Розподіл сонячного світла і тепла на поверхні Землі

Зміна висоти Сонця над горизонтом протягом року. Щоб зрозуміти, чому протягом року Сонце в полудень буває на різній висоті над горизонтом, пригадайте з уроків природознавства особливості руху Землі навколо Сонця.

На глобусі видно, що земна вісь має нахил. Під час руху Землі навколо Сонця кут нахилу не змінюється. Завдяки цьому Земля повертається до Сонця більше то Північною, то Південною півкулею. Від цього змінюється кут падіння сонячних променів на земну поверхню. І відповідно більше освітлюється та нагрівається то одна, то інша півкуля.

Щоб з’ясувати це, треба провести спостереження за довжиною тіні, яку кидає гномон (жердина завдовжки 1 м) опівдні. У вересні тінь була однієї довжини, у жовтні вона стала довшою, у листопаді — ще довшою, у 20-х числах грудня — найбільшою. З кінця грудня тінь знову коротшає.

Зміна довжини тіні гномона свідчить, що протягом року Сонце в полудень буває на різній висоті над горизонтом. Чим вище Сонце над горизонтом, тим коротша тінь. Чим нижче Сонце над горизонтом, тим довша тінь. Найвище піднімається Сонце в Північній півкулі 22 червня (у день літнього сонцестояння), а найнижче — 22 грудня (у день зимового сонцестояння).

Спробуємо пофантазувати, що було б на Землі, якби Земна вісь була перпендикулярною до площини орбіти? (скопіюйте фантастичну розповідь і зі своєї копії видаліть непотрібні вирази або слова із виділених у дужках)

Доберіть потрібні слова і вирази із дужок і вставте у речення потрібний вираз (зелений або жовтий):

Якби земна вісь була б не нахилена, а перпендикулярна площині орбіти Землі, то кількість сонячного тепла на кожній паралелі протягом року, ..................(змінювалася; не змінювалася б). Тоді б у спостереженнях за висотою полуденного Сонця, ми цілий рік записували б ................(одну й ту саму; різну )довжину тіні гномона. Це вказувало б на те, що протягом року тривалість дня завжди .......... ( то більша, то менша; дорівнює) тривалості ночі. Тоді б земна поверхня нагрівалася протягом року ..........(то більше, то менше; однаково) і пір року ............( було б більше чотирьох; не існувало б).

Освітлення й нагрівання поверхня Землі протягом року. По поверхні кулястої Землі сонячне тепло і світло розподіляються нерівномірно. Це пояснюється тим, що кут падіння променів на різних широтах різний.

Ви вже знаєте, що земна вісь нахилена до площини орбіти під кутом. Своїм північним кінцем вона спрямована в бік Полярної зорі. Сонце завжди освітлює половину Землі. При цьому більше освітлюється то Північна півкуля (і день там триває довше, ніж у іншій півкулі), то, навпаки, Південна. Двічі на рік обидві півкулі бувають освітлені однаково (тоді й тривалість дня в обох півкулях однакова).

Коли Земля звернена до Сонця Північним полюсом, тоді воно більше освітлює і нагріває Північну півкулю. Дні стають довші за ночі. Настає тепла пора року – літо. На полюсі і в приполярній частині Сонце світить цілодобово  і не заходить за горизонт (ніч не настає). Це явище називається полярний день. На полюсі він триває 180 діб (півроку), але чим далі на південь, тим його тривалість зменшується до однієї доби на паралелі 66,5⁰ пн. ш. Цю паралель називають Північним полярним колом. Південніше цієї лінії Сонце вже опускається за горизонт і зміна дня і ночі відбувається у звичному для нас порядку – щодоби. 22 червня сонячні промені падатимуть прямовисно (під найбільшим кутом – 90⁰) на паралель 23,5пн. ш. Цей день буде найдовшим, а ніч найкоротшою в році. Цю паралель називають Північними тропіком, а день 22 червня – літнім сонцестоянням.

У цей час Південний полюс відвернутий від Сонця і воно менше освітлює і нагріває Південну півкулю. Там зима. На полюс і приполярну частину протягом доби сонячні промені зовсім не потрапляють. Сонце не з’являється з-за горизонту і день не настає. Це явище називається полярна ніч. На самому полюсі вона триває 180 днів, а чим далі на північ, тим стає коротшою до однієї доби на паралелі 66,5⁰ пд. ш. Цю паралель називають Південним полярним колом. Північніше від неї Сонце вже з’являється на горизонті і зміна дня і ночі відбувається кожної доби. 22 червня день буде найкоротшим у році. Для Південної півкулі він буде зимовим сонцестоянням.

Через три місяця, 23 вересня, Земля займе таке положення відносно Сонця, коли сонячні промені однаково освітлюватимуть як Північну, так і Південну півкулю. Прямовисно сонячні промені падають на екваторі. На всій Землі, окрім полюсів, день дорівнюватиме ночі (по 12 год). Цей день називають днем осіннього рівнодення.

Ще через три місяці, 22 грудня до Сонця повернеться Південна півкуля. Там настане літо. Цей день буде найдовшим, а ніч – найкоротшою. У приполярній області настане полярний день. Промені Сонця прямовисно падатимуть на паралель 23,5⁰ пд. ш. Натомість, у Північній півкулі буде зима. Цей день буде найкоротшим, а ніч найдовшою. Паралель 23,5⁰ пд. ш. називають Південним тропіком, а день 22 грудня – зимовим сонцестоянням.

Ще через три місяці, 21 березня, знову обидві півкулі будуть освітлені однаково, день буде рівний ночі. Промені сонця прямовисно падатимуть на екваторі. Цей день називають весняним рівноденням.

В Україні найбільша висота Сонця опівдні  – 61–69⁰ (22 червня), найменша – 14–22⁰ (22 грудня).

Дайте відповіді на запитання:

1. Чому висота Сонця протягом року змінюється?

2. Якою півкулею буде звернена до Сонця Земля, коли в Україні північ 22 червня?

3. Якою півкулею буде звернена до Сонця Земля, коли в Україні полудень 22 грудня?

Нерівномірність розподілу сонячного тепла і світла на поверхні Землі.

Розгляньте мал. 69. На ньому видно, що одна й та сама кількість світла й тепла, що надходить від Сонця, при його високому положенні потрапляє на меншу ділянку, а при низькому — на більшу. Яка ділянка буде нагріватися більше? Звичайно, менша, тому що там скупчені промені.

Отже, чим вище Сонце над горизонтом, тим прямовисніше падають його промені, тим більше нагрівається земна поверхня, а від неї й повітря.Тоді настає літо (дивись малюнок). Чим нижче Сонце над горизонтом, тим менший кут падіння променів,тим менше нагрівається поверхня. Тоді настає зима.

Чим більший кут падіння сонячних променів на земну поверхну, тим більше вона освітлюєтьсяй нагрівається.

На поверхню кулястої Землі сонячні промені падають під різним кутом. Найбільший кут падіння променів на екваторі. У напрямку до полюсів він зменшується.

Нагрівання і освітлення кожної місцевості залежить від положення в тепловому поясі, тобто – від географічної широти. Чим ближче до екватора, тим більший кут падіння сонячних променів, тим сильніше нагрівається поверхня і вища температура повітря. І навпаки, з віддаленням від екватора до полюсів кут падіння променів зменшується, відповідно температура повітря знижується.

На полюси і приполярні райони взимку сонячні промені зовсім непотрапляють. Сонце по кілька місяців не з’являється з-за горизонту,і день не настає. Це явище називається полярна ніч. Поверхня й повітря сильно охолоджуються, тому зими там дуже суворі. Влітку ж Сонце місяцями не заходить за горизонт і світить цілодобово (ніч ненастає) — це полярний день. Здавалося б, якщо так довго триває літо,то й поверхня мала б нагріватися.

Проте Сонце там знаходиться низько над горизонтом, його промені лише ковзають поверхнею Землі і нагрівають її дуже слабко. Тому літо поблизу полюсів холодне.

Освітлення й нагрівання поверхні залежить від її розташування на Землі: чим ближче до екватора,тим більший кут падіння сонячних променів, тимсильніше вона нагрівається. З віддаленням відекватора до полюсів кут падіння променів зменшується, поверхня нагрівається менше і стає холодніше.

Значення світла і тепла для живої природи.

Сонячне світло і тепло потрібні всьому живому. Навесні і влітку, коли світла і тепла багато, рослини перебувають у розквіті. З приходом осені, коли Сонце над горизонтом знижується і зменшується надходження світла і тепла, більшість рослин скидають листя. З настанням зими, коли тривалість дня мала, природа перебуває в стані спокою, окремі тварини (ведмеді, борсуки) навіть впадають у сплячку. Коли настає весна і Сонце піднімається дедалі вище, рослини знову починають бурхливий ріст, оживає тваринний світ. І все це завдяки Сонцю.

На сторінці 111 вашого підручника опрацюйте рубрику "Станьте дослідниками природи". Проведіть спостереження за своєю улюбленою кімнатною рослиною і запишіть їх у зошиті.