Radiația solară este o variabilă meteorologică importantă care servește la determinarea cantității de „căldură” pe care o vom primi de la soare pe suprafața pământului. Această cantitate de radiație solară este modificată de schimbările climatice și de reținerea gazelor cu efect de seră.
Radiația solară este capabilă să încălzească suprafața solului și a obiectelor (chiar și a noastră) cu încălzirea cu greu a aerului. În plus, această variabilă este foarte importantă pentru a evalua munca pe care o depunem în lupta împotriva schimbărilor climatice. Vrei să știi totul despre radiația solară?
Radiația solară trece prin atmosferă
Când suntem la plajă într-una din aceste zile fierbinți de vară, ne întindem „la soare”. Pe măsură ce stăm mai mult în prosop, observăm cum corpul nostru se încălzește și îi crește temperatura, până când trebuie să facem baie sau să intrăm la umbră pentru că ne ardem. Ce s-a întâmplat aici, dacă aerul nu este atât de cald? Ceea ce s-a întâmplat este că razele soarelui au trecut prin atmosfera noastră și ne-au încălzit corpul cu puțină încălzire a aerului.
Ceva similar cu ceea ce ni se întâmplă în această situație este ceea ce se întâmplă cu Pământul: atmosfera este aproape „transparentă” față de radiația solară, dar suprafața Pământului și alte corpuri situate pe ea o absorb. Energia transferată de Soare pe Pământ este ceea ce se numește energie radiantă sau radiație. Radiația se deplasează prin spațiu sub formă de unde care transportă energie. În funcție de cantitatea de energie pe care o transportă, acestea sunt clasificate de-a lungul spectrului electromagnetic. Avem din cele mai energice unde precum razele gamma, razele X și ultraviolete, precum și cele cu mai puțină energie, cum ar fi infraroșii, microundele și undele radio.
Toate corpurile emit radiații
Toate corpurile emit radiații în funcție de temperatura lor. Aceasta este dată de Legea Stefan-Boltzmann care afirmă că energia emisă de un corp este direct proporțională cu a patra putere a temperaturii sale. Acesta este motivul pentru care atât Soarele, o bucată de lemn în flăcări, propriul nostru corp și chiar o bucată de gheață radiază energie în mod continuu.
Acest lucru ne determină să ne punem o întrebare: de ce suntem capabili să „vedem” radiația emisă de soare sau de bucata de lemn arzătoare și nu suntem capabili să vedem radiația pe care o emitem, suprafața Pământului sau bucata de gheata? De asemenea, aceasta depinde în mare măsură de temperatura atinsă de fiecare dintre eleși, prin urmare, cantitatea de energie pe care o emit în mod predominant. Cu cât temperatura corpurilor este mai ridicată, cu atât este mai mare cantitatea de energie pe care o emit în valurile lor și de aceea vor fi mai vizibile.
Soarele se află la o temperatură de 6.000 K și emite radiații în principal în unde ale razei vizibile (în general cunoscute sub numele de unde luminoase), emite și radiații ultraviolete (care are mai multă energie și de aceea ne arde pielea în expuneri lungi) și restul pe care îl emite este radiație infraroșie care nu este percepută de ochiul uman. De aceea nu putem percepe radiația pe care corpul nostru o emite. Corpul uman este la aproximativ 37 de grade Celsius, iar radiația pe care o emite se află în infraroșu.
Cum funcționează radiația solară
Cu siguranță, știind că corpurile emit în mod continuu radiații și energie vă va aduce o altă întrebare în cap. De ce, dacă corpurile emit energie și radiații, nu se răcesc treptat? Răspunsul la această întrebare este simplu: în timp ce emit energie, o absorb și ea. Există o altă lege, care este cea a echilibrului radiativ, care spune că un obiect emite aceeași cantitate de energie pe care o absoarbe, de aceea sunt capabili să mențină o temperatură constantă.
Astfel, în sistemul nostru pământ-atmosferă au loc o serie de procese în care energia este absorbită, emisă și reflectată, astfel încât echilibrul final dintre radiația care atinge vârful atmosferei de la Soare și cea care iese în spațiul cosmic este zero. Cu alte cuvinte, temperatura medie anuală rămâne constantă. Când radiația solară intră pe Pământ, cea mai mare parte a acesteia este absorbită de suprafața Pământului. Foarte puțin din radiația incidentă este absorbită de nori și aer. Restul radiației este reflectat de suprafață, gaze, nori și este returnat în spațiul cosmic.
