5. Поглощение ультрафиолетового солнечного излучения в атмосфере

Теперь мы можем заняться вопросом, какая часть солнечного излучения поглотилась бы атмосферами разного состава. Кривые, к которым мы обратимся, показывают количество интересующего нас атмосферного газа (выраженное или в длине пути при нормальных условиях, или в долях содержания в атмосфере, PAL, или обоими способами сразу), которое, присутствуя в атмосфере, могло бы поглотить излучение данной длины волны до некоторого определенного уровня.

Теоретически солнечное излучение никогда не поглощается полностью ни в атмосфере, ни в гидросфере. Всегда какая-то часть излучения проходит. Но поскольку поглощение - процесс "экспоненциальный", это количество быстро снижается до столь незначительной величины, что ею можно пренебречь. Поэтому надо условиться, какое поглощение излучения мы будем считать "полным". Беркнер и Маршалл во всех своих расчетах принимали пороговое значение потока энергии, соответствующее полному поглощению, равным 1 эрг/(см²⋅с) для 5 нм (когда энергия в спектральном интервале шириной 5 нм поглощается в такой степени, что за 1 с через 1 см² проходит всего 1 эрг). При таком поглощении (экстинкция) Солнце было бы всего лишь в 50 раз ярче полной Луны. Ниже этого уровня никакие неорганические фотохимические реакции практически не идут.

Если оставить в стороне довольно регулярное возрастание потока энергии с увеличением длины волны солнечного излучения (фиг. 85), то кривые, указывающие количество газа, необходимое для поглощения определенной длины волны до принятого нами уровня, являются как бы зеркальным отражением кривых коэффициентов поглощения для разных длин волн. Ведь чем меньше коэффициент поглощения, тем более прозрачен газ для излучения данной длины волны и, следовательно, тем толще будет слой газа, необходимый для ослабления этого света до принятого уровня.

Изменения в количестве водяных паров и двуокиси углерода слабо влияют на поглощение ультрафиолетового излучения. Решающую роль играют здесь кислород и его производное - озон.

График, приведенный на фиг. 88, показывает, что при современном содержании в атмосфере водяных паров они эффективно поглощают солнечный ультрафиолет с длиной волны менее 200 нм. Но даже при десятикратном увеличении их содержания они слабо поглощают излучение с большой длиной волны. Поскольку водяные пары находятся в равновесии с жидкой водой Мирового океана, а верхний предел их распространения ограничен "холодной ловушкой" в тропосфере, можно думать, что их содержание в атмосфере никогда не подвергалось значительным колебаниям. Водяные пары никогда не могли играть главной роли в экранировании солнечного ультрафиолета с длиной волны более 200 нм.

Фиг. 88. Толщина слоя воды, необходимого для поглощения солнечного ультрафиолета разной длины волны до уровня 1 эрг/(см²⋅с) при ширине полосы 5 нм [1]. Количество воды выражено в сантиметрах длины пути при нормальных условиях (х)

Примерно то же можно сказать и о двуокиси углерода. График, приведенный на фиг. 89, показывает, что при современном содержании СО₂ в атмосфере этот газ задерживает только излучение с длиной волны менее 190 нм. При содержании в 30 раз выше современного двуокись углерода задерживала бы волны длиной до 205 нм. Однако крайне маловероятно, чтобы в земной атмосфере когда-либо имелось столько двуокиси углерода. В противоположность кислороду основной запас двуокиси углерода содержится не в атмосфере, а в океанских водах. Океан поэтому представляет собой прекрасный "буфер", регулирующий содержание СО₂ в атмосфере. Процесс осаждения карбонатов служит "мусорщиком", удаляя из атмосферы лишнюю двуокись углерода.

Фиг. 89. Толщина слоя СО₂, необходимого для поглощения солнечного ультрафиолета до уровня 1 эрг/(см²⋅с) при ширине полосы 5 нм (ср. фиг. 88) [1]

Как уже говорилось, с кислородом и озоном дело обстоит совершенно иначе. Мы уже несколько раз подчеркивали важную роль такого фактора, как увеличение содержания кислорода в атмосфере для защиты от солнечного ультрафиолета, но мы ограничивались общим, чисто качественным подходом. Из работ Беркнера и Маршалла [1, 2], содержащих солидный фактический материал, мы можем извлечь и численные данные, позволяющие перевести наши умозаключения на количественную основу. Это настолько важно, что я считаю необходимым поговорить подробнее о физике явлений поглощения света в атмосфере.

График, приведенный на фиг. 90, показывает, что, не считая системы полос Шумана - Рунге вблизи 180 и 190 нм, обусловленной атомным резонансом, рост содержания кислорода в атмосфере сопровождается монотонным увеличением поглощения жесткого ультрафиолета. Этот эффект при современном содержании кислорода в атмосфере распространяется на область до 250 нм, а далее главную роль в поглощении начинает играть озон. Итак, кислород сильно влияет на состав солнечного излучения, которое доходит до поверхности Земли.

Фиг. 90. Толщина слоя О₂, необходимого для поглощения солнечного ультрафиолета до уровня 1 эрг/(см²⋅с) при ширине полосы 5 нм [1]

Действие озона дополняет действие кислорода (фиг. 91). Различие в кривых их коэффициентов поглощения отражает радикальное различие в кривых толщины слоя этих газов, необходимой для ослабления до порогового значения.

Напомним, что содержание озона прямо зависит от содержания кислорода. Таким образом, атмосфера, бедная кислородом, не может быть насыщена озоном. Хотя константы, определяющие образование озона, известны пока не слишком хорошо, можно оценить количество озона, которое будет присутствовать в атмосфере при разных уровнях содержания кислорода.

Сравнивая фиг. 91 с табл. 22, мы замечаем, что уже при содержании кислорода, равном 0,1 его содержания в современной атмосфере уровень озона, видимо, был лишь ненамного ниже того что мы наблюдаем сейчас. Поскольку озон даже при таком низком содержании кислорода экранирует ультрафиолет с длиной волны около 250 нм, кислород и озон вместе эффективно поглощали все жесткое ультрафиолетовое излучение уже в те времена, когда содержание кислорода в атмосфере составляло 0,1 его содержания в современной атмосфере (см. также фиг. 94).

Фиг. 91. Толщина слоя О₃, необходимого для поглощения солнечного ультрафиолета до уровня 1 эрг/(см²⋅с) при ширине полосы 5 нм [1]

Таблица 22. Оценки длины пути в О₃ при различном содержании О₂

Вы благоволите увидеться с какой-нибудь приятной шлюхой? Всегда изящные проститутки способны обрадовать вас распрекрасным качеством сексуального профобслуживания и специальным подходом во время траха.