Слънчевата радиация е важна метеорологична променлива, която служи за определяне на количеството „топлина“, което ще получим от слънцето на земната повърхност. Това количество слънчева радиация се променя от изменението на климата и задържането на парникови газове.
Слънчевата радиация е способна да загрява повърхността на земята и предметите (дори и нашия) с почти не загряващ въздуха. Освен това тази променлива е много важна, за да се оцени работата, която вършим в борбата с изменението на климата. Искате ли да знаете всичко за слънчевата радиация?
Слънчевата радиация преминава през атмосферата
Когато сме на плажа в един от тези горещи летни дни, лягаме „до слънцето“. Докато стоим по-дълго в кърпата, забелязваме как тялото ни се затопля и повишава температурата си, докато не се наложи да се изкъпем или да излезем на сянка, защото се изгаряме. Какво се е случило тук, ако въздухът не е толкова горещ? Това, което се случи, е това слънчевите лъчи са преминали през нашата атмосфера и са затоплили тялото ни с малко нагряване на въздуха.
Нещо подобно на това, което се случва с нас в тази ситуация, е това, което се случва със Земята: Атмосферата е почти „прозрачна“ за слънчевата радиация, но земната повърхност и други тела, разположени върху нея, я абсорбират. Енергията, предавана от Слънцето на Земята, е известна като лъчиста енергия или радиация. Радиацията пътува през пространството под формата на вълни, които носят енергия. В зависимост от количеството енергия, което носят, те се класифицират по електромагнитния спектър. Имаме най-енергичните вълни като гама лъчи, рентгенови лъчи и ултравиолетови лъчи, както и тези с по-малко енергия като инфрачервени, микровълни и радиовълни.
Всички тела излъчват радиация
Всички тела излъчват радиация въз основа на тяхната температура. Това е дадено от Законът на Стефан-Болцман който гласи, че енергията, излъчвана от едно тяло, е пряко пропорционална на четвъртата степен на неговата температура. Ето защо както Слънцето, горящо парче дърво, нашето собствено тяло, така и парче лед непрекъснато излъчват енергия.
Това ни кара да си зададем въпрос: защо сме в състояние да „видим“ излъчването, което се излъчва от слънцето или горящото парче дърво, а ние не можем да видим това, излъчвано от нас, повърхността на Земята или парчето от лед? Както добре, това зависи до голяма степен от температурата, достигната от всеки от тяхи следователно количеството енергия, което те излъчват предимно. Колкото по-висока е температурата на телата, толкова по-голямо количество енергия излъчват във вълните си и затова те ще бъдат по-видими.
Слънцето е с температура 6.000 K и излъчва радиация главно във вълни от видимия обхват (обикновено известни като светлинни вълни), излъчва и ултравиолетово лъчение (което има повече енергия и затова изгаря кожата ни при продължителни експозиции) и Останалото, което излъчва, е инфрачервено лъчение, което не се възприема от човешкото око. Ето защо не можем да възприемем лъчението, което тялото ни излъчва. Човешкото тяло е на около 37 градуса по Целзий и излъчването, което излъчва, е в инфрачервената светлина.
Как работи слънчевата радиация
Със сигурност знаейки, че телата непрекъснато излъчват радиация и енергия, ще постави нов въпрос в главата ви. Защо, ако телата излъчват енергия и радиация, те не постепенно се охлаждат? Отговорът на този въпрос е прост: докато излъчват енергия, те също я абсорбират. Има и друг закон, който е този за радиационния баланс, който казва, че обектът излъчва същото количество енергия, колкото поглъща, поради което те са в състояние да поддържат постоянна температура.
По този начин в нашата система земна атмосфера протичат редица процеси, при които енергията се абсорбира, излъчва и отразява, така че крайният баланс между лъчението, което достига до върха на атмосферата от Слънцето и това, което излиза в космоса, е нула. С други думи, средната годишна температура остава постоянна. Когато слънчевата радиация навлезе в Земята, по-голямата част от нея се абсорбира от земната повърхност. Много малко от падащата радиация се абсорбира от облаци и въздух. Останалата част от радиацията се отразява от повърхността, газовете, облаците и се връща в космическото пространство.
Количеството радиация, което се отразява от тялото по отношение на падащата радиация, е известно като „албедо“. Следователно можем да кажем това системата земна атмосфера има средно албедо от 30%. Новопадналият сняг или някои силно вертикално развити купести купета имат албедо близо 90%, докато пустините имат около 25%, а океаните около 10% (те поглъщат почти цялата радиация, която достига до тях).
Как измерваме радиацията?
За да измерим слънчевата радиация, която получаваме в дадена точка, използваме устройство, наречено пиранометър. Този раздел се състои от сензор, затворен в прозрачно полукълбо, който предава цялото излъчване с много малка дължина на вълната. Този сензор има редуващи се черни и бели сегменти, които поглъщат количеството радиация по различен начин. Температурният контраст между тези сегменти се калибрира според радиационния поток (измерено във ватове на квадратен метър).
Оценка на количеството слънчева радиация, която получаваме, може да бъде получена и чрез измерване на броя слънчеви часове, които имаме. За целта използваме инструмент, наречен хелиограф. Това се формира от стъклена сфера, ориентирана към географския юг, която действа като голяма лупа, концентрираща цялата радиация, получена в нажежаема точка, която изгаря специална хартиена лента, градуирана с часовете на деня.
Слънчева радиация и повишен парников ефект
По-рано споменахме, че количеството слънчева радиация, което влиза в Земята и това, което излиза, е същото. Това не е напълно вярно, защото ако е така, средната глобална температура на нашата планета би била -88 градуса. Имаме нужда от нещо, което да ни помогне да запазим топлината, за да можем да имаме толкова приятна и обитаема температура, която прави живота на планетата възможен. Това е мястото, където въвеждаме парниковия ефект. Когато слънчевата радиация удари повърхността на Земята, тя се връща почти наполовина обратно в атмосферата, за да я изхвърли в космоса. Е, коментирали сме, че облаците, въздухът и останалите атмосферни компоненти поглъщат малка част от слънчевата радиация. Това абсорбирано количество обаче не е достатъчно, за да поддържа стабилна температура и да направи нашата планета обитаема. Как можем да живеем с тези температури?
Така наречените парникови газове са тези газове, които задържат част от температурата, излъчвана от земната повърхност, която се връща обратно в атмосферата. Парниковите газове са: водни пари, въглероден диоксид (CO2), азотни оксиди, серни оксиди, метан и др. Всеки парников газ има различна способност да абсорбира слънчевата радиация. Колкото повече капацитет има за поглъщане на радиация, толкова повече топлина ще запази и няма да му позволи да се върне в космоса.
През цялата човешка история концентрацията на парникови газове (включително най-много CO2) се увеличава все повече и повече. Нарастването на това увеличение се дължи индустриалната революция и изгарянето на изкопаеми горива в промишлеността, енергетиката и транспорта. Изгарянето на изкопаеми горива като нефт и въглища води до емисии на CO2 и метан. Тези газове при нарастваща емисия ги карат да задържат голямо количество слънчева радиация и не позволяват тя да бъде върната в космоса.
Това е известно като парников ефект. Увеличаването на този ефект обаче наричаме парникови това е контрапродуктивно, тъй като това, което правим, увеличава все повече средните глобални температури. Колкото повече концентрация на тези абсорбиращи радиацията газове в атмосферата, толкова повече топлина те ще задържат и следователно, толкова повече температури ще се повишат.
Слънчева радиация и изменение на климата
Глобалното затопляне е известно в световен мащаб. Това повишаване на температурите поради голямото задържане на слънчева радиация причинява промяна в глобалния климат. Това не само означава, че средните температури на планетата ще се повишат, но че климатът и всичко, което води до това, ще се променят.
Повишаването на температурите причинява дестабилизация на въздушните течения, океанските маси, разпространението на видовете, последователността на сезоните, увеличаването на екстремните метеорологични явления (като суши, наводнения, урагани ...) и др.. Ето защо, за да възстановим стабилно нашия радиационен баланс, трябва да намалим емисиите на парникови газове и да възстановим климата си.