Соларно зрачење је важна метеоролошка променљива која служи за познавање количине „топлоте“ коју ћемо добити од сунца на земљиној површини. Ову количину сунчевог зрачења мењају климатске промене и задржавање стакленичких гасова.
Сунчево зрачење може загрејати површину тла и предмета (укључујући и нас саме), а ваздух једва загреје. Штавише, ова променљива је кључна за процену наших напора у борби против климатских промена. Желите да сазнате све о сунчевом зрачењу?
Соларно зрачење пролази кроз атмосферу
Када смо на плажи током једног од ових врелих летњих дана, легнемо да упијемо сунце. Што дуже остајемо на пешкирима, то више примећујемо да нам се тела загревају и да нам температура расте, све док не пожелимо да се окупамо или пронађемо хлад јер изгоримо од сунца. Шта се овде десило, ако ваздух није толико врућ? Десило се то да су сунчеви зраци прошли кроз нашу атмосферу и загрејали наша тела, а да притом нису значајно загрејали ваздух.
Нешто слично ономе што се дешава нама у овој ситуацији дешава се на Земљи: атмосфера је скоро „провидна“ за сунчево зрачење, али Земљина површина и друга тела на њој је апсорбују. Енергија коју Сунце преноси на Земљу позната је као зрачећа енергија или зрачење. Зрачење путује кроз простор у облику таласа који носе енергију. У зависности од количине енергије коју носе, класификују се дуж електромагнетног спектра. Имамо најенергетскије таласе, као што су гама зраци, рендгенски зраци и ултраљубичасти зраци, као и оне са мање енергије, као што су инфрацрвени, микроталасни и радио таласи.
Сва тела емитују зрачење
Сва тела емитују зрачење у складу са својом температуром. То је регулисано Стефан-Болцмановим законом , који каже да је енергија коју емитује тело директно пропорционална четвртом степену његове температуре. Зато Сунце, комад дрвета који гори, наша тела, па чак и комад леда континуирано зраче енергијом.
То нас наводи да поставимо питање: зашто смо у стању да „видимо“ зрачење које емитује сунце или комад дрвета који гори, али не и зрачење које емитујемо сами, површина Земље или комад леда? Па, то у великој мери зависи од температуре коју сваки објекат достигне , а самим тим и од количине енергије коју емитује. Што је температура тела виша, већа је количина енергије коју емитује у својим таласима и зато постаје видљивије.
Сунце има температуру од 6.000 К и емитује зрачење првенствено у видљивом спектру (обично познато као светлосни таласи). Такође емитује ултраљубичасто зрачење (које има више енергије и стога нам опече кожу при дужем излагању), а остатак је инфрацрвено зрачење, које је неприметно за људско око. Због тога не можемо да опажамо зрачење које емитују наша тела. Људско тело је на приближно 37 степени Целзијуса, а зрачење које емитује је првенствено у инфрацрвеном опсегу.
Како делује сунчево зрачење
Сазнање да објекти стално емитују зрачење и енергију вероватно поставља још једно питање: Зашто се објекти не хладе постепено ако емитују енергију и зрачење? Одговор је једноставан: они такође апсорбују енергију. Постоји још један закон, закон радијативне равнотеже, који каже да објекат емитује исту количину енергије колико и апсорбује. Због тога су објекти у стању да одржавају константну температуру.
Дакле, у нашем систему Земља-атмосфера, одвија се низ процеса у којима се енергија апсорбује, емитује и рефлектује, тако да је коначна равнотежа између зрачења које доспева до врха атмосфере са Сунца и оног које излази у свемир једнака нули. То значи да просечна годишња температура остаје константна. Када сунчево зрачење уђе у Земљу, већину апсорбује Земљина површина. Веома мало упадног зрачења апсорбују облаци и ваздух. Остатак зрачења се рефлектује од површине, гасова и облака и враћа се у свемир.
