Soarele, atmosfera si Pamantul

Soarele

Soarele este centrul gravitatiei in sistemul nostru solar. El este sursa de energie a planetei noastre. Energia emisa de soare este cea care permite, direct sau indirect, existenta vietii pe pamant.

Energia emisa de soare este 3,72 X 10²⁰ MW, ceea ce echivaleaza cu 63 MW pe fiecare m² al suprafetei sale.

Dupa parcurgerea distantei medii de 150 milioane de km dintre Pamant si Soare, aceasta radiatie ajunge la partea exterioara a atmosferei pamantului cu o intensitate medie de 1.367 kW pe 1 m² de suprafata orientata perpendicular spre fasciculele solare. Aceasta se numeste Constanta Solara.

Stratul cel mai din afara, relativ subtire, de 400 km al soarelui este denumit fotosfera si are o temperatura de aproximativ 5.770° Kelvin. Acesta este stratul care emite spectrul de radiatii vizibil cu ochiul uman si care este denumit ‘lumină’.

Distanta medie dintre pamant si soare este de aproximativ 150 milioane de kilometri. Pamantul atinge punctul cel mai apropiat de soare (periheliu - 147 milioane de kilometri) la inceputul lunii ianuarie in fiecare an. Dupa 6 luni, la data de 4 iulie, pamantul atinge punctul cel mai indepartat fata de soare (afeliu - 152 milioane de kilometri). Aceasta inseamna ca, datorita acestor distante diferite, radiatia solara directa care ajunge la atmosfera pamantului este cu 7% mai intensa in ianuarie decat este la 4 iulie (vedeti imaginea de mai jos).

Aceste distante diferite intre pamant si soare au totusi o influenta minora asupra temperaturilor anotimpurilor pe pamant.

Atmosfera

Atmosfera pamantului are o influenta considerabila asupra intensitatii radiatiei solare care ajunge la suprafata sa.

Inaltimea atmosferei este de aproximativ 70 - 80 km, iar in componenta sa se afla mai ales nitrogen (~78%) si oxigen (~21%). Un numar de aproximativ 12 alte gaze si vapori de apa formeaza doar 1% din atmosfera, dar acestea pot avea o influenta importanta asupra climei si mediului, de exemplu, asa-numitele ‘gaze de sera’, printre care se numara metanul si dioxidul de carbon.

Straturile individuale ale atmosferei se deosebesc unele de altele si sunt prin urmare denumite cu teremeni diferiti, asa cum se poate vedea in Imaginea 2.

Stratul de baza poarta numele de troposfera. Este stratul cu cei mai multi nori si se intinde pana la tropopauza. Tropopauza constituie granita dintre troposfera si stratosfera. Aceasta se intinde de la 11 km la 16 km, in functie de amplasarea deasupra pamantului si de conditiile atmosferice.

Ca urmare a umiditatii foarte scazute a aerului, stratosfera este aproape complet lipsita de nori. Stratul de ozon se afla in primul rand in stratosfera, la inaltimi cuprinse intre 15 si 85 km. Deasupra stratosferei se afla mezosfera, cu incepere de la aproximativ 50 km de la suprafata pamantului. Deasupra mezosferei se afla ionosfera, care mai este denumita si termosfera, si se intinde pana la aproximativ 640 km. Dincolo de ionosfera incepe exosfera, care este stratul exterior si care se intinde pana la 9.600 km. Dincolo de aceasta se gaseste spatiul interplanetar.

Jumatate din masa totala a atmosferei se gaseste intre primii 5 si 6 km de deasupra scoartei terestre.

La traversarea atmosferei, radiatia solara extraterestra scade ca urmare a imprastierii si absorbtiei produse de molecule de aer, particule de aerosoli, picaturi de apa si cristale de gheata din nori.

