Solarno zračenje je važna meteorološka varijabla koja služi za određivanje količine "toplote" koju ćemo dobiti od sunca na zemljinoj površini. Ovu količinu sunčevog zračenja mijenjaju klimatske promjene i zadržavanje stakleničkih plinova.
Solarno zračenje je sposobno zagrijati površinu tla i predmete (čak i naš), a da se vazduh teško zagreva. Nadalje, ova varijabla je vrlo važna za ocjenu rada koji radimo u borbi protiv klimatskih promjena. Želite li znati sve o sunčevom zračenju?
Solarno zračenje prolazi kroz atmosferu
Kada smo na plaži u jednom od ovih vrućih ljetnih dana, ležemo „do sunca“. Kako se duže zadržavamo u ručniku, primjećujemo kako se naše tijelo zagrijava i povećava temperaturu, sve dok se ne trebamo okupati ili ući u hlad jer se opečemo. Šta se ovdje dogodilo, ako zrak nije tako vruć? Ono što se dogodilo je to sunčeve zrake su prošle kroz našu atmosferu i zagrijale naše tijelo a da nisu teško zagrijale zrak.
Nešto slično onome što nam se događa u ovoj situaciji je ono što se događa sa Zemljom: atmosfera je gotovo 'prozirna' za sunčevo zračenje, ali Zemljina površina i druga tijela smještena na njoj to apsorbiraju. Energija koju Sunce prenosi na Zemlju ono je što se naziva energijom zračenja ili zračenjem. Zračenje putuje kroz prostor u obliku talasa koji nose energiju. Ovisno o količini energije koju nose, klasificiraju se po elektromagnetskom spektru. Imamo najenergičnije talase poput gama zraka, X zraka i ultraljubičastog zraka, kao i one sa manje energije kao što su infracrveni, mikrotalasi i radio talasi.
Sva tijela emituju zračenje
Sva tijela emituju zračenje na osnovu svoje temperature. Ovo daje Stefan-Boltzmannov zakon koji kaže da je energija koju tijelo emituje direktno proporcionalna četvrtoj stepeni njegove temperature. Zbog toga i Sunce, zapaljeni komad drveta, naše vlastito tijelo, pa čak i komad leda, kontinuirano zrače energijom.
To nas dovodi do toga da si postavimo pitanje: zašto smo u stanju "vidjeti" zračenje koje emitira sunce ili gorući komad drveta, a nismo u mogućnosti vidjeti ono što emitiramo mi, površinu Zemlje ili komad leda? Kao dobro, ovo u velikoj mjeri ovisi o temperaturi koju postiže svaki od njih, a time i količinu energije koju oni uglavnom emitiraju. Što je temperatura tijela veća, to veću količinu energije emitiraju u svojim valovima i zato će biti vidljivija.
Sunce je na temperaturi od 6.000 K i zrači zračenje uglavnom u talasima vidljivog opsega (općenito poznato kao svjetlosni talasi), zrači i ultraljubičasto zračenje (koje ima više energije i zato nam dugo izlaže kožu) i ostalo što emituje je infracrveno zračenje koje ljudsko oko ne percipira. Zbog toga ne možemo percipirati zračenje koje naše tijelo emitira. Ljudsko tijelo se nalazi na oko 37 stepeni Celzijusa, a zračenje koje emituje je u infracrvenom zračenju.
Kako radi sunčevo zračenje
Sigurno ćete znati da tijela neprestano emitiraju zračenje i energiju donijeti još jedno pitanje u vašu glavu. Zašto se, ako tijela emitiraju energiju i zračenje, ne postepeno ohlade? Odgovor na ovo pitanje je jednostavan: dok emitiraju energiju, oni je i apsorbiraju. Postoji još jedan zakon, a to je onaj o radijacijskoj ravnoteži, koji kaže da objekt emitira jednaku količinu energije koju apsorbira, zbog čega su u stanju održavati konstantnu temperaturu.
Dakle, u našem sistemu zemaljske atmosfere odvija se niz procesa u kojima se energija apsorbuje, emituje i odražava, tako da konačna ravnoteža između zračenja koje doseže vrh atmosfere sa Sunca i onog koje izlazi u svemir je nula. Drugim riječima, prosječna godišnja temperatura ostaje konstantna. Kada sunčevo zračenje uđe u Zemlju, veći dio njega apsorbira Zemljina površina. Veoma malo upadnog zračenja apsorbuju oblaci i vazduh. Ostatak zračenja odbija površina, plinovi, oblaci i vraća se u svemir.
Količina zračenja koje tijelo odbija u odnosu na upadno zračenje poznata je pod nazivom „albedo“. Stoga to možemo reći sistem zemlja-atmosfera ima prosječni albedo od 30%. Novopali snijeg ili neki visoko vertikalno razvijeni kumulonimbus imaju albedo blizu 90%, dok pustinje imaju oko 25%, a okeani oko 10% (apsorbiraju gotovo sve zračenje koje do njih dopire).
Kako merimo zračenje?
Za mjerenje sunčevog zračenja koje primamo u određenoj točki koristimo uređaj nazvan piranometar. Ovaj se odjeljak sastoji od senzora zatvorenog u prozirnu hemisferu koji propušta sva zračenja vrlo male talasne dužine. Ovaj senzor ima izmjenične crne i bijele segmente koji na drugačiji način apsorbiraju količinu zračenja. Kontrast temperature između ovih segmenata kalibriran je prema fluksu zračenja (mjereno u vatima po kvadratnom metru).
Procjenu količine sunčevog zračenja koje primimo također se može dobiti mjerenjem broja sunčanih sati koje imamo. Da bismo to učinili, koristimo instrument koji se naziva heliograf. To je formirano od staklene kugle orijentirane prema geografskom jugu, koja djeluje kao velika povećala, koncentrirajući sve zračenje primljeno u užarenoj točki koja sagorijeva posebnu papirnatu traku graduiranu sa satima dana.
Solarno zračenje i povećani efekat staklene bašte
Ranije smo spomenuli da je količina sunčevog zračenja koja ulazi u Zemlju i koja odlazi ista. To nije u potpunosti tačno, jer ako je tako, globalna prosječna temperatura naše planete bila bi -88 stepeni. Treba nam nešto što će nam pomoći da zadržimo toplinu da bismo mogli imati tako ugodnu i useljivu temperaturu koja omogućava život na planeti. Tu uvodimo efekt staklenika. Kada sunčevo zračenje pogodi površinu Zemlje, vrati se gotovo upola u atmosferu da bi je istjeralo u svemir. Pa, prokomentirali smo da oblaci, zrak i druge atmosferske komponente apsorbiraju mali dio sunčevog zračenja. Međutim, ova apsorbirana količina nije dovoljna da bi se mogla održati stabilna temperatura i učiniti naša planeta nastanjivom. Kako možemo živjeti s ovim temperaturama?
Takozvani staklenički plinovi su oni plinovi koji zadržavaju dio temperature koju emitira zemaljska površina i koji se vraća u atmosferu. Staklenički plinovi su: vodena para, ugljen-dioksid (CO2), azotni oksidi, sumporni oksidi, metan itd. Svaki staklenički plin ima različitu sposobnost apsorpcije sunčevog zračenja. Što više kapaciteta ima za upijanje zračenja, više toplote će zadržati i neće mu omogućiti povratak u svemir.
Kroz ljudsku istoriju koncentracija stakleničkih plinova (uključujući najviše CO2) sve je više i više rasla. Uslijedio je porast ovog povećanja industrijska revolucija i sagorijevanje fosilnih goriva u industriji, energetici i transportu. Izgaranje fosilnih goriva poput nafte i uglja uzrokuje emisiju CO2 i metana. Ovi plinovi u sve većoj emisiji uzrokuju da zadržavaju veliku količinu sunčevog zračenja i ne dozvoljavaju njegovo vraćanje u svemir.
Ovo je poznato kao efekt staklene bašte. Međutim, povećanje ovog efekta nazivamo staklenikom kontraproduktivno je, jer ovo što radimo sve više i više povećava globalne prosječne temperature. Što je veća koncentracija ovih plinova koji apsorbiraju zračenje u atmosferi, to će zadržati više topline i, prema tome, veće temperature će rasti.
Solarno zračenje i klimatske promjene
Globalno zagrijavanje poznato je širom svijeta. Ovo povećanje temperatura uslijed velikog zadržavanja sunčevog zračenja uzrokuje promjenu globalne klime. To ne znači samo da će se povećati prosječne temperature planete, već će se promijeniti klima i sve što za sobom povlači.
Porast temperatura uzrokuje destabilizaciju vazdušnih struja, okeanskih masa, rasprostranjenost vrsta, sukcesiju sezona, porast ekstremnih meteoroloških pojava (poput suša, poplava, uragana ...) itd.. Zbog toga, da bismo stabilno vratili svoju radijacionu ravnotežu, moramo smanjiti emisiju stakleničkih plinova i povratiti klimu.