы не было рассеяния солнечной радиации, особенно высокочастотной, то живая жизнь на Земле не появилась бы вообще.

Отметим еще один факт, коротковолновый солнечный спектр в атмосфере рассеивается сильнее, чем длинноволновый. Именно по этой причине мы наблюдаем небо синим, т.к. синий цвет находится на коротковолновом конце шкалы излучений. Во время заката или на рассвете небо окрашивается в красные тона. В это время свет пробивается по касательной и его путь в атмосфере гораздо длиннее, в результате чего, значительная часть синего и зелёного цветов рассеивается сильнее.

Атмосфера служит защитой от высокочастотной радиации за счет своей массы, количества молекул, стоящих на ее пути. Как известно, особенно хорошо справляются молекулы озонового слоя с ультрафиолетом, которого в солнечном потоке огромное количество. На мой взгляд, молекулы озона резонируют с ультрафиолетовым излучением на так называемой частоте биения. Благодаря резонансу на такой высокой частоте молекулы озона снижают частоту излучения до световой и даже красной, превращая энергию излучения в теплоту. На это указывают измерения температуры в тропосфере и мезосфере. Температурный градиент начинает расти с 25 км и поднимается от -50⁰С до положительных величин температуры на высоте 50 км от поверхности земли.

Отражение атмосферы

 

На рис. 1 представлена энергетическая диаграмма перераспределения солнечной энергии [3]. Из диаграммы видно, что почти половина солнечной энергии не доходит до поверхности Земли, 30% сразу отражается атмосферой и облаками, а 22% запасают облака. Около 47% аккумулирует поверхность земли, около процента уходит на фотосинтез. Атмосфера состоит из молекул газа. В отдельности каждая молекула далеко не похожа на зеркало, и даже весь газ, собранный в атмосфере, это тоже не полупрозрачное зеркало. Тогда как понимать отражение такого количества энергии обратно в Космос?

Облака, понятно, более плотная субстанция и они отражают определенное количество энергии, но как, казалось бы, прозрачная атмосфера проделывает такие фокусы?

Строго говоря, прямого отражения в атмосфере не происходит. Рассмотрим взаимодействие одного фотона с одной молекулой атмосферы. При попадании, даже можно сказать так – при прохождении фотона через молекулу, она забирает часть энергии фотона и частота последнего снижается. При попадании во вторую молекулу, этот энергетически «ослабленный» фотон может быть поглощен полностью. После такого взаимодействия с молекулой, та, в свою очередь, отстреливает свой красный спутник – крафон. Происходит своеобразная трансформация – молекулярное рассеяние света. Вот таким образом, через поглощение происходит отражение солнечных лучей.

С другой стороны в атмосфере постоянно витают взвешенные частицы. Большая концентрация таких частиц может создать оптическую неоднородность (мутную среду). К таким средам относятся дымы, туманы, выбросы вулканов. Свет, проходя через данные среды, поглощается и рассеивается наиболее интенсивно. В частицах происходит многократное переизлучение энергии фотона от одного атома к другому с выделением теплоты.

Оставшаяся часть процессов отражения идет через посредника, т.е. через поверхность земли. Земля, в виду плотности своей материи, выступает в роли частотного понижающего трансформатора – она понижает частоту солнечного излучения до приемлемой частоты приемника (газа). Планета получает видимый свет, а в атмосферу направляет электромагнитные волны на частоте инфракрасного диапазона (крафоны). Преградой для крафонов становится не только углекислый газ (СО₂), при котором возникает, так называемый «парниковый эффект», но и вся атмосфера. Учитывая разреженность атмосферы, поэтому она не может удержать все крафоны земли, которые безвозвратно покидают Землю. За счет этого явления происходит гравитационное притяжение приемника к источнику, т.е. к Солнцу. За счет этого излучения происходит одновременно охлаждение Земли.

Кроме того, с поднятием на высоту разрежение в атмосфере возрастает более быстро. Поэтому, хотя горы и ближе к Солнцу, на них холоднее, чем на равнинах, в среднем при подъёме на каждый километр температура понижается на 6° C из-за адиабатического расширения воздуха.

Почему атмосфера земли состоит преимущественно из «тяжелых» газов (азота, кислорода, паров воды, углекислого газа) и содержит лишь следы «легких» газов (водорода и гелия)?

Молекулы различных газов при одной и той же температуре  имеют различные скорости, зависящие от молекулярных масс газов. В любой смеси каждый отдельный газ будет характеризоваться определенной средней скоростью его молекул. При одинаковой кинетической энергии средняя скорость молекул разных газов будет различной. Например, средняя скорость  молекул водорода в четыре раза выше, чем средняя скорость молекул кислорода.

Скорость молекул и плотность атмосферы меняется от перехода дня к ночи и наоборот.

С помощью орбитальных спутников было установлено, что внешний слой атмосферы в дневное время расширяется из-за нагрева солнечными лучами и постепенно сжимается в течение ночи из-за более низких температур. Данный факт есть неопровержимое свидетельство того, что броуновское, хаотичное движение молекул воздуха связано только с энергией Солнца и Земли (эффект Броуна), а не с первичным накопленным движением на основе упругого столкновения молекул, как объясняет молекулярно-кинетическая теория. В атмосфере нет, да и вообще в природе, абсолютно-упругих столкновений не существует.

Планета Земля за 4,6 млрд. лет сформировалась в строгом соответствии с законами гравитации. Ее гравитация не достаточна, чтобы удержать водород и гелий, как гиганты Юпитер и Сатурн, но не настолько, чтобы упустить в межзвездное пространство азот, кислород и другие газы.

Есть высказывания, что планета теряет часть своей атмосферы из-за ее вращения вокруг своей оси. В таких гипотезах есть явное противоречие. Если бы это было так, то за счет центробежной силы, в первую очередь, планета должна терять тяжелые молекулы газов, т.е. те которые сейчас составляют атмосферу. На самом деле картина противоположная, улетают легкие газы – водород и гелий. А это говорит о том, что центробежные силы вращения здесь совершенно непричем. Легкие газы улетучиваются по причине высоких скоростей их молекул, энергии, получаемой от фотонов Солнца и крафонов Земли.

Атмосфера и Космос, атмосфера и Земля – два вектора по которым идет сегрегация, седиментация газовых молекул. Преобладающей силой в данном процессе является не центробежная, а гравитационная.

 

Источники

 

1. Ершов Г.Д., Броуновское движение молекул, http://gennady-ershov.ru/na-zemle/brounovskoe-dvizhenie-molekul.html
2. Савельев И.В., Курс общей физики, книга 4 Волны. Оптика, «Астрель», 2001
3. Дубнищева Т.Я., Пигарев А.Ю., Современное естествознание, «ЮКЭА», М. 2000

 

Назад  Вперед