Radiasi matahari merupakan variabel meteorologi penting yang berfungsi untuk menentukan jumlah "panas" yang akan kita terima dari matahari di permukaan bumi. Jumlah radiasi matahari ini diubah oleh perubahan iklim dan retensi gas rumah kaca.
Radiasi matahari mampu memanaskan permukaan tanah dan benda-benda (bahkan milik kita) tanpa hampir memanaskan udara. Selain itu, variabel ini sangat penting untuk mengevaluasi pekerjaan yang kita lakukan dalam memerangi perubahan iklim. Apakah Anda ingin tahu segalanya tentang radiasi matahari?
Radiasi matahari melewati atmosfer
Saat kita berada di pantai pada salah satu hari musim panas yang terik ini, kita berbaring "di bawah matahari". Saat kita berada di handuk lebih lama, kita memperhatikan bagaimana tubuh kita menghangat dan meningkatkan suhunya, sampai kita perlu mandi atau berteduh karena kita terbakar. Apa yang terjadi di sini jika udaranya tidak terlalu panas? Apa yang terjadi adalah itu Sinar matahari telah melewati atmosfer kita dan menghangatkan tubuh kita tanpa memanaskan udara.
Sesuatu yang mirip dengan apa yang terjadi pada kita dalam situasi ini adalah apa yang terjadi pada Bumi: Atmosfer hampir 'transparan' terhadap radiasi matahari, tetapi permukaan bumi dan benda lain yang terletak di atasnya menyerapnya. Energi yang ditransfer oleh Matahari ke Bumi disebut energi radiasi atau radiasi. Radiasi bergerak melalui ruang dalam bentuk gelombang yang membawa energi. Bergantung pada jumlah energi yang dibawanya, mereka diklasifikasikan sepanjang spektrum elektromagnetik. Kami memiliki gelombang paling energik seperti sinar gamma, sinar X dan ultraviolet, serta yang memiliki energi lebih sedikit seperti inframerah, gelombang mikro, dan gelombang radio.
Semua benda memancarkan radiasi
Semua benda memancarkan radiasi berdasarkan suhunya. Ini diberikan oleh Hukum Stefan-Boltzmann yang menyatakan bahwa energi yang dipancarkan oleh suatu benda berbanding lurus dengan pangkat empat suhunya. Inilah sebabnya mengapa Matahari, sepotong kayu yang terbakar, tubuh kita sendiri dan bahkan sepotong es terus-menerus memancarkan energi.
Hal ini membuat kita bertanya pada diri sendiri pertanyaan: mengapa kita bisa "melihat" radiasi yang dipancarkan matahari atau potongan kayu yang terbakar dan kita tidak dapat melihatnya yang dipancarkan oleh kita, permukaan bumi atau potongan itu. es? Demikian juga, ini sangat bergantung pada suhu yang dicapai oleh masing-masingnya, dan karena itu, jumlah energi yang sebagian besar mereka pancarkan. Semakin tinggi suhu benda, semakin besar jumlah energi yang mereka pancarkan dalam gelombangnya, dan itulah sebabnya benda-benda itu akan lebih terlihat.
Matahari berada pada suhu 6.000 K dan memancarkan radiasi terutama dalam gelombang jarak yang terlihat (umumnya dikenal sebagai gelombang cahaya), ia juga memancarkan radiasi ultraviolet (yang memiliki lebih banyak energi dan itulah sebabnya ia membakar kulit kita dalam eksposur lama) dan Sisa yang dipancarkannya adalah radiasi infra merah yang tidak dirasakan oleh mata manusia. Itulah mengapa kita tidak dapat merasakan radiasi yang dipancarkan tubuh kita. Suhu tubuh manusia sekitar 37 derajat Celcius dan radiasi yang dipancarkannya ada di inframerah.
Bagaimana radiasi matahari bekerja
Tentunya mengetahui bahwa tubuh terus menerus memancarkan radiasi dan energi akan membawa pertanyaan lain ke kepala Anda. Mengapa, jika tubuh memancarkan energi dan radiasi, tidakkah mereka mendingin secara bertahap? Jawaban atas pertanyaan ini sederhana: saat mereka memancarkan energi, mereka juga menyerapnya. Ada hukum lain, yaitu keseimbangan radiasi, yang mengatakan bahwa suatu benda memancarkan jumlah energi yang sama dengan yang diserapnya, itulah sebabnya mereka mampu mempertahankan suhu konstan.
Jadi, dalam sistem bumi-atmosfer kita serangkaian proses terjadi di mana energi diserap, dipancarkan dan dipantulkan, sehingga keseimbangan terakhir antara radiasi yang mencapai puncak atmosfer dari Matahari dan yang keluar ke luar angkasa adalah nol. Dengan kata lain, suhu tahunan rata-rata tetap konstan. Saat radiasi matahari memasuki bumi, sebagian besar diserap oleh permukaan bumi. Sangat sedikit radiasi insiden yang diserap oleh awan dan udara. Sisa radiasi dipantulkan oleh permukaan, gas, awan dan dikembalikan ke luar angkasa.