Количина зрачења коју објекат рефлектује у односу на упадно зрачење позната је као „албедо“. Стога можемо рећи да систем Земља-атмосфера има просечан албедо од 30%. Свеже пали снег или неки кумулонимбусни облаци са значајним вертикалним развојем имају албедо близу 90%, док пустиње имају око 25%, а океани око 10% (апсорбујући скоро сво зрачење које до њих допре).
Како меримо зрачење?
Да бисмо измерили сунчево зрачење које примамо у одређеној тачки, користимо уређај који се назива пиранометар. Овај уређај се састоји од сензора затвореног у провидној хемисфери која пропушта сво зрачење са веома кратким таласним дужинама. Овај сензор има наизменичне беле и црне сегменте који различито апсорбују зрачење. Температурни контраст између ових сегмената је калибрисан према флуксу зрачења (мереном у ватима по квадратном метру).
Процена количине сунчевог зрачења које примимо такође се може добити мерењем броја сунчаних сати које имамо. Да бисмо то урадили, користимо инструмент који се назива хелиограф. Ово је формирано од стаклене сфере оријентисане према географском југу, која делује као велика повећала, концентришући све зрачење примљено у ужареној тачки која сагорева на посебној папирној траци градуираној са сатима дана.
Соларно зрачење и повећани ефекат стаклене баште
Раније смо поменули да је количина сунчевог зрачења која улази и излази са Земље иста. То није сасвим тачно, јер би у том случају просечна глобална температура наше планете била -88 степени Целзијуса. Потребно нам је нешто што ће нам помоћи да задржимо топлоту како бисмо одржали удобну и настањиву температуру која омогућава живот на Земљи. Ту долази до изражаја ефекат стаклене баште. Када сунчево зрачење удари у Земљину површину, оно рефлектује скоро половину назад у атмосферу пре него што буде избачено у свемир. Разговарали смо о томе како облаци, ваздух и друге атмосферске компоненте апсорбују мали део сунчевог зрачења. Међутим, ова апсорбована количина није довољна да одржи стабилну температуру која би учинила нашу планету настањивом. Како можемо живети са овим температурама?
Гасови стаклене баште су они гасови који задржавају део топлоте коју емитује Земљина површина, спречавајући је да се врати у атмосферу. Примери гасова стаклене баште укључују водену пару, угљен-диоксид (CO2), азотне оксиде, сумпорне оксиде и метан. Сваки гас стаклене баште има различит капацитет апсорпције сунчевог зрачења. Што је већи његов капацитет апсорпције зрачења, то више топлоте задржава и спречава да се ослободи у свемир.
Током људске историје, концентрација гасова стаклене баште (нарочито CO2) је стално расла. Овај пораст је углавном последица индустријске револуције и сагоревања фосилних горива у индустрији, производњи енергије и транспорту . Сагоревање фосилних горива попут нафте и угља производи емисије CO2 и метана. Ове све веће емисије задржавају значајну количину сунчевог зрачења, спречавајући га да се врати у свемир.
Ово је познато као ефекат стаклене баште. Међутим, повећање овог ефекта, који називамо ефектом стаклене баште, је контрапродуктивно , јер оно што радимо јесте све веће повећање просечних глобалних температура. Што је већа концентрација ових гасова који апсорбују зрачење у атмосфери, то ће више топлоте задржати, а самим тим ће и температуре расти.
Соларно зрачење и климатске промене
Глобално загревање је познато широм света. Ово повећање температура услед великог задржавања сунчевог зрачења узрокује промену глобалне климе. То не значи само да ће се повећати просечне температуре планете, већ ће се променити клима и све што за собом повлачи.
Растуће температуре узрокују нестабилност ваздушних струја, океанских маса, дистрибуције врста, смене годишњих доба и повећање екстремних временских догађаја (као што су суше, поплаве, урагани итд.) . Стога, да бисмо обновили нашу радијациону равнотежу на стабилан начин, морамо смањити емисије гасова стаклене баште и обновити нашу климу.
