Aurinkosäteily on tärkeä säämuuttuja, jonka avulla määritetään "lämmön" määrä, jonka saamme auringolta maan pinnalla. Ilmastonmuutos ja kasvihuonekaasujen pidättyminen muuttavat tätä auringon säteilyn määrää.
Aurinkosäteily pystyy lämmittämään maan ja esineiden pinnan (jopa meidän) ilman, että tuskin lämmitetään ilmaa. Lisäksi tämä muuttuja on erittäin tärkeä arvioitaessa työtä, jota teemme ilmastonmuutoksen torjunnassa. Haluatko tietää kaiken auringon säteilystä?
Aurinkosäteily kulkee ilmakehän läpi
Kun olemme rannalla yhtenä näistä kuumista kesäpäivistä, me menemme makuulle "aurinkoon". Kun pysymme pyyhkeessä pidempään, huomaamme, kuinka kehomme lämpenee ja nostaa sen lämpötilaa, kunnes meidän on käytävä kylvyssä tai varjossa, koska palamme. Mitä täällä on tapahtunut, jos ilma ei ole niin kuuma? Mitä on tapahtunut, se on auringon säteet ovat kulkeneet ilmakehämme läpi ja ovat lämmittäneet kehoamme ilman kuumenemisella.
Jotakin samanlaista kuin mitä meille tapahtuu tässä tilanteessa, tapahtuu maapallolle: Ilmakehä on melkein 'läpinäkyvä' aurinkosäteilylle, mutta maapallon pinta ja muut siinä olevat elimet absorboivat sen. Auringon maapallolle siirtämä energia tunnetaan nimellä säteilyenergia tai säteily. Säteily kulkee avaruuden läpi energiaa kuljettavien aaltojen muodossa. Kuljetettavan energiamäärän mukaan ne luokitellaan sähkömagneettiselle spektrille. Meillä on eniten energiaaaltoja, kuten gammasäteitä, röntgensäteitä ja ultraviolettia, samoin kuin niitä, joilla on vähemmän energiaa, kuten infrapuna-, mikroaaltoja ja radioaaltoja.
Kaikki elimet lähettävät säteilyä
Kaikki elimet lähettävät säteilyä lämpötilansa perusteella. Tämän antaa Stefan-Boltzmannin laki jossa todetaan, että kehon lähettämä energia on suoraan verrannollinen sen lämpötilan neljänteen tehoon. Siksi sekä aurinko, palava puupala, oma kehomme että jopa pala jäätä säteilevät jatkuvasti energiaa.
Tämä saa meidät esittämään itsellemme kysymyksen: miksi pystymme "näkemään" auringon tai palavan puutavaran lähettämän säteilyn emmekä pysty näkemään itse lähettämäämme, maan pintaa tai palaa jäätä? Yhtä hyvin, tämä riippuu suurelta osin kunkin lämpötilasta, ja siksi niiden energiamäärä, jonka he pääasiassa tuottavat. Mitä korkeampi kappaleiden lämpötila on, sitä suurempi energiamäärä he tuottavat aalloissaan, ja siksi ne ovat näkyvämpiä.
Aurinko on 6.000 K: n lämpötilassa ja lähettää säteilyä pääasiassa näkyvän alueen aalloilla (tunnetaan yleensä nimellä valoaallot), se lähettää myös ultraviolettisäteilyä (jolla on enemmän energiaa ja siksi se polttaa ihoamme pitkillä altistuksilla) ja Loput sen lähettämästä on infrapunasäteily, jota ihmissilmä ei havaitse. Siksi emme voi havaita kehomme lähettämää säteilyä. Ihmiskeho on noin 37 astetta ja sen säteilevä infrapuna.
Kuinka auringon säteily toimii
Varmasti tieto siitä, että kehot lähettävät jatkuvasti säteilyä ja energiaa, tuo uuden kysymyksen päähän. Miksi, jos elimet lähettävät energiaa ja säteilyä, eikö ne vähitellen jäähtyisi? Vastaus tähän kysymykseen on yksinkertainen: samalla kun he lähettävät energiaa, ne myös absorboivat sitä. On toinenkin laki, joka on säteilytasapaino, jonka mukaan esine tuottaa saman määrän energiaa kuin se absorboi, minkä vuoksi ne pystyvät pitämään vakion lämpötilan.
Siten maa-ilmakehäjärjestelmässämme tapahtuu joukko prosesseja, joissa energia absorboituu, vapautuu ja heijastuu niin lopullinen tasapaino säteilystä, joka saavuttaa auringon ilmakehän yläosaan, ja ulkoiseen avaruuteen menevän säteilyn välillä, on nolla. Toisin sanoen keskimääräinen vuotuinen lämpötila pysyy vakiona. Kun aurinkosäteily pääsee maahan, suurin osa siitä absorboituu maapallon pintaan. Hyvin vähän tulevasta säteilystä absorboi pilvet ja ilma. Pinta, kaasut, pilvet heijastavat loput säteilystä ja palautuvat ulkoavaruuteen.
