Η ηλιακή ακτινοβολία και το Albedo της Γης

Σχεδόν όλη η ενέργεια που φτάνει στον πλανήτη Γη και οδηγεί τα διάφορα καιρικά φαινόμενα, τα ωκεάνια ρεύματα και την κατανομή των οικοσυστημάτων προέρχεται από τον ήλιο. Αυτή η έντονη ηλιακή ακτινοβολία, όπως είναι γνωστή στη φυσική γεωγραφία, προέρχεται από τον πυρήνα του ήλιου και είναι τελικά αποστέλλονται στη Γη μετά από τη μεταφορά (η κάθετη κίνηση της ενέργειας) τα αναγκάζει μακριά από τον ήλιο πυρήνας. Χρειάζονται περίπου οκτώ λεπτά για να φτάσει η ηλιακή ακτινοβολία στη Γη αφού φύγει από την επιφάνεια του ήλιου.

Μόλις φθάσει αυτή η ηλιακή ακτινοβολία στη Γη, η ενέργεια της κατανέμεται άνισα σε όλη την υδρόγειο γεωγραφικό πλάτος. Καθώς αυτή η ακτινοβολία εισέρχεται στην ατμόσφαιρα της Γης, χτυπάει κοντά στον ισημερινό και αναπτύσσει ένα ενεργειακό πλεόνασμα. Επειδή η ατμοσφαιρική ηλιακή ακτινοβολία φτάνει στους πόλους, με τη σειρά τους, αναπτύσσουν έλλειμμα ενέργειας. Για να διατηρηθεί ισορροπημένη η ενέργεια στην επιφάνεια της Γης, η πλεονάζουσα ενέργεια από τις ισημερινές περιοχές ρέει προς τους πόλους σε ένα κύκλο, έτσι ώστε η ενέργεια να είναι ισορροπημένη σε όλο τον κόσμο. Αυτός ο κύκλος ονομάζεται ισορροπία ενέργειας της Γης-Ατμόσφαιρας.

Μόλις η ατμόσφαιρα της Γης λάβει βραχυκύκλωμα ηλιακής ακτινοβολίας, η ενέργεια αναφέρεται ως ηλιοφάνεια. Αυτή η ηλιακή ακτινοβολία είναι η εισροή ενέργειας που είναι υπεύθυνη για τη μετακίνηση των διαφόρων συστημάτων της Γης-ατμόσφαιρας, όπως το ενεργειακό ισοζύγιο που περιγράφηκε παραπάνω, ωκεάνια ρεύματα, και άλλους κύκλους της Γης.

Η ηλιακή ακτινοβολία μπορεί να είναι άμεση ή διάχυτη. Η άμεση ακτινοβολία είναι η ηλιακή ακτινοβολία που λαμβάνεται από την επιφάνεια της Γης και / ή την ατμόσφαιρα που δεν έχει αλλοιωθεί από την ατμοσφαιρική διασπορά. Η διάχυτη ακτινοβολία είναι η ηλιακή ακτινοβολία που έχει τροποποιηθεί με σκέδαση.

Η ίδια η διάσπαση είναι μία από τις πέντε οδούς που μπορεί να λάβει η ηλιακή ακτινοβολία όταν εισέρχεται στην ατμόσφαιρα. Παρουσιάζεται όταν η ηλιακή ακτινοβολία εκτρέπεται και / ή επαναπροσανατολίζεται όταν εισέρχεται στην ατμόσφαιρα από σκόνη, αέριο, πάγο και υδρατμούς που υπάρχουν εκεί. Εάν τα ενεργειακά κύματα έχουν μικρότερο μήκος κύματος, είναι διάσπαρτα περισσότερο από αυτά με μεγαλύτερα μήκη κύματος. Η διάσπαση και το πώς αντιδρά με το μέγεθος του μήκους κύματος είναι υπεύθυνες για πολλά πράγματα που βλέπουμε στην ατμόσφαιρα, όπως το μπλε χρώμα του ουρανού και τα λευκά σύννεφα.

Η μετάδοση είναι μια άλλη οδός ηλιακής ακτινοβολίας. Εμφανίζεται όταν και η βραχυκύκλωμα και η ενέργεια μακράς δέσμης διέρχονται από την ατμόσφαιρα και το νερό αντί να διασκορπίζουν όταν αλληλεπιδρούν με αέρια και άλλα σωματίδια στην ατμόσφαιρα.

Η διάθλαση μπορεί επίσης να συμβεί όταν η ηλιακή ακτινοβολία εισέλθει στην ατμόσφαιρα. Αυτό το μονοπάτι συμβαίνει όταν η ενέργεια μετακινείται από έναν τύπο χώρου σε άλλο, όπως από τον αέρα στο νερό. Καθώς η ενέργεια κινείται από αυτούς τους χώρους, αλλάζει την ταχύτητα και την κατεύθυνση της όταν αντιδρά με τα σωματίδια που υπάρχουν εκεί. Η μετατόπιση της κατεύθυνσης συχνά προκαλεί την κάμψη της ενέργειας και την απελευθέρωση των διαφόρων φωτεινών χρωμάτων μέσα σε αυτήν, παρόμοια με αυτά που συμβαίνουν καθώς το φως περνά μέσα από ένα κρύσταλλο ή ένα πρίσμα.