Imprastierea radiatiei solare se produce in cadrul intregului domeniu spectral. Exista totusi diverse modalitati in care se poate produce imprastierea:

• Imprastiere produsa de picaturi de apa si/sau cristale de gheata in nori relativ uniform de-a lungul intregului domeniu spectral;
• Imprastiere produsa de molecule (Imprastiere - Rayleigh), predominanta mai ales in cazul radiatiilor cu lungimi de unda mai scurte;
• Imprastiere produsa de particule de aerosoli (Imprastiere - Mie) la lungimi de unda care depind de dimensiunea si distributia particulei.

Moleculele gazoase si aerosolii produc o absorbtie relativ ridicata a radaitiei solare. Imprastierea si absorbtia din atmosfera influenteaza balanta spectrala a radiatiei solare care ajunge la suprafata pamantului.

Imaginea urmatoare prezinta spectrul radiatiei solare la nivelul marii in diferite conditii atmosferice, de la cer senin pana la cer complet acoperit cu nori.

Variatiile presiunii aerului si a temperaturii in cadrul atmosferei influenteaza absorbtia si, prin urmare, au un efect si asupra spectrului la nivelul marii si la diverse inaltimi deasupra nivelului marii.

Pamantul

Cantitatea si tipul radiatiei care cade pe suprafata pamantului depinde de caracterisiticile in continua schimbare ale atmosferei. Alti factori importanti sunt dimensiunea planetei noastre si amplasarea sa in cadrul spatiului, dar factorul crucial cu privire la cantitatea de radiatie absorbita de pamant, sau reflectata de la el, este compozitia suprafetei pamantului.

Soarele furnizeaza 99,98% din toata energia de la suprafata pamantului, diferenta fiind energie geotermala interna. Aceasta are ca rezultat o temperatura medie de la suprafata de 14°C, desi variatii extreme se pod produce local si in timp. Cea mai ridicata temperatura masurata vreodata a fost 57,3°C in Libia si cea mai scazuta a fost – 89,2°C in Antarctica.

Unghiul de incidenta a radiatiei solare se schimba continuu ca urmare a miscarii circulare a pamantului in jurul soarelui si rotirii in jurul propriei axe. Corelatia dintre intensitatea radiatiei si unghiul de incidenta poate fi descrisa ca o functie cosinus, care mai este denumita si legea lui Lambert (vedeti imaginea urmatoare).

Inclinarea cu 23,5º a axei pamantului are de asemenea o influenta, asa cum se poate vedea din urmatoarea imagine.

Schimbarea unghiului de incidenta pe parcursul diferitelor ore ale zilei este un factor deosebit de important.

Pamantul nu este un disc plat. Forma sa este aproape sferica, iar forta gravitationala strange atmosfera in jurul sau ca pe un invelis. Din acest motiv, intensitatea radiatiei solare intr-un punct la suprafata este influentata de curbura suprafetei si de grosimea reala a atmosferei.

Radiatia solara ajunge la intensitatea maxima cand soarele este la zenit si unghiul de incidenta este 90°, iar grosimea atmosferei este minima. Cu cat este mai jos soarele pe cer, cu atat creste stratul de atmosfera prin care trebuie sa treaca radiatiile si, prin urmare, mai multa radiatie va fi absorbita si imprastiata de atmosfera si mai putina radiatie va ajunge la suprafata pamantului.

Grosimea reala a atmosferei este denumita adancime atmosferica. Chiar deasupra orizontului adancimea atmosferica este de aproximativ 11 ori mai extinsa decat la cea mai scurta cale, la 90º (zenit solar), vedeti imaginea urmatoare.

Efectele radiatiei solare sunt influentate si de compozitia suprafetei terestre. Nu este greu de imaginat ca o suprafata acoperita cu zapada reflecta mai multa radiatie decat una acoperita cu copaci sau cu pietre negre. Fractiunea din radiatia solara incidenta care este reflectata de suprafata se numeste Albedo.

Acest capitol cu titlul "Soarele, atmosfera si Pamantul" a fost realizat pe baza cartii scrise de Reinhold Rösemann cu titlul "Solar Radiation Measurement".