קרינת השמש ואלבדו של כדור הארץ

כמעט כל האנרגיה שמגיעה לכוכב הלכת ומניעה את אירועי מזג האוויר השונים, זרמי האוקיאנוס וההפצה של מערכות אקולוגיות, נובעת מהשמש. קרינת השמש האינטנסיבית הזו, כפי שהיא מכונה בגיאוגרפיה פיזית, מקורה בליבת השמש והיא שבסופו של דבר נשלח לכדור הארץ לאחר הסעה (תנועת האנרגיה האנכית) מכריח אותו הרחק משמש הליבה. לקרינת השמש להגיע לכדור הארץ לוקח כשמונה דקות לאחר שעזב את פני השמש.

ברגע שקרינת השמש הזו מגיעה לכדור הארץ, האנרגיה שלה מופצת באופן לא אחיד על פני הגלובוס על ידי קו רוחב. כאשר קרינה זו נכנסת לאטמוספירה של כדור הארץ היא פוגעת ליד קו המשווה ומפתחת עודף אנרגיה. מכיוון שקרינת שמש פחות ישירה מגיעה לקטבים, הם, בתורם, מפתחים גירעון אנרגטי. כדי לשמור על איזון באנרגיה על פני כדור הארץ, עודפי האנרגיה מאזורי המשווה זורמים לעבר הקטבים במחזור כך שהאנרגיה תתאזן ברחבי העולם. מחזור זה נקרא מאזן האנרגיה של כדור הארץ-אטמוספירה.

ברגע שהאטמוספירה של כדור הארץ מקבלת קרינת שמש גל קצר, האנרגיה מכונה "insolation". בידוד זה הוא קלט האנרגיה האחראי להנעת מערכות אטמוספירת כדור הארץ השונות כמו מאזן האנרגיה שתואר לעיל, אך גם אירועי מזג אוויר, זרמים אוקיאנייםומחזורי כדור הארץ האחרים.

Insolation יכול להיות ישיר או מפוזר. קרינה ישירה היא קרינת שמש שמתקבלת על ידי פני כדור הארץ ו / או האטמוספרה שלא שונו על ידי פיזור אטמוספרי. קרינה מפוזרת היא קרינת שמש שעברה שינוי על ידי פיזור.

הפיזור עצמו הוא אחד מחמישה מסלולי קרינת שמש שיכולים לעבור כשנכנסים לאטמוספירה. זה מתרחש כאשר הכריתה מבודדת ו / או מנותבת מחדש עם כניסתם לאטמוספירה על ידי אבק, גז, קרח ואדי מים שנמצאים שם. אם לגלי האנרגיה אורך גל קצר יותר, הם מפוזרים יותר מאלו עם אורכי גל ארוכים יותר. פיזור וכיצד הוא מגיב בגודל אורך הגל אחראים לדברים רבים שאנו רואים באטמוספירה כמו צבע הכחול של השמים ועננים לבנים.

שידור הוא מסלול קרינה סולארי נוסף. זה מתרחש כאשר אנרגיית הגל הקצר וגם האנרגיה של הגל הארוך עוברים באטמוספירה ובמים במקום להתפזר כאשר הם מתקשרים עם גזים וחלקיקים אחרים באטמוספירה.

שבירה יכולה להתרחש גם כאשר קרינת השמש נכנסת לאטמוספירה. מסלול זה קורה כאשר אנרגיה עוברת מסוג אחד של חלל לסוגיו, למשל מאוויר למים. כאשר האנרגיה עוברת ממרחבים אלה היא משנה את מהירותה וכיוונה כאשר היא מגיבה עם החלקיקים המצויים שם. שינוי הכיוון גורם לעיתים קרובות לאנרגיה להתכופף ולשחרר את צבעי האור השונים בתוכה, בדומה למתרחש כאשר האור עובר דרך גביש או פריזמה.

הקליטה היא הסוג הרביעי של מסלול קרינת השמש והיא המרת אנרגיה מצורה אחת לאחרת. לדוגמא, כאשר קרינת השמש נספגת על ידי מים, האנרגיה שלה עוברת למים ומעלה את הטמפרטורה שלהם. זה נפוץ של משטחים סופגים מכל עלה עץ לאספלט.

מסלול קרינת השמש הסופי הוא השתקפות. זה כאשר חלק של אנרגיה מקפץ ישירות בחלל מבלי להיספג, להישבר, מועבר או מפוזר. מונח חשוב שכדאי לזכור כאשר לומדים קרינת שמש והשתקפות הוא אלבדו.

אלבדו מוגדר כאיכות הרפלקטיבית של משטח. זה בא לידי ביטוי כאחוז מהשתקפות המשתקפת לבידוד נכנס ואפס אחוז הוא ספיגה מוחלטת בעוד 100% הוא ההשתקפות הכוללת.

מבחינת הצבעים הנראים לעין, בצבעים כהים יותר יש אלבדו נמוך יותר, כלומר הם סופגים יותר בידוד, ולצבעים בהירים יותר יש "אלבדו גבוה", או שיעורי השתקפות גבוהים יותר. לדוגמה, השלג משקף 85-90% מההתבודדות, ואילו האספלט משקף רק 5-10%.

זווית השמש משפיעה גם על ערך האלבדו וזוויות שמש נמוכות יוצרות השתקפות רבה יותר מכיוון שהאנרגיה שמגיעה מזווית שמש נמוכה אינה חזקה כמו זו שמגיעה מזווית שמש גבוהה. בנוסף, למשטחים חלקים יש אלבדו גבוה יותר ואילו משטחים גסים מצמצמים אותו.

בדומה לקרינת השמש באופן כללי, גם ערכי האלבדו משתנים ברחבי העולם ברוחב הרוחב אולם אלבדו הממוצע של כדור הארץ הוא כ- 31%. במשטחים בין הטרופיים (23.5 ° N ל- 23.5 ° S) האלבדו הממוצע הוא 19-38%. בקטבים זה יכול להיות גבוה ככל 80% באזורים מסוימים. זוהי תוצאה של זווית השמש התחתונה שנמצאת בקטבים, אך גם הנוכחות הגבוהה יותר של שלג, קרח ומים פתוחים חלקים - כל האזורים מועדים לרמות גבוהות של רפלקטיביות.

כיום אלבדו מהווה דאגה משמעותית לבני אדם ברחבי העולם. ככל שפעילות תעשייתית מגבירה את זיהום האוויר, האווירה עצמה הופכת להיות יותר רפלקטיבית מכיוון שיש יותר אירוסולים שישקפו מדרום. בנוסף, לפעמים נוצר האלבדו הנמוך של הערים הגדולות בעולם איי חום עירוניים שמשפיע על שניהם תכנון עיר וצריכת אנרגיה.

קרינת השמש מוצאת את מקומה גם בתוכניות חדשות לאנרגיה מתחדשת - בעיקר הפאנלים הסולאריים לחשמל וצינורות שחורים לחימום מים. הצבעים הכהים של הפריטים הללו הם בעלי אלבדואים נמוכים ולכן הם סופגים כמעט את כל קרינת השמש המכה בהם, מה שהופך אותם לכלים יעילים לרתום את כוח השמש ברחבי העולם.

אולם ללא קשר ליעילות השמש בייצור חשמל, המחקר על קרינת השמש ואלבדו הוא חיוניים להבנת מחזורי מזג האוויר של כדור הארץ, זרמי אוקיינוס ​​ומיקומם של מערכות אקולוגיות שונות.