Slnečné žiarenie je dôležitá meteorologická premenná, ktorá slúži na stanovenie množstva „tepla“, ktoré prijmeme zo slnka na zemskom povrchu. Toto množstvo slnečného žiarenia sa mení zmenami podnebia a zadržiavaním skleníkových plynov.
Slnečné žiarenie dokáže ohrievať povrch zeme a predmetov (vrátane nás samých), pričom vzduch takmer neohrieva. Táto premenná je navyše kľúčová pre hodnotenie nášho úsilia v boji proti zmene klímy. Chcete sa dozvedieť všetko o slnečnému žiarení?
Slnečné žiarenie prechádza atmosférou
Keď sme počas jedného z horúcich letných dní na pláži, ľahneme si, aby sme si vychutnali slnko. Čím dlhšie zostávame na uterákoch, tým viac si všímame, ako sa naše telá zahrievajú a ako nám stúpa teplota, až kým sa nepotrebujeme okúpať alebo nájsť tieň, pretože sa spálime od slnka. Čo sa tu stalo, ak vzduch nie je až taký horúci? Stalo sa to, že slnečné lúče prešli našou atmosférou a zohriali naše telá bez toho, aby výrazne zohriali vzduch.
Niečo podobné tomu, čo sa deje nám v tejto situácii, sa deje aj na Zemi: Atmosféra je pre slnečné žiarenie takmer „priehľadná“, ale zemský povrch a iné telesá na ňom ho absorbujú. Energia prenášaná Slnkom na Zem sa nazýva žiarivá energia alebo žiarenie. Žiarenie sa šíri vesmírom vo forme vĺn, ktoré prenášajú energiu. V závislosti od množstva energie, ktorú prenášajú, sa klasifikuje podľa elektromagnetického spektra. Máme najenergetickejšie vlny, ako sú gama lúče, röntgenové lúče a ultrafialové žiarenie, ako aj tie s nižšou energiou, ako sú infračervené žiarenie, mikrovlny a rádiové vlny.
Všetky telá vyžarujú žiarenie
Všetky telesá vyžarujú žiarenie podľa svojej teploty. Toto žiarenie sa riadi Stefanovým-Boltzmannovým zákonom , ktorý hovorí, že energia vyžarovaná telesom je priamo úmerná štvrtej mocnine jeho teploty. Preto Slnko, horiaci kus dreva, naše vlastné telá a dokonca aj kus ľadu neustále vyžarujú energiu.
To nás vedie k otázke: prečo dokážeme „vidieť“ žiarenie vyžarované slnkom alebo horiacim kusom dreva, ale nie žiarenie, ktoré vyžarujeme my sami, zemský povrch alebo kus ľadu? To do značnej miery závisí od teploty, ktorú každý objekt dosiahne , a teda od množstva energie, ktorú vyžaruje. Čím vyššia je teplota telesa, tým väčšie množstvo energie vyžaruje vo svojich vlnách, a preto sa stáva viditeľnejším.
Slnko má teplotu 6 000 K a vyžaruje žiarenie prevažne vo viditeľnom spektre (bežne známe ako svetelné vlny). Vyžaruje tiež ultrafialové žiarenie (ktoré má vyššiu energiu, a preto pri dlhšom vystavení nám spaľuje pokožku) a zvyšok tvorí infračervené žiarenie, ktoré je pre ľudské oko nepostrehnuteľné. Preto nedokážeme vnímať žiarenie vyžarované naším vlastným telom. Ľudské telo má teplotu približne 37 stupňov Celzia a žiarenie, ktoré vyžaruje, je prevažne v infračervenom rozsahu.
Ako funguje slnečné žiarenie
Vedomie, že objekty neustále vyžarujú žiarenie a energiu, pravdepodobne vyvoláva ďalšiu otázku: Prečo sa objekty postupne neochladzujú, ak vyžarujú energiu a žiarenie? Odpoveď je jednoduchá: zároveň absorbujú energiu. Existuje ďalší zákon, zákon radiačnej rovnováhy, ktorý hovorí, že objekt vyžaruje rovnaké množstvo energie, aké absorbuje. Preto si objekty dokážu udržiavať konštantnú teplotu.
V našom systéme Zem-atmosféra teda prebieha séria procesov, pri ktorých sa energia absorbuje, vyžaruje a odráža, takže konečná rovnováha medzi žiarením dosahujúcim hornú vrstvu atmosféry zo Slnka a žiarením unikajúcim do vesmíru je nulová. To znamená, že priemerná ročná teplota zostáva konštantná. Keď slnečné žiarenie vstupuje na Zem, väčšina z neho je absorbovaná zemským povrchom. Veľmi málo dopadajúceho žiarenia absorbujú oblaky a vzduch. Zvyšok žiarenia sa odráža od povrchu, plynov a oblakov a vracia sa do vesmíru.
Množstvo žiarenia odrazeného objektom v porovnaní s dopadajúcim žiarením sa nazýva „albedo“. Preto môžeme povedať, že systém Zem-atmosféra má priemerné albedo 30 %. Čerstvo napadaný sneh alebo niektoré kumulonimbusové oblaky s výrazným vertikálnym vývojom majú albedo blízke 90 %, zatiaľ čo púšte majú približne 25 % a oceány okolo 10 % (absorbujú takmer všetko žiarenie, ktoré sa k nim dostane).
Ako meriame žiarenie?
Na meranie slnečného žiarenia, ktoré prijímame v danom bode, používame zariadenie nazývané pyranometer. Toto zariadenie pozostáva zo senzora uzavretého v priehľadnej hemisfére, ktