Slnečné žiarenie je dôležitá meteorologická premenná, ktorá slúži na stanovenie množstva „tepla“, ktoré prijmeme zo slnka na zemskom povrchu. Toto množstvo slnečného žiarenia sa mení zmenami podnebia a zadržiavaním skleníkových plynov.
Slnečné žiarenie je schopné zahriať povrch zeme a predmetov (aj náš) bez toho, aby sme ťažko ohrievali vzduch. Ďalej je táto premenná veľmi dôležitá na vyhodnotenie práce, ktorú robíme v boji proti zmene podnebia. Chcete vedieť všetko o slnečnom žiarení?
Slnečné žiarenie prechádza atmosférou
Keď sme v jeden z týchto horúcich letných dní na pláži, ľahneme si „k slnku“. Keď zostaneme v uteráku dlhšie, všimneme si, ako sa naše telo zahrieva a zvyšuje svoju teplotu, až kým sa nebudeme musieť okúpať alebo sa dostať do tieňa, pretože sa popálime. Čo sa tu stalo, ak vzduch nie je taký horúci? Stalo sa to slnečné lúče prešli našou atmosférou a zahriali naše telo malým ohrevom vzduchu.
Niečo podobné, ako sa nám stane v tejto situácii, je to, čo sa stane so Zemou: Atmosféra je takmer „priehľadná“ pre slnečné žiarenie, ale povrch Zeme a ďalšie telesá na nej umiestnené ju absorbujú. Energia prenášaná Slnkom na Zem je známa ako žiarivá energia alebo žiarenie. Žiarenie putuje vesmírom vo forme vĺn prenášajúcich energiu. Podľa množstva energie, ktorú prenášajú, sa klasifikujú pozdĺž elektromagnetického spektra. Máme z najenergetickejších vĺn, ako sú gama lúče, röntgenové lúče a ultrafialové žiarenie, ako aj z tých, ktoré majú menej energie, ako sú infračervené lúče, mikrovlnné rúry a rádiové vlny.
Všetky telá vyžarujú žiarenie
Všetky telesá vyžarujú žiarenie na základe svojej teploty. Toto je dané Stefan-Boltzmann zákon ktorá uvádza, že energia emitovaná telesom je priamo úmerná štvrtému výkonu jeho teploty. Preto Slnko, horiaci kus dreva, naše vlastné telo a dokonca aj kúsok ľadu vyžarujú energiu nepretržitým spôsobom.
To nás vedie k tomu, aby sme si položili otázku: prečo sme schopní „vidieť“ žiarenie, ktoré vydáva slnko alebo horiaci kus dreva, a nie sme schopní vidieť žiarenie, ktoré vydávame, povrch Zeme alebo kúsok ľadu? Tiež, to vo veľkej miere závisí od teploty, ktorú každý z nich dosiahne, a teda množstvo energie, ktorú prevažne emitujú. Čím vyššia je teplota tiel, tým väčšie množstvo energie vydávajú vo svojich vlnách, a preto budú viditeľnejšie.
Slnko má teplotu 6.000 XNUMX K a emituje žiarenie hlavne vo vlnách viditeľného rozsahu (všeobecne známe ako svetelné vlny), emituje aj ultrafialové žiarenie (ktoré má viac energie, a preto našu pokožku spaľuje pri dlhých expozíciách) a Zvyšok, ktorý emituje, je infračervené žiarenie, ktoré ľudské oko nevníma. Preto nemôžeme vnímať žiarenie, ktoré vyžaruje naše telo. Ľudské telo má teplotu asi 37 stupňov Celzia a vyžarované žiarenie je v infračervenej oblasti.
Ako funguje slnečné žiarenie
Iste vedieť, že telá neustále emitujú žiarenie a energiu, vám prinesie do hlavy ďalšiu otázku. Prečo, ak telá emitujú energiu a žiarenie, postupne sa nechladia? Odpoveď na túto otázku je jednoduchá: zatiaľ čo emitujú energiu, aj ju absorbujú. Existuje ešte jeden zákon, ktorým je radiačná rovnováha, ktorá hovorí, že objekt vyžaruje rovnaké množstvo energie, ako absorbuje, a preto je schopný udržiavať konštantnú teplotu.
V našom systéme zem-atmosféra teda prebieha rad procesov, v ktorých je energia absorbovaná, emitovaná a odrážaná, takže konečná rovnováha medzi žiarením, ktoré od Slnka dosiahne vrchol atmosféry, a žiarením, ktoré vychádza do vesmíru, je nulová. Inými slovami, priemerná ročná teplota zostáva konštantná. Keď slnečné žiarenie vstúpi na Zem, väčšinu z nich pohltí zemský povrch. Veľmi málo dopadajúceho žiarenia je absorbované mrakmi a vzduchom. Zvyšok žiarenia sa odráža od povrchu, plynov, oblakov a vracia sa do vesmíru.
Množstvo žiarenia, ktoré odráža telo od dopadajúceho žiarenia, je známe ako „albedo“. Preto to môžeme povedať systém zem-atmosféra má priemerné albedo 30%. Novo napadnutý sneh alebo niektoré vysoko vertikálne vyvinuté kumulonimby majú albedo takmer 90%, zatiaľ čo púšte majú približne 25% a oceány okolo 10% (absorbujú takmer všetko žiarenie, ktoré sa k nim dostane).
Ako meriame žiarenie?
Na meranie slnečného žiarenia, ktoré prijímame v bode, používame zariadenie nazývané pyranometer. Táto časť sa skladá zo snímača uzavretého v priehľadnej pologuli, ktorý prenáša všetko žiarenie veľmi malej vlnovej dĺžky. Tento snímač má striedajúce sa čierne a biele segmenty, ktoré absorbujú množstvo žiarenia iným spôsobom. Teplotný kontrast medzi týmito segmentmi sa kalibruje podľa toku žiarenia (merané vo wattoch na meter štvorcový).
Odhad množstva slnečného žiarenia, ktoré prijmeme, možno získať aj zmeraním počtu hodín slnečného žiarenia, ktoré máme. K tomu používame prístroj nazývaný heliograf. Tú tvorí sklenená guľa orientovaná na zemepisný juh, ktorá slúži ako veľká lupa a koncentruje všetko žiarenie prijaté v žiarovke, ktorá horí špeciálnou papierovou páskou odstupňovanou podľa hodín dňa.
Slnečné žiarenie a zvýšený skleníkový efekt
Predtým sme spomenuli, že množstvo slnečného žiarenia, ktoré vstupuje na Zem a ktoré opúšťa, je rovnaké. Nie je to celkom pravda, pretože ak by to tak bolo, globálna priemerná teplota našej planéty by bola -88 stupňov. Potrebujeme niečo, čo nám pomôže udržať teplo, aby sme mohli mať takú príjemnú a obývateľnú teplotu, ktorá umožní život na planéte. To je miesto, kde zavádzame skleníkový efekt. Keď slnečné žiarenie dopadne na povrch Zeme, vracia sa takmer z polovice späť do atmosféry, aby ho vytlačilo do kozmického priestoru. Poznamenali sme, že mraky, vzduch a zvyšok atmosférických zložiek absorbujú malú časť slnečného žiarenia. Toto absorbované množstvo však nestačí na to, aby bolo možné udržať stabilnú teplotu a urobiť našu planétu obývateľnou. Ako môžeme žiť s týmito teplotami?
Takzvané skleníkové plyny sú také plyny, ktoré zadržiavajú časť teploty emitovanej zemským povrchom, ktorá sa vracia späť do atmosféry. Skleníkové plyny sú: vodná para, oxid uhličitý (CO2), oxidy dusíka, oxidy síry, metán atď. Každý skleníkový plyn má inú schopnosť absorbovať slnečné žiarenie. Čím viac kapacity musí absorbovať žiarenie, tým viac tepla si udrží a nedovolí mu návrat do kozmického priestoru.
V priebehu ľudskej histórie sa koncentrácia skleníkových plynov (vrátane najväčšieho množstva CO2) čoraz viac zvyšuje. Nárast tohto zvýšenia je oprávnený priemyselná revolúcia a spaľovanie fosílnych palív v priemysle, energetike a doprave. Spaľovanie fosílnych palív, ako sú ropa a uhlie, spôsobuje emisie CO2 a metánu. Tieto plyny so zvyšujúcou sa emisiou spôsobujú, že zadržiavajú veľké množstvo slnečného žiarenia a neumožňujú jeho návrat do vesmíru.
Toto sa nazýva skleníkový efekt. Zvyšovanie tohto efektu však nazývame skleníkové je to kontraproduktívne, pretože to, čo robíme, je čoraz väčšie zvyšovanie globálnych priemerných teplôt. Čím vyššia je koncentrácia týchto plynov absorbujúcich žiarenie v atmosfére, tým viac tepla budú zadržiavať, a teda tým vyššie budú teploty stúpať.
Slnečné žiarenie a zmena podnebia
Globálne otepľovanie je známe po celom svete. Toto zvýšenie teplôt v dôsledku veľkej retencie slnečného žiarenia spôsobuje zmenu globálnej klímy. Znamená to nielen to, že sa zvýšia priemerné teploty planéty, ale že sa zmení aj podnebie a všetko, čo to obnáša.
Zvýšenie teplôt spôsobuje destabilizáciu vzdušných prúdov, oceánske masy, druhovú distribúciu, postupnosť ročných období, nárast extrémnych meteorologických javov (ako sú suchá, záplavy, hurikány ...) atď.. Preto, aby sme stabilne obnovili našu radiačnú rovnováhu, musíme znížiť emisie skleníkových plynov a znovu získať klímu.