Le rayonnement solaire est une variable météorologique importante qui sert à déterminer la quantité de «chaleur» que nous recevrons du soleil à la surface de la terre. Cette quantité de rayonnement solaire est modifiée par le changement climatique et la rétention des gaz à effet de serre.
Le rayonnement solaire est capable de chauffer la surface du sol et des objets (même le nôtre) sans chauffer à peine l'air. De plus, cette variable est très importante pour évaluer le travail que nous faisons dans la lutte contre le changement climatique. Voulez-vous tout savoir sur le rayonnement solaire?
Le rayonnement solaire traverse l'atmosphère
Lorsque nous sommes à la plage pendant l'une de ces chaudes journées d'été, nous nous couchons «au soleil». En restant dans la serviette plus longtemps, nous remarquons comment notre corps se réchauffe et augmente sa température, jusqu'à ce que nous ayons besoin de prendre un bain ou de nous mettre à l'ombre parce que nous nous brûlons. Que s'est-il passé ici, si l'air n'est pas si chaud? Ce qui s'est passé, c'est que les rayons du soleil ont traversé notre atmosphère et ont réchauffé notre corps avec peu de chaleur de l'air.
Quelque chose de similaire à ce qui nous arrive dans cette situation est ce qui arrive à la Terre: l'atmosphère est presque «transparente» au rayonnement solaire, mais la surface de la Terre et les autres corps qui s'y trouvent l'absorbent. L'énergie transférée par le Soleil à la Terre est ce que l'on appelle l'énergie radiante ou rayonnement. Le rayonnement voyage dans l'espace sous forme d'ondes qui transportent de l'énergie. En fonction de la quantité d'énergie qu'ils transportent, ils sont classés le long du spectre électromagnétique. Nous avons les ondes les plus énergétiques telles que les rayons gamma, les rayons X et les ultraviolets, ainsi que celles avec moins d'énergie comme les infrarouges, les micro-ondes et les ondes radio.
Tous les corps émettent des radiations
Tous les corps émettent des radiations en fonction de leur température. Ceci est donné par Loi Stefan-Boltzmann qui stipule que l'énergie émise par un corps est directement proportionnelle à la quatrième puissance de sa température. C'est pourquoi le Soleil, un morceau de bois brûlant, notre propre corps et même un morceau de glace rayonnent continuellement d'énergie.
Cela nous amène à nous poser une question: pourquoi sommes-nous capables de "voir" le rayonnement émis par le soleil ou le morceau de bois brûlant et nous ne pouvons pas voir celui émis par nous, la surface de la Terre ou le morceau de glace? Aussi, cela dépend en grande partie de la température atteinte par chacun d'eux, et par conséquent, la quantité d'énergie qu'ils émettent principalement. Plus la température des corps est élevée, plus la quantité d'énergie qu'ils émettent dans leurs ondes est élevée, et c'est pourquoi ils seront plus visibles.
Le Soleil est à une température de 6.000 K et émet des radiations principalement dans les ondes du spectre visible (généralement appelées ondes lumineuses), il émet également des rayons ultraviolets (qui ont plus d'énergie et c'est pourquoi il brûle notre peau lors de longues expositions) et Le reste qu'il émet est un rayonnement infrarouge qui n'est pas perçu par l'œil humain. C'est pourquoi nous ne pouvons pas percevoir les radiations que notre corps émet. Le corps humain est à environ 37 degrés Celsius et le rayonnement qu'il émet est dans l'infrarouge.
Comment fonctionne le rayonnement solaire
Sûrement savoir que les corps émettent continuellement des radiations et de l'énergie vous posera une autre question. Pourquoi, si les corps émettent de l'énergie et des radiations, ne se refroidissent-ils pas progressivement? La réponse à cette question est simple: tandis qu'ils émettent de l'énergie, ils l'absorbent également. Il existe une autre loi, qui est celle de l'équilibre radiatif, qui dit qu'un objet émet la même quantité d'énergie qu'il en absorbe, c'est pourquoi il est capable de maintenir une température constante.
Ainsi, dans notre système terre-atmosphère, une série de processus ont lieu dans lesquels l'énergie est absorbée, émise et réfléchie, de sorte que l'équilibre final entre le rayonnement qui atteint le sommet de l'atmosphère du Soleil et celui qui sort dans l'espace est nul. En d'autres termes, la température annuelle moyenne reste constante. Lorsque le rayonnement solaire pénètre dans la Terre, la majeure partie est absorbée par la surface de la Terre. Très peu de rayonnement incident est absorbé par les nuages et l'air. Le reste du rayonnement est réfléchi par la surface, les gaz, les nuages et est renvoyé dans l'espace extra-atmosphérique.
