Zonnestraling en het Albedo van de aarde

Bijna alle energie die op planeet Aarde arriveert en de verschillende weersgebeurtenissen, oceanische stromingen en distributie van ecosystemen aandrijft, is afkomstig van de zon. Deze intense zonnestraling zoals bekend in de fysische geografie vindt zijn oorsprong in de kern van de zon en wordt uiteindelijk naar de aarde gestuurd nadat convectie (de verticale beweging van energie) hem van de kern van de zon duwt. Het duurt ongeveer acht minuten voordat zonnestraling de aarde bereikt na het verlaten van het oppervlak van de zon.

Zodra deze zonnestraling op aarde arriveert, wordt zijn energie ongelijkmatig over de aarde verdeeld door de breedte. Wanneer deze straling de atmosfeer van de aarde binnendringt, komt deze in de buurt van de evenaar en ontwikkelt een energieoverschot. Omdat minder directe zonnestraling op de polen aankomt, ontwikkelen ze op hun beurt een energietekort. Om energie op het aardoppervlak in evenwicht te houden, stroomt de overtollige energie uit de equatoriale gebieden in een cyclus naar de polen, zodat energie over de hele wereld in evenwicht zal zijn. Deze cyclus wordt de aarde-atmosfeer energiebalans genoemd.

Zonnestralingspaden

Zodra de atmosfeer van de aarde kortegolf zonnestraling ontvangt, wordt de energie aangeduid als insolatie. Deze isolatie is de energie-input die verantwoordelijk is voor het verplaatsen van de verschillende aardatmosfeersystemen zoals de hierboven beschreven energiebalans, maar ook weersomstandigheden, oceanische stromingen en andere aardcycli.

Insolatie kan direct of diffuus zijn. Directe straling is zonnestraling ontvangen door het aardoppervlak en / of de atmosfeer die niet is gewijzigd door atmosferische verstrooiing. Diffuse straling is zonnestraling die is gemodificeerd door verstrooiing.

Verstrooiing zelf is een van de vijf paden die zonnestraling kan volgen bij het betreden van de atmosfeer. Het treedt op wanneer insolatie wordt afgebogen en / of omgeleid bij het binnenkomen van de atmosfeer door daar aanwezige stof, gas, ijs en waterdamp. Als de energiegolven een kortere golflengte hebben, zijn ze meer verspreid dan die met langere golflengten. Verstrooiing en hoe het reageert met de golflengte zijn verantwoordelijk voor veel dingen die we in de atmosfeer zien, zoals de blauwe kleur van de lucht en witte wolken.

Transmissie is een ander zonnestralingspad. Het treedt op wanneer zowel kortegolf- als langegolfenergie door de atmosfeer en water passeren in plaats van zich te verspreiden bij interactie met gassen en andere deeltjes in de atmosfeer.

Breking kan ook optreden wanneer zonnestraling de atmosfeer binnenkomt. Dit pad gebeurt wanneer energie van het ene type ruimte naar het andere gaat, zoals van lucht naar water. Terwijl de energie uit deze ruimtes beweegt, verandert het van snelheid en richting wanneer het reageert met de aanwezige deeltjes. De verschuiving in richting zorgt er vaak voor dat de energie buigt en de verschillende lichtkleuren erin loslaat, vergelijkbaar met wat er gebeurt als licht door een kristal of prisma passeert.

Absorptie is het vierde type zonnestraling en is de omzetting van energie van de ene vorm in de andere. Wanneer bijvoorbeeld zonnestraling door water wordt geabsorbeerd, verschuift zijn energie naar het water en verhoogt zijn temperatuur. Dit komt vaak voor bij alle absorberende oppervlakken van het blad van een boom tot asfalt.

Het laatste zonnestralingspad is een reflectie. Dit is wanneer een deel van de energie rechtstreeks terug in de ruimte stuitert zonder te worden geabsorbeerd, gebroken, overgedragen of verspreid. Een belangrijke term om te onthouden bij het bestuderen van zonnestraling en reflectie is albedo.

albedo

Albedo wordt gedefinieerd als de reflecterende kwaliteit van een oppervlak. Het wordt uitgedrukt als een percentage van gereflecteerde insolatie tot inkomende insolatie en nul procent is totale absorptie terwijl 100% de totale reflectie is.

In termen van zichtbare kleuren hebben donkere kleuren een lager albedo, dat wil zeggen, ze absorberen meer insolatie en lichtere kleuren hebben een "hoog albedo" of hogere reflectiesnelheden. Sneeuw reflecteert bijvoorbeeld 85-90% van de zonnestraling, terwijl asfalt slechts 5-10% reflecteert.

De hoek van de zon heeft ook invloed op de albedo-waarde en lagere zonhoeken zorgen voor meer reflectie omdat de energie die uit een lage zonhoek komt niet zo sterk is als die uit een hoge zonhoek. Bovendien hebben gladde oppervlakken een hoger albedo, terwijl ruwe oppervlakken dit verminderen.

Net als zonnestraling in het algemeen variëren albedo-waarden ook over de hele wereld met breedtegraad, maar het gemiddelde albedo van de aarde is ongeveer 31%. Voor oppervlakken tussen de tropen (23,5 ° N tot 23,5 ° S) is het gemiddelde albedo 19-38%. Op de polen kan het in sommige gebieden oplopen tot 80%. Dit is een gevolg van de lagere zonhoek op de polen, maar ook van de hogere aanwezigheid van verse sneeuw, ijs en glad open water - alle gebieden die gevoelig zijn voor hoge reflectiewaarden.

Albedo, zonnestraling en mensen

Tegenwoordig is albedo wereldwijd een grote zorg voor mensen. Naarmate industriële activiteiten de luchtvervuiling vergroten, wordt de atmosfeer zelf reflectiever omdat er meer aerosolen zijn om zonnestraling weer te geven. Bovendien creëert het lage albedo van 's werelds grootste steden soms stedelijke hitte-eilanden die zowel stadsplanning als energieverbruik beïnvloeden.

Zonnestraling vindt ook zijn plaats in nieuwe plannen voor hernieuwbare energie, met name zonnepanelen voor elektriciteit en zwarte buizen voor het verwarmen van water. De donkere kleuren van deze items hebben lage albedo's en absorberen daarom bijna alle zonnestraling die op hen valt, waardoor ze efficiënte hulpmiddelen zijn om de kracht van de zon wereldwijd te benutten.