Cantitatea de radiație care este reflectată de un corp în raport cu radiația incidentă este cunoscută sub numele de „albedo”. Prin urmare, putem spune asta sistemul pământ-atmosferă are un albedo mediu de 30%. Zăpada nou căzută sau unele cumulonimbus foarte dezvoltate vertical au un albedo aproape de 90%, în timp ce deșerturile au în jur de 25% și oceanele în jur de 10% (absorb aproape toată radiația care le ajunge).
Cum măsurăm radiațiile?
Pentru a măsura radiația solară pe care o primim într-un punct, folosim un dispozitiv numit piranometru. Această secțiune constă dintr-un senzor închis într-o emisferă transparentă care transmite toată radiația cu o lungime de undă foarte mică. Acest senzor are segmente alb-negru alternante care absorb cantitatea de radiații într-un mod diferit. Contrastul de temperatură dintre aceste segmente este calibrat în funcție de fluxul de radiații (măsurat în wați pe metru pătrat).
O estimare a cantității de radiație solară pe care o primim poate fi obținută și prin măsurarea numărului de ore de soare pe care le avem. Pentru a face acest lucru, folosim un instrument numit heliograf. Aceasta este formată dintr-o sferă de sticlă orientată spre sudul geografic, care acționează ca o lupă mare, concentrând toată radiația primită într-un punct incandescent care arde o bandă specială de hârtie gradată cu orele zilei.
Radiații solare și efect de seră crescut
Anterior am menționat că cantitatea de radiație solară care intră pe Pământ și cea care pleacă este aceeași. Acest lucru nu este în întregime adevărat, deoarece dacă da, temperatura medie globală a planetei noastre ar fi de -88 grade. Avem nevoie de ceva care să ne ajute să păstrăm căldura pentru a putea avea o temperatură atât de plăcută și locuibilă, care face posibilă viața pe planetă. Aici introducem efectul de seră. Când radiația solară atinge suprafața Pământului, aceasta revine aproape jumătate înapoi în atmosferă pentru a o expulza în spațiul cosmic. Ei bine, am comentat că norii, aerul și restul componentelor atmosferice absorb o mică parte din radiația solară. Cu toate acestea, această cantitate absorbită nu este suficientă pentru a putea menține o temperatură stabilă și a face planeta noastră locuibilă. Cum putem trăi cu aceste temperaturi?
Așa-numitele gaze cu efect de seră sunt acele gaze care rețin o parte a temperaturii emise de suprafața pământului care revine înapoi în atmosferă. Gazele cu efect de seră sunt: vapori de apă, dioxid de carbon (CO2), oxizi de azot, oxizi de sulf, metan etc. Fiecare gaz cu efect de seră are o capacitate diferită de a absorbi radiația solară. Cu cât are mai multă capacitate de a absorbi radiațiile, cu atât va păstra mai multă căldură și nu îi va permite să se întoarcă în spațiul cosmic.
De-a lungul istoriei umane, concentrația de gaze cu efect de seră (inclusiv cel mai mare CO2) a crescut din ce în ce mai mult. Creșterea acestei creșteri se datorează revoluția industrială și arderea combustibililor fosili în industrie, energie și transporturi. Arderea combustibililor fosili precum petrolul și cărbunele provoacă emisii de CO2 și metan. Aceste gaze într-o emisie în creștere îi fac să rețină o cantitate mare de radiații solare și nu le permit să fie returnate în spațiul cosmic.
Acest lucru este cunoscut sub numele de efect de seră. Cu toate acestea, creșterea acestui efect o numim seră este contraproductiv, deoarece ceea ce facem este să creștem din ce în ce mai mult temperaturile medii globale. Cu cât este mai mare concentrația acestor gaze absorbante de radiații în atmosferă, cu atât vor păstra mai multă căldură și, prin urmare, temperaturile vor crește.
Radiațiile solare și schimbările climatice
Încălzirea globală este cunoscută în întreaga lume. Această creștere a temperaturilor datorită retenției mari a radiației solare determină o schimbare a climatului global. Nu înseamnă doar că temperaturile medii ale planetei vor crește, ci că clima și tot ceea ce presupune se vor schimba.
Creșterea temperaturilor determină destabilizarea curenților de aer, a masei oceanice, distribuția speciilor, succesiunea anotimpurilor, creșterea fenomenelor meteorologice extreme (precum secete, inundații, uragane ...) etc.. De aceea, pentru a ne recâștiga echilibrul radiativ într-un mod stabil, trebuie să reducem emisiile de gaze cu efect de seră și să ne recâștigăm climatul.