La quantité de rayonnement réfléchie par un corps par rapport au rayonnement incident est appelée «albédo». Par conséquent, nous pouvons dire que le système terre-atmosphère a un albédo moyen de 30%. La neige fraîchement tombée ou certains cumulonimbus très développés verticalement ont un albédo proche de 90%, tandis que les déserts en ont environ 25% et les océans environ 10% (ils absorbent presque tout le rayonnement qui les atteint).
Comment mesurer le rayonnement?
Pour mesurer le rayonnement solaire que nous recevons en un point, nous utilisons un appareil appelé pyranomètre. Cette section est constituée d'un capteur enfermé dans un hémisphère transparent qui transmet tout rayonnement d'une très petite longueur d'onde. Ce capteur a des segments alternés noir et blanc qui absorbent la quantité de rayonnement d'une manière différente. Le contraste de température entre ces segments est calibré en fonction du flux de rayonnement (mesuré en watts par mètre carré).
Une estimation de la quantité de rayonnement solaire que nous recevons peut également être obtenue en mesurant le nombre d'heures d'ensoleillement dont nous disposons. Pour ce faire, nous utilisons un instrument appelé héliographe. Celui-ci est formé par une sphère de verre orientée vers le sud géographique, qui agit comme une grande loupe, concentrant tout le rayonnement reçu dans un point incandescent qui brûle un ruban de papier spécial gradué avec les heures de la journée.
Rayonnement solaire et effet de serre accru
Nous avons mentionné précédemment que la quantité de rayonnement solaire qui pénètre dans la Terre et celle qui en sort est la même. Ce n'est pas tout à fait vrai, car si tel est le cas, la température moyenne mondiale de notre planète serait de -88 degrés. Nous avons besoin de quelque chose pour nous aider à retenir la chaleur pour pouvoir avoir une température aussi agréable et habitable qui rend la vie possible sur la planète. C'est là que nous introduisons l'effet de serre. Lorsque le rayonnement solaire atteint la surface de la Terre, il retourne presque la moitié dans l'atmosphère pour l'expulser dans l'espace extra-atmosphérique. Eh bien, nous avons remarqué que les nuages, l'air et le reste des composants atmosphériques absorbent une petite partie du rayonnement solaire. Cependant, cette quantité absorbée n'est pas suffisante pour pouvoir maintenir une température stable et rendre notre planète habitable. Comment vivre avec ces températures?
Les soi-disant gaz à effet de serre sont ces gaz qui retiennent une partie de la température émise par la surface de la terre qui retourne dans l'atmosphère. Les gaz à effet de serre sont: vapeur d'eau, dioxyde de carbone (CO2), oxydes d'azote, oxydes de soufre, méthane, etc. Chaque gaz à effet de serre a une capacité différente à absorber le rayonnement solaire. Plus il a de capacité à absorber le rayonnement, plus il retiendra de chaleur et ne lui permettra pas de retourner dans l'espace.
Tout au long de l'histoire humaine, la concentration de gaz à effet de serre (dont le plus de CO2) a augmenté de plus en plus. La hausse de cette augmentation est due la révolution industrielle et la combustion de combustibles fossiles dans l'industrie, l'énergie et les transports. La combustion de combustibles fossiles tels que le pétrole et le charbon entraîne des émissions de CO2 et de méthane. Ces gaz dans une émission croissante les amènent à retenir une grande quantité de rayonnement solaire et ne permettent pas de le renvoyer dans l'espace.
C'est ce qu'on appelle l'effet de serre. Cependant, en augmentant cet effet, nous appelons serre c'est contre-productif, car ce que nous faisons augmente de plus en plus les températures moyennes mondiales. Plus ces gaz absorbant les radiations sont concentrés dans l'atmosphère, plus ils retiendront de chaleur et, par conséquent, plus les températures augmenteront.
Rayonnement solaire et changement climatique
Le réchauffement climatique est connu dans le monde entier. Cette augmentation des températures due à la forte rétention du rayonnement solaire entraîne un changement du climat mondial. Cela signifie non seulement que les températures moyennes de la planète augmenteront, mais que le climat et tout ce que cela implique changeront.
L'augmentation des températures provoque une déstabilisation des courants d'air, des masses océaniques, de la répartition des espèces, de la succession des saisons, de l'augmentation des phénomènes météorologiques extrêmes (tels que sécheresses, inondations, ouragans ...), etc.. C'est pourquoi pour retrouver notre bilan radiatif de manière stable, nous devons réduire les émissions de gaz à effet de serre et retrouver notre climat.