A napsugárzás fontos meteorológiai változó, amely arra szolgál, hogy meghatározza a "hő" mennyiségét, amelyet a naptól kapunk a föld felszínén. A napsugárzás ezen mennyiségét az éghajlatváltozás és az üvegházhatású gázok visszatartása megváltoztatja.
A napsugárzás képes felmelegíteni a talaj és a tárgyak felületét (még a miénk is) a levegő alig melegítésével. Ez a változó továbbá nagyon fontos az éghajlatváltozás elleni küzdelemben végzett munkánk értékeléséhez. Mindent tudni akar a napsugárzásról?
A napsugárzás áthalad a légkörön
Amikor ezen a forró nyári napon a tengerparton vagyunk, lefekszünk "a napra". Amíg hosszabb ideig tartózkodunk a törülközőben, észrevesszük, hogy testünk felmelegszik és megemelkedik a hőmérséklete, amíg fürödnünk vagy árnyékba kell kerülnünk, mert megégünk. Mi történt itt, ha a levegő nem olyan forró? Ami történt, az az a napsugarak áthaladtak a légkörünkön, és alig melegítik a testünket a levegő alig melegítésével.
Valami hasonló ahhoz, ami velünk történik ebben a helyzetben, az történik a Földdel: A légkör szinte „átlátszó” a napsugárzással szemben, de a Föld felszíne és a rajta elhelyezkedő más testek elnyelik azt. A Nap által a Földre továbbított energia az úgynevezett sugárzó energia vagy sugárzás. A sugárzás energiát hordozó hullámok formájában halad át a térben. Az általuk hordozott energia mennyiségétől függően az elektromágneses spektrum mentén vannak besorolva. A legenergiásabb hullámok, például a gammasugarak, a röntgensugarak és az ultraibolya hullámok, valamint a kevésbé energiájú hullámok, például az infravörös, mikrohullámú és rádióhullámok vannak.
Minden test sugárzást bocsát ki
Minden test hőmérsékletük alapján sugárzást bocsát ki. Ezt az adja Stefan-Boltzmann-törvény amely kimondja, hogy a test által kibocsátott energia egyenesen arányos hőmérsékletének negyedik teljesítményével. Ezért a Nap, egy égő fadarab, a saját testünk és még egy jégdarab is folyamatosan sugározza az energiát.
Ez arra késztet minket, hogy feltegyünk egy kérdést magunknak: miért vagyunk képesek "látni" a nap vagy az égő fadarab által kibocsátott sugárzást, és nem vagyunk képesek látni a kibocsátott sugárzást, a Föld felületét vagy a darabot jég? Is, ez nagyban függ az egyesek által elért hőmérséklettől, és ezért az általuk túlnyomórészt kibocsátott energiamennyiség. Minél magasabb a testek hőmérséklete, annál nagyobb energiát bocsátanak ki hullámaikban, és ezért lesznek jobban láthatóak.
A Nap 6.000 K hőmérsékleten van, és főleg a látható tartományú hullámokban bocsát ki sugárzást (általában fényhullámként), emellett ultraibolya sugárzást bocsát ki (amelynek több energiája van, és ezért égeti meg bőrünket hosszú expozíció esetén) és a A maradék infravörös sugárzás, amelyet az emberi szem nem érzékel. Ezért nem érzékelhetjük a testünk által kibocsátott sugárzást. Az emberi test körülbelül 37 Celsius fokos, és az általa kibocsátott sugárzás az infravörös tartományban van.
Hogyan működik a napsugárzás
Bizonyára tudatában annak, hogy a testek folyamatosan sugárzást és energiát bocsátanak ki, újabb kérdés merül fel a fejében. Miért, ha a testek energiát és sugárzást bocsátanak ki, miért nem hűlnek le fokozatosan? A kérdésre a válasz egyszerű: miközben energiát bocsátanak ki, elnyelik azt is. Van még egy törvény, a sugárzási egyensúly törvénye, amely azt mondja, hogy egy tárgy ugyanannyi energiát bocsát ki, mint amennyit elnyel, ezért képesek állandó hőmérsékletet fenntartani.
Tehát a föld-légkör rendszerünkben folyamatok sora zajlik le, amelyekben az energia elnyelődik, kibocsátódik és visszaverődik, így a végső egyensúly a Napból a légkör tetejére eljutó sugárzás és a világűrbe kijutó sugárzás között nulla. Más szavakkal, az éves átlagos hőmérséklet állandó marad. Amikor a napsugárzás bejut a Földre, annak nagy részét elnyeli a Föld felszíne. A beeső sugárzásból csak nagyon keveset nyelnek el a felhők és a levegő. A sugárzás fennmaradó részét a felszín, a gázok, a felhők visszaverik és visszavezetik a világűrbe.
Az a sugárzásmennyiség, amelyet a test a beeső sugárzáshoz viszonyítva visszavezet, albedó néven ismert. Ezért azt mondhatjuk a föld-légköri rendszer átlagos albedója 30%. Az újonnan lehullott hó vagy néhány magasan függőlegesen fejlett gomolyfelhő albedója közel 90%, míg a sivatagokban körülbelül 25%, az óceánokban pedig körülbelül 10% (elnyeli szinte az összes őket elérő sugárzást).
Hogyan mérjük a sugárzást?
A napsugárzás mérésére, amelyet egy pontban kapunk, egy piranométer nevű készüléket használunk. Ez a szakasz egy átlátszó féltekébe zárt érzékelőből áll, amely minden nagyon kis hullámhosszú sugárzást továbbít. Ennek az érzékelőnek váltakozó fekete és fehér szegmensei vannak, amelyek más módon veszik fel a sugárzás mennyiségét. Az ezen szegmensek közötti hőmérséklet-kontrasztot a sugárzás fluxusa szerint kalibrálják (watt négyzetméterenként mérve).
A kapott napsugárzás mennyiségének becslése a napsütéses órák számának mérésével is elkészíthető. Ehhez egy heliográf nevű műszert használunk. Ezt a földrajzi dél felé orientált üveggömb alkotja, amely nagy nagyítóként működik, és az összes beérkezett sugárzást egy izzólámpában összpontosítja, amely egy speciális, a nap óráival beosztott papírszalagot éget el.
Napsugárzás és fokozott üvegházhatás
Korábban említettük, hogy a Földbe jutó és távozó napsugárzás mennyisége azonos. Ez nem teljesen igaz, mert ha igen, akkor bolygónk globális átlaghőmérséklete -88 fok lenne. Szükségünk van valamire, amely segít megőrizni a hőt, hogy olyan kellemes és lakható hőmérsékletet tudjunk elérni, amely lehetővé teszi az életet a bolygón. Itt vezetjük be az üvegházhatást. Amikor a napsugárzás eléri a Föld felszínét, majdnem fele visszatér a légkörbe, hogy a világűrbe juttassa. Nos, megjegyeztük, hogy a felhők, a levegő és más légköri komponensek elnyelik a napsugárzás kis részét. Ez a felszívódó mennyiség azonban nem elegendő ahhoz, hogy stabil hőmérsékletet tudjon tartani és bolygónkat lakhatóvá tegye. Hogyan élhetünk meg ilyen hőmérsékletekkel?
Az úgynevezett üvegházhatású gázok azok a gázok, amelyek megtartják a földfelszín által kibocsátott hőmérséklet egy részét, amely visszatér a légkörbe. Az üvegházhatású gázok: vízgőz, szén-dioxid (CO2), nitrogén-oxidok, kén-oxidok, metán stb. Minden üvegházhatású gáz más és más képességgel képes elnyelni a napsugárzást. Minél nagyobb kapacitással rendelkezik a sugárzás elnyelésével, annál több hőt fog megtartani, és nem engedi, hogy visszatérjen a világűrbe.
Az emberi történelem során az üvegházhatású gázok (beleértve a legtöbb CO2-ot is) koncentrációja egyre jobban növekszik. Ennek a növekedésnek az emelkedése köszönhető az ipari forradalom és a fosszilis üzemanyagok elégetése az iparban, az energiában és a közlekedésben. A fosszilis tüzelőanyagok, például az olaj és a szén égése CO2- és metánkibocsátást okoz. Ezek a növekvő emissziójú gázok nagy mennyiségű napsugárzást tartanak fenn, és nem teszik lehetővé a világűrbe való visszatérését.
Ezt üvegházhatásnak nevezik. Ennek a hatásnak a növelésével azonban üvegházhatást nevezünk kontraproduktív, mivel amit csinálunk, egyre jobban megnöveli a globális átlaghőmérsékletet. Minél nagyobb koncentrációja van ezeknek a sugárzást elnyelő gázoknak a légkörben, annál több hőt fognak megtartani, és ezért annál magasabb hőmérsékletek emelkednek.
Napsugárzás és éghajlatváltozás
A globális felmelegedés világszerte ismert. Ez a hőmérséklet-emelkedés a napsugárzás nagy visszatartása miatt megváltoztatja a globális éghajlatot. Ez nem csak azt jelenti, hogy a bolygó átlaghőmérséklete megnő, hanem hogy változik az éghajlat és minden, ami ezzel jár.
A hőmérséklet növekedése destabilizációt okoz a légáramokban, az óceáni tömegekben, a fajok eloszlásában, az évszakok egymásutánjában, az extrém meteorológiai jelenségek (például aszályok, áradások, hurrikánok stb.) Növekedésében stb.. Éppen ezért ahhoz, hogy stabil módon visszanyerjük sugárzási egyensúlyunkat, csökkentenünk kell az üvegházhatású gázok kibocsátását és vissza kell állítanunk az éghajlatunkat.