Номер 3, страница 270 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 6. Вселенная. Параграф 68. Физическая природа планеты Земля и её естественного спутника Луны. Вопросы для самопроверки - номер 3, страница 270.

Условие.

3. Какова физическая природа парникового эффекта?

Решение.

Физическая природа парникового эффекта заключается в избирательной прозрачности атмосферы Земли для электромагнитного излучения разной длины волны. Этот процесс можно описать следующими этапами:

1. Прохождение солнечного излучения. Солнце излучает энергию преимущественно в видимом и ближнем ультрафиолетовом диапазонах (коротковолновое излучение). Атмосфера Земли, состоящая в основном из азота и кислорода, для этого излучения в значительной степени прозрачна. Поэтому большая часть солнечной энергии достигает поверхности планеты, нагревая её.

2. Тепловое излучение Земли. Нагретая поверхность Земли, в свою очередь, сама становится источником излучения. Однако, будучи гораздо холоднее Солнца, она испускает энергию в длинноволновом инфракрасном (ИК) диапазоне. Это соответствует закону смещения Вина ($ \lambda_{max} = b/T $), согласно которому максимум излучения смещается в область длинных волн при понижении температуры тела ($\text{T}$).

3. Поглощение и переизлучение парниковыми газами. В атмосфере содержатся газы, называемые парниковыми (главным образом водяной пар $H_2O$, углекислый газ $CO_2$, метан $CH_4$), молекулы которых способны эффективно поглощать длинноволновое ИК-излучение, идущее от Земли. Поглотив фотон, молекула переходит в возбужденное состояние, а затем возвращается в исходное, излучая энергию обратно, но уже в случайном направлении. Значительная часть этого переизлучённого тепла направляется обратно к земной поверхности.

4. Удержание тепла. В результате этого цикла поглощения и переизлучения уходящее от Земли тепло задерживается в нижних слоях атмосферы (тропосфере), что приводит к повышению её средней температуры. Атмосфера действует как "одеяло", которое пропускает входящий солнечный свет, но препятствует быстрому уходу тепла от поверхности.

Именно этот естественный парниковый эффект делает климат на Земле пригодным для жизни, поддерживая среднюю температуру на уровне около $+15 \text{°C}$. Без него она опустилась бы до $-18 \text{°C}$.

Ответ: Физическая природа парникового эффекта состоит в том, что атмосфера Земли, будучи прозрачной для коротковолнового солнечного излучения, задерживает уходящее от нагретой поверхности планеты длинноволновое (инфракрасное) тепловое излучение. Это происходит из-за способности молекул парниковых газов ($CO_2$, $H_2O$ и др.) поглощать и переизлучать инфракрасные лучи, возвращая часть тепла обратно к земной поверхности и в нижние слои атмосферы.