Solstråling er en viktig meteorologisk variabel som tjener til å bestemme mengden "varme" som vi vil motta fra solen på jordoverflaten. Denne mengden solstråling endres av klimaendringer og oppbevaring av klimagasser.
Solstråling er i stand til å varme opp overflaten på bakken og gjenstander (til og med vår) uten å knapt varme opp luften. Videre er denne variabelen veldig viktig for å kunne vurdere arbeidet vi gjør i kampen mot klimaendringene. Vil du vite alt om solstråling?
Solstråling passerer gjennom atmosfæren
Når vi er på stranden en av disse varme sommerdagene, legger vi oss "til solen." Når vi holder oss i håndkleet lenger, merker vi hvordan kroppen vår varmes opp og øker temperaturen, til vi trenger å ta et bad eller komme oss i skyggen fordi vi blir brent. Hva har skjedd her hvis luften ikke er så varm? Det som har skjedd er at solstrålene har gått gjennom atmosfæren vår og har varmet kroppen vår med liten oppvarming av luften.
Noe som ligner på det som skjer med oss i denne situasjonen, er hva som skjer med jorden: Atmosfæren er nesten "gjennomsiktig" for solstråling, men jordens overflate og andre kropper som ligger på den absorberer den. Energien som solen overfører til jorden er det som kalles strålingsenergi eller stråling. Stråling beveger seg gjennom rommet i form av bølger som bærer energi. Avhengig av mengden energi de bærer, klassifiseres de langs det elektromagnetiske spekteret. Vi har fra de mest energiske bølgene som gammastråler, røntgenstråler og ultrafiolett, så vel som de med mindre energi som infrarød, mikrobølger og radiobølger.
Alle kropper avgir stråling
Alle legemer avgir stråling basert på temperaturen. Dette er gitt av Stefan-Boltzmann-loven som sier at energien som sendes ut av en kropp er direkte proporsjonal med den fjerde kraften til temperaturen. Dette er grunnen til at både solen, et brennende treverk, vår egen kropp og til og med et stykke is utstråler energi på en kontinuerlig måte.
Dette får oss til å stille oss et spørsmål: hvorfor er vi i stand til å "se" strålingen som sendes ut av solen eller det brennende treverket, og vi er ikke i stand til å se den som sendes ut av oss, jordens overflate eller stykket av is? Også, dette avhenger i stor grad av temperaturen som hver av dem oppnårog derfor mengden energi som de hovedsakelig avgir. Jo høyere kroppstemperaturen er, desto større mengde energi slipper de ut i bølgene, og det er derfor de vil være mer synlige.
Solen har en temperatur på 6.000 K og avgir stråling hovedsakelig i bølger av det synlige området (vanligvis kjent som lysbølger), den avgir også ultrafiolett stråling (som har mer energi og det er derfor den brenner huden vår i lange eksponeringer) og Resten den avgir er infrarød stråling som ikke oppfattes av det menneskelige øye. Derfor kan vi ikke oppfatte strålingen som kroppen vår avgir. Menneskekroppen har omtrent 37 grader Celsius, og strålingen den avgir er i infrarød.
Hvordan solstråling fungerer
Å vite at kroppene kontinuerlig avgir stråling og energi, vil sikkert bringe et annet spørsmål til hodet ditt. Hvorfor, hvis kroppene avgir energi og stråling, kjøler de seg ikke gradvis ned? Svaret på dette spørsmålet er enkelt: mens de sender ut energi, absorberer de den også. Det er en annen lov, som er strålingsbalansen, som sier at et objekt avgir samme mengde energi som det absorberer, det er derfor de er i stand til å opprettholde en konstant temperatur.
Således finner vi i vår jord-atmosfære system en serie prosesser der energi absorberes, sendes ut og reflekteres, slik at den endelige balansen mellom strålingen som når toppen av atmosfæren fra solen og den som går ut i verdensrommet er null. Med andre ord forblir den gjennomsnittlige årstemperaturen konstant. Når solstråling kommer inn på jorden, absorberes det meste av jordens overflate. Svært lite av den innfallende strålingen absorberes av skyer og luft. Resten av strålingen reflekteres av overflaten, gasser, skyer og returneres til verdensrommet.