Η απορρόφηση είναι ο τέταρτος τύπος οδού ηλιακής ακτινοβολίας και είναι η μετατροπή της ενέργειας από τη μια μορφή στην άλλη. Για παράδειγμα, όταν η ηλιακή ακτινοβολία απορροφάται από το νερό, η ενέργεια της μετατοπίζεται στο νερό και αυξάνει τη θερμοκρασία του. Αυτό είναι σύνηθες για απορροφητικές επιφάνειες από φύλλο δέντρου σε άσφαλτο.

Η τελική πορεία της ηλιακής ακτινοβολίας είναι μια αντανάκλαση. Αυτό συμβαίνει όταν ένα μέρος ενέργειας αναπηδά απευθείας στο διάστημα χωρίς να απορροφηθεί, να διαθρωθεί, να μεταδοθεί ή να διασκορπιστεί. Ένας σημαντικός όρος που πρέπει να θυμόμαστε όταν μελετάμε την ηλιακή ακτινοβολία και τον προβληματισμό είναι το albedo.

Το Albedo ορίζεται ως η αντανακλαστική ποιότητα μιας επιφάνειας. Εκφράζεται ως ποσοστό της ανακλώμενης ηλιακής ακτινοβολίας στην εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία και το μηδέν τοις εκατό είναι η ολική απορρόφηση ενώ το 100% είναι η συνολική ανάκλαση.

Όσον αφορά τα ορατά χρώματα, τα σκουρόχρωμα χρώματα έχουν χαμηλότερο albedo, δηλαδή απορροφούν περισσότερη ηλιακή ακτινοβολία και τα ελαφρύτερα χρώματα έχουν "υψηλό albedo" ή υψηλότερα ποσοστά ανάκλασης. Για παράδειγμα, το χιόνι αντανακλά το 85-90% της ηλιοφάνειας, ενώ η άσφαλτος αντανακλά μόνο το 5-10%.

Η γωνία του ήλιου επηρεάζει επίσης την τιμή albedo και οι χαμηλότερες γωνίες του ήλιου δημιουργούν μεγαλύτερη αντανάκλαση επειδή η ενέργεια που προέρχεται από χαμηλή γωνία του ήλιου δεν είναι τόσο δυνατή όσο αυτή που φθάνει από την υψηλή γωνία του ήλιου. Επιπλέον, οι λεπτές επιφάνειες έχουν υψηλότερο albedo ενώ οι τραχείες επιφάνειες το μειώνουν.

Όπως η ηλιακή ακτινοβολία γενικά, οι τιμές albedo διαφέρουν επίσης σε ολόκληρο τον πλανήτη με γεωγραφικό πλάτος, αλλά το μέσο albedo της Γης είναι περίπου 31%. Για τις επιφάνειες μεταξύ των τροπικών (23,5 ° N έως 23,5 ° S) το μέσο albedo είναι 19-38%. Στους πόλους, μπορεί να φτάσει το 80% σε ορισμένες περιοχές. Αυτό είναι αποτέλεσμα της χαμηλότερης γωνίας του ήλιου στους πόλους αλλά και της υψηλότερης παρουσίας φρέσκου χιόνι, πάγου και ομαλού ανοιχτού νερού - όλες οι περιοχές επιρρεπείς σε υψηλά επίπεδα ανακλαστικότητας.

Σήμερα, το albedo είναι μια μεγάλη ανησυχία για τον άνθρωπο σε όλο τον κόσμο. Καθώς οι βιομηχανικές δραστηριότητες αυξάνουν την ατμοσφαιρική ρύπανση, η ίδια η ατμόσφαιρα γίνεται όλο και πιο αντανακλαστική επειδή υπάρχουν περισσότερα αερολύματα για να αντικατοπτρίζουν την ηλιοφάνεια. Επιπλέον, μερικές φορές δημιουργείται το χαμηλό albedo των μεγαλύτερων πόλεων του κόσμου αστικά θερμικά νησιά η οποία επηρεάζει και τα δύο πολεοδομικού σχεδιασμού και την κατανάλωση ενέργειας.

Η ηλιακή ακτινοβολία βρίσκει επίσης τη θέση της σε νέα σχέδια για ανανεώσιμες πηγές ενέργειας - κυρίως ηλιακά πάνελ για ηλεκτρική ενέργεια και μαύρους σωλήνες για θέρμανση νερού. Τα σκούρα χρώματα αυτών των αντικειμένων έχουν χαμηλή albedos και ως εκ τούτου απορροφούν σχεδόν όλη την ηλιακή ακτινοβολία που τους χτυπάει, καθιστώντας τα αποτελεσματικά εργαλεία για την αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας παγκοσμίως.

Ανεξάρτητα από την απόδοση του ήλιου στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, όμως, η μελέτη της ηλιακής ακτινοβολίας και albedo είναι απαραίτητες για την κατανόηση των κύκλων της γης, των ωκεανών και των διαφορετικών οικοσυστημάτων.