Jumlah radiasi yang dipantulkan oleh suatu benda relatif terhadap radiasi insiden dikenal sebagai 'albedo'. Oleh karena itu, kami dapat mengatakannya sistem bumi-atmosfer memiliki albedo rata-rata 30%. Salju yang baru turun atau beberapa kumulonimbus yang berkembang sangat vertikal memiliki albedo mendekati 90%, sedangkan gurun memiliki sekitar 25% dan lautan sekitar 10% (mereka menyerap hampir semua radiasi yang mencapai mereka).
Bagaimana kita mengukur radiasi?
Untuk mengukur radiasi matahari yang kami terima pada suatu titik, kami menggunakan alat yang disebut pyranometer. Bagian ini terdiri dari sensor yang dibungkus dalam belahan transparan yang mentransmisikan semua radiasi dengan panjang gelombang yang sangat kecil. Sensor ini memiliki segmen hitam putih bergantian yang menyerap jumlah radiasi dengan cara berbeda. Kontras suhu antara segmen ini dikalibrasi sesuai dengan fluks radiasi (diukur dalam watt per meter persegi).
Perkiraan jumlah radiasi matahari yang kita terima juga dapat diperoleh dengan mengukur jumlah jam sinar matahari yang kita miliki. Untuk melakukan ini, kami menggunakan alat yang disebut heliograf. Ini dibentuk oleh bola kaca yang berorientasi ke arah selatan geografis, yang bertindak sebagai kaca pembesar besar, memusatkan semua radiasi yang diterima dalam titik pijar yang membakar selotip kertas khusus yang disesuaikan dengan jam dalam sehari.
Radiasi matahari dan peningkatan efek rumah kaca
Sebelumnya kami telah menyebutkan bahwa jumlah radiasi matahari yang masuk ke bumi dan yang meninggalkan adalah sama. Ini tidak sepenuhnya benar, karena jika demikian, suhu rata-rata global planet kita akan menjadi -88 derajat. Kita membutuhkan sesuatu untuk membantu kita mempertahankan panas agar dapat memiliki suhu yang nyaman dan layak huni yang memungkinkan kehidupan di planet ini. Di situlah kami memperkenalkan efek rumah kaca. Ketika radiasi matahari menghantam permukaan bumi, ia mengembalikan hampir setengahnya kembali ke atmosfer untuk mengusirnya ke luar angkasa. Nah, kami telah berkomentar bahwa awan, udara, dan komponen atmosfer lainnya menyerap sebagian kecil radiasi matahari. Namun, jumlah yang diserap ini tidak cukup untuk mempertahankan suhu yang stabil dan menjadikan planet kita layak huni. Bagaimana kita bisa hidup dengan suhu ini?
Yang disebut gas rumah kaca adalah gas yang menahan sebagian suhu yang dipancarkan oleh permukaan bumi yang kembali ke atmosfer. Gas rumah kaca adalah: uap air, karbon dioksida (CO2), nitrogen oksida, sulfur oksida, metana, dll. Setiap gas rumah kaca memiliki kemampuan berbeda dalam menyerap radiasi matahari. Semakin banyak kapasitas yang dimilikinya untuk menyerap radiasi, semakin banyak panas yang ditahan dan tidak memungkinkannya kembali ke luar angkasa.
Sepanjang sejarah manusia, konsentrasi gas rumah kaca (termasuk yang paling banyak CO2) semakin meningkat. Kenaikan kenaikan ini karena revolusi industri dan pembakaran bahan bakar fosil di industri, energi dan transportasi. Pembakaran bahan bakar fosil seperti minyak bumi dan batu bara menyebabkan emisi CO2 dan metana. Gas-gas ini dalam peningkatan emisi menyebabkan mereka menahan sejumlah besar radiasi matahari dan tidak memungkinkannya dikembalikan ke luar angkasa.
Ini dikenal sebagai efek rumah kaca. Namun, meningkatkan efek ini kami sebut rumah kaca itu kontraproduktif, karena apa yang kami lakukan adalah semakin meningkatkan suhu rata-rata global. Semakin banyak konsentrasi gas penyerap radiasi ini di atmosfer, semakin banyak panas yang akan ditahan dan oleh karena itu, semakin tinggi suhu yang akan naik.
Radiasi matahari dan perubahan iklim
Pemanasan global dikenal di seluruh dunia. Kenaikan suhu akibat retensi besar radiasi matahari menyebabkan perubahan iklim global. Ini tidak hanya berarti bahwa suhu rata-rata planet akan meningkat, tetapi iklim dan segala sesuatu yang menyertainya akan berubah.
Kenaikan suhu menyebabkan destabilisasi arus udara, massa samudra, distribusi spesies, suksesi musim, peningkatan fenomena meteorologi yang ekstrim (seperti kekeringan, banjir, badai ...), dll.. Itulah mengapa untuk mendapatkan kembali keseimbangan radiasi kita dengan cara yang stabil, kita harus mengurangi emisi gas rumah kaca dan mendapatkan kembali iklim kita.