Mengden stråling som reflekteres av et legeme med hensyn til innfallende stråling er kjent som 'albedo'. Derfor kan vi si det jord-atmosfære systemet har en gjennomsnittlig albedo på 30%. Nyfallet snø eller noen høyt vertikalt utviklede cumulonimbus har en albedo nær 90%, mens ørkener har omtrent 25% og havene omtrent 10% (de absorberer nesten all stråling som når dem).
Hvordan måler vi stråling?
For å måle solstrålingen som vi mottar på et tidspunkt, bruker vi en enhet som kalles et pyranometer. Denne seksjonen består av en sensor innelukket i en gjennomsiktig halvkule som overfører all stråling med veldig liten bølgelengde. Denne sensoren har vekslende svarte og hvite segmenter som absorberer mengden stråling på en annen måte. Temperaturkontrasten mellom disse segmentene er kalibrert i henhold til strålingsstrømmen (målt i watt per kvadratmeter).
Et estimat av hvor mye solstråling vi mottar, kan også oppnås ved å måle antall soltimer vi har. For å gjøre dette bruker vi et instrument som kalles heliograf. Dette er dannet av en glasskule orientert mot det geografiske sør, som fungerer som et stort forstørrelsesglass, som konsentrerer all stråling som mottas i et glødepunkt som brenner et spesielt papirbånd uteksaminert med timene på dagen.
Solstråling og økt drivhuseffekt
Tidligere nevnte vi at mengden solstråling som kommer inn på jorden og den som går, er den samme. Dette stemmer ikke helt, for i så fall vil den globale gjennomsnittstemperaturen på planeten vår være -88 grader. Vi trenger noe for å hjelpe oss med å beholde varmen for å kunne ha en så behagelig og beboelig temperatur som gjør livet mulig på planeten. Det er der vi introduserer drivhuseffekten. Når solstråling treffer jordoverflaten, returnerer den nesten halvparten tilbake til atmosfæren for å utvise den i verdensrommet. Vel, vi har kommentert at skyer, luft og andre atmosfæriske komponenter absorberer en liten del av solstrålingen. Imidlertid er denne mengden absorbert ikke nok til å kunne opprettholde en stabil temperatur og gjøre planeten vår beboelig. Hvordan kan vi leve med disse temperaturene?
De såkalte klimagassene er de gassene som beholder en del av temperaturen som sendes ut av jordoverflaten som returnerer tilbake til atmosfæren. Klimagasser er: vanndamp, karbondioksid (CO2), nitrogenoksider, svoveloksider, metan, etc. Hver klimagass har forskjellig evne til å absorbere solstråling. Jo mer kapasitet den har til å absorbere stråling, jo mer varme beholder den og lar den ikke komme tilbake til verdensrommet.
Gjennom menneskets historie har konsentrasjonen av klimagasser (inkludert mest CO2) økt mer og mer. Økningen av denne økningen skyldes den industrielle revolusjonen og forbrenningen av fossile brensler innen industri, energi og transport. Brenning av fossile brensler som olje og kull forårsaker utslipp av CO2 og metan. Disse gassene i et økende utslipp får dem til å beholde en stor mengde solstråling og lar ikke den returneres til verdensrommet.
Dette er kjent som drivhuseffekten. Å øke denne effekten kaller vi imidlertid drivhus det er kontraproduktivt, siden det vi gjør er å øke globale gjennomsnittstemperaturer mer og mer. Jo mer konsentrasjon av disse strålingsabsorberende gassene i atmosfæren, jo mer varme beholder de og derfor vil jo høyere temperaturene stige.
Solstråling og klimaendringer
Global oppvarming er kjent over hele verden. Denne økningen i temperaturer på grunn av den store retensjonen av solstråling forårsaker en endring i det globale klimaet. Det betyr ikke bare at gjennomsnittstemperaturen på planeten vil øke, men at klimaet og alt som medfører vil endre seg.
Økningen i temperaturer forårsaker destabilisering i luftstrømmer, havmasser, artsfordeling, sesongrekkefølge, økning i ekstreme meteorologiske fenomener (som tørke, flom, orkaner ...) osv.. Derfor må vi redusere klimagassutslippene og gjenvinne klimaet for å gjenvinne vår strålingsbalanse på en stabil måte.