Проф. Байко Димитров Байков, д н. Основи на екологията ІІ допълнено и преработено издание София Съдържание

Измерване на слънчевата радиация

Продължителност на слънчевото греене

Уредите за измерване на интензивността на сумарната слънчева радиация (пряка + разсеяна) се наричат пиранометри, а регистриращите уреди - пиранографи. При тях се използва термоелектричен принцип или биметални пластини.

Спектрален състав на слънчевата светлина

Цветът е субективно усещане, което се дължи на способността на ретината в човешкото око да наслагва три различно филтрирани изображения. Цветът е също и свойство на обектите да отразяват или излъчват видима светлина.

Познатите цветове на дъгата в спектъра, (получил името си от Исак Нютон според латинската дума за привидение) принадлежат на видимата светлина и се наричат монохроматични цветове. Те представляват много малка част от целия електромагнитен спектър. Като всяка електромагнитна вълна, видимата светлина се характеризира с яркост, дължина на вълната и поляризация.

Основна роля за цвета играе диапазонът от дължини на вълните, който той обхваща, или цветният тон: червено, жълто, зелено, пурпурно и пр. Названието му се дава, като се съобразяваме с приликата му с цветовете от спектъра. Изключение прави само пурпурният цвят, който отсъства от спектъра, но го има в природата. Различията в цвета на обектите се дължат на различната дължина на вълната на отразяваната или излъчваната от обекта светлина.

Възприемане от човека

• 
  виолетов: 390-450,
  
• 
  син: 450-480,
  
• 
  синьо-зелен: 480-550,
  
• 
  зелен: 550-575,
  
• 
  жълт: 575-585,
  
• 
  оранжев: 585-620,
  
• 
  червен: 620-760 nm.
  

Групи цветове

• 
  Основни цветове: червено, жълто и синьо
  
• 
  Основни вторични цветове: зелено, лилаво, оранжево
  
• 
  Неутрални цветове: черно и бяло
  
• 
  Основни вторични цветове: зелено, лилаво, оранжево
  
• 
  Други вторични цветове: кафяво, розово
  

Фиг.4.1.Видимо лъчение (светлина)

Цвят	Дължина на вълната	Честотен интервал
виолетов	~ 380 до 430 nm	~ 790 до 700 THz
син	~ 430 до 500 nm	~ 700 до 600 THz
синьозелен	~ 500 до 520 nm	~ 600 до 580 THz
зелен	~ 520 до 565 nm	~ 580 до 530 THz
жълт	~ 565 до 590 nm	~ 530 до 510 THz
оранжев	~ 590 до 625 nm	~ 510 до 480 THz
червен	~ 625 до 740 nm	~ 480 до 405 THz
Непрекъснат спектър Спектър на видимата светлина в нанометри Designed for monitors with gamma 1,5.

След инфрачервените лъчи по честота следва видимата светлина. Това е диапазонът, в който Слънцето и звездите излъчват по-голямата част от своето лъчение. Сигурно не е случайно, че човешкото око е чувствително именно към дължините на вълните, които Слънцето излъчва най-интензивно. Видимата светлина (и близкото инфрачервено излъчване) обикновено се абсорбира и излъчва от електроните в молекулите и атомите, които прескачат от едно енергийно ниво към друго. Светлината, която виждаме с очите си, е наистина много малка част от електромагнитния спектър. Небесната дъга например нагледно показва оптичната (видимата) част на електромагнитния спектър. Ако можеха да се видят, инфрачервените лъчи щяха да са разположени след червеното на дъгата, а ултравиолетовите - преди виолетовия край.

• 
  Далечна инфрачервена област, от 300 GHz (1 mm) до 30 THz (10 μm). Долната граница на този обхват може да се класифицира и като микровълни. Това лъчение типично се поглъща от така наречените ротационни преходи на молекулите в газова фаза, от молекулярните движения в течности и от фонони в твърдите тела. Водата в земната атмосфера абсорбира толкова силно в този обхват, че я прави непрозрачна за тези вълни. Има известни обхвати на дължини на вълните обаче ("прозорци") в непрозрачния обхват, които позволяват частично пропускане и могат да се използват в астрономията. Вълновият обхват от приблизително 200 μm до няколко mm е наричан в астрономията подмилиметров обхват.
  

• 
  Средна инфрачервена област, от 30 до 120 THz (от 10 до 2,5 μm). Горещите тела (черно тяло) излъчват силно в този обхват. Лъчението се абсорбира от молекулните вибрационни преходи, когато отделните атоми в молекулата вибрират около своите равновесни положения. Понякога този обхват се нарича област на отпечатък тъй като абсорбционния спектър на средното инфрачервено лъчение е твърде специфичен за дадено химично съединение.
  

Следващото лъчение след видимата светлина по честота е ултравиолетовото (англ. UV). Това е излъчване, чиято дължина на вълната е по-къса от дъължината на вълната на виолетовия край на видимия спектър.

УВ излъчването е високоенергийно, поради което е в състояние да разкъсва химичните връзки и така да прави молекулите необичайно реактивни (йонизация), като най-общо променя взаимното им поведение. Изгарянето на човешката кожа на слънце например се причинява от разрушителните ефекти на УВ лъчение върху клетките на кожата, което може да причини дори и рак в случай, че лъчението повреди сложните ДНК молекули в клетките (УВ радиацията е доказан мутаген). Слънцето излъчва голямо количество УВ лъчение, което бързо би могло да превърне Земята в безплодна пустиня, ако по-голямата част от това излъчване не се поглъщаше от атмосферния озонов слой преди да достигне Земята.

Понятията “слънчева радиация”, “слънчева енергия” и “светлина” в екологията много често се отъждествяват. Слънчевата енергия в горните слоеве на атмосферата е между 1,98 и 2,00 Kcal/cm². Тази величина е относително постоянна и се означава като слънчева константа. На границата на атмосферата спектралният състав на слънчевите лъчи е следният: инфрачервени 43%, видими 51% и ултравиолетови 5%. При преминаването си през атмосферата слънчевите лъчи губят от интензивността си. Озоновият екран поглъща и отразява ултравиолетовите лъчи (с дължина на вълната под 290 nm) и до земната повърхност спектралният състав се променя, както следва: инфрачервени лъчи 59%, видими 40% и ултравиолетови 1%. Слънчевата радиация се променя и в зависимост от особеностите на екосистемата (релеф, почва, растителност и др.). Голямо е значението на растителността. Например в гъста букова гора в близост до земята тя е 20 - 25 пъти по-ниска в сравнение с тази в открита местност. Освен това зелените растения променят и спектралния състав на светлината.

Слънчевата радиация има денонощна и сезонна динамика, свързана с движението на Земята около слънцето и около своята ос.

Слънчевата радиация се характеризира с продължителност на светлинния ден и с промени в интензивността през отделните часове на денонощието или на сезона, както и с промени в спектъра на светлинните лъчи. Тези изменения във времето и в сезона се определят като светлинен режим. Светлинният режим е специфичен за всеки екотоп и се определя от интензивността на светлината, продължителността на светлинния ден, спектъра на светлинните лъчи, географското разположение на екотопа, релефа на местността, височината над морското равнище, типа на растителността и състоянието на атмосферата, сезона и времето през денонощието и т. н.

Слънчевата радиация е биологичноактивен и постоянно действащ фактор на външната среда, който е от голямо значение за формирането на редица функции в животинския организъм. Под влияние на слънчевите лъчи възникват редица промени в кожните образувания, ускорява се растежът на космите, усилва се действието на потните и мастните жлези, надебелява роговият слой и се уплътнява епидермисът, което увеличава устойчивостта на кожата. Светлината въздейства благотворно върху кръвотворните органи и хемопоезата, увеличава се съдържанието на хемоглобина и количеството на еритроцитите в периферната кръв. Повишава се и газообменът, като се подобрява използването на кислорода, което е свързано с подобряване снабдяването на клетките с кислород и активизиране на окислителните процеси в тях. Благоприятното въздействие на слънчевите лъчи върху обмяната на белтъчините се изразява с повишено натрупване на азот в тъканите, в резултат на което се ускорява растежът на младите животни. Повишава се и съдържанието на гликоген в черния дроб, с което се увеличават енергийните резерви на организма. Слънчевата радиация (особено видимата и ултравиолетовата светлина) е основният фактор, който определя сезонната полова периодичност при животните, тъй като светлината стимулира гонадотропното действие на хипофизата и други ендокринни жлези.

Биологичната активност на светлината се определя от нейното оптично, топлинно и химично действие. Топлинното въздействие нараства от сините към червените лъчи, като то е най-силно в инфрачервената част на спектъра. Химичното въздействие нараства от червените към сините лъчи, като най-силно изразено е в диапазона на ултравиолетовите лъчи. Оптичното въздействие се засилва от сините към червените лъчи, като при дължина на вълната около 780 nm изчезва.

Фотопериодизъм са ритмичните промени в морфологичните, биохимичните и физиологичните особености на организмите под влияние на смяната на деня и нощта и продължителността на светлинния ден се означават като фотопериодизъм. Под фотопериодичен контрол се намират практически всички метаболитни процеси, свързани с развитието и размножаването на растенията и животните.

Върху денонощната и сезонната активност на организмите оказват влияние много екологични фактори, но определящо значение има светлината. Този важен екологичен фактор има определящо значение поради постоянството в параметрите на въздействие, каквото не е характерна за другите екологични фактори (например температурата). В процеса на еволюцията периодичната смяна на деня с нощта и различната продължителност на светлинния ден през отделните сезони се отразява върху метаболизма на автотрофните организми.