Säteilyn määrä, jonka keho heijastaa tulevaan säteilyyn, tunnetaan nimellä albedo. Siksi voimme sanoa sen maa-ilmakehäjärjestelmän albedo on keskimäärin 30%. Äskettäin pudonneella lumella tai joillakin erittäin pystysuunnassa kehittyneillä kumpupinnoilla albedo on lähellä 90%, kun taas aavikoissa on noin 25% ja valtamerissä noin 10% (ne absorboivat melkein kaiken säteilyn, joka niihin pääsee).
Kuinka mitataan säteilyä?
Pisteessä saamamme aurinkosäteilyn mittaamiseen käytämme laitetta, jota kutsutaan pyranometriksi. Tämä osa koostuu anturista, joka on suljettu läpinäkyvälle pallonpuoliskolle ja joka siirtää kaiken säteilyn hyvin pienellä aallonpituudella. Tässä anturissa on vuorotellen mustavalkoisia segmenttejä, jotka absorboivat säteilyn määrän eri tavalla. Näiden segmenttien välinen lämpötilakontrasti kalibroidaan säteilyvirran mukaan (mitattuna watteina neliömetriä kohti).
Arvio saamastamme auringon säteilyn määrästä voidaan saada myös mittaamalla aurinkotuntien määrä. Tätä varten käytämme instrumenttia, jota kutsutaan heliografiksi. Tämän muodostaa lasipallo, joka on suuntautunut maantieteelliseen etelään, joka toimii suurena suurennuslasina, joka keskittää kaiken vastaanotetun säteilyn hehkulamppuun, joka palaa erityisellä paperinauhalla, joka on valmistunut vuorokauden ympäri.
Aurinkosäteily ja lisääntynyt kasvihuoneilmiö
Aiemmin mainitsimme, että aurinkosäteilyn määrä, joka tulee maahan ja lähtee, on sama. Tämä ei ole täysin totta, koska jos näin on, planeettamme globaali keskilämpötila olisi -88 astetta. Tarvitsemme jotain, joka auttaa meitä säilyttämään lämmön voidaksemme olla niin miellyttävän ja asuttavan lämpötilan, joka tekee elämästä mahdolliseksi planeetalla. Siellä esitellään kasvihuoneilmiö. Kun auringon säteily osuu maapallon pintaan, se palaa melkein puolet takaisin ilmakehään karkottaakseen sen avaruuteen. No, olemme kommentoineet, että pilvet, ilma ja muut ilmakehän komponentit absorboivat pienen osan auringon säteilystä. Tämä absorboitunut määrä ei kuitenkaan riitä ylläpitämään vakaa lämpötilaa ja tekemään planeettamme asuttavaksi. Kuinka voimme elää näiden lämpötilojen kanssa?
Niin sanottuja kasvihuonekaasuja ovat kaasut, jotka säilyttävät osan maapallon lähettämästä lämpötilasta, joka palaa takaisin ilmakehään. Kasvihuonekaasuja ovat: vesihöyry, hiilidioksidi (CO2), typpioksidit, rikkioksidit, metaani jne. Jokaisella kasvihuonekaasulla on erilainen kyky absorboida auringon säteilyä. Mitä enemmän sen on kyky absorboida säteilyä, sitä enemmän lämpöä se säilyttää eikä anna sen palata ulkoavaruuteen.
Koko ihmishistorian ajan kasvihuonekaasujen (mukaan lukien suurin osa hiilidioksidista) pitoisuus on kasvanut yhä enemmän. Tämän kasvun nousu johtuu teollisen vallankumouksen ja fossiilisten polttoaineiden polttamisen teollisuudessa, energiassa ja liikenteessä. Fossiilisten polttoaineiden, kuten öljyn ja kivihiilen, polttaminen aiheuttaa CO2- ja metaanipäästöjä. Nämä kasvavat päästöt aiheuttavat heille suuren määrän auringon säteilyä eivätkä salli sen palauttamista ulkoavaruuteen.
Tätä kutsutaan kasvihuoneilmiöksi. Tämän vaikutuksen lisäämiseksi kutsumme kuitenkin kasvihuoneeksi se on haitallista, koska se, mitä teemme, nostaa globaaleja keskilämpötiloja yhä enemmän. Mitä enemmän näiden säteilyä absorboivien kaasujen pitoisuus ilmakehässä on, sitä enemmän lämpöä ne säilyttävät ja sen vuoksi korkeammat lämpötilat nousevat.
Aurinkosäteily ja ilmastonmuutos
Ilmaston lämpeneminen tunnetaan maailmanlaajuisesti. Tämä auringon säteilyn suuren pidättymisen aiheuttama lämpötilan nousu aiheuttaa muutoksen globaalissa ilmastossa. Se ei tarkoita vain sitä, että planeetan keskilämpötilat nousevat, vaan että ilmasto ja kaikki siihen liittyvä muuttuu.
Lämpötilan nousu aiheuttaa epävakautta ilmavirroissa, valtamerimassassa, lajien jakautumisessa, vuodenaikojen peräkkäisyydessä, äärimmäisten sääilmiöiden lisääntymisessä (kuten kuivuus, tulvat, hurrikaanit ...) jne.. Tästä syystä meidän on vähennettävä kasvihuonekaasupäästöjä ja palautettava ilmastomme voidaksemme saavuttaa säteilytasapainomme vakaalla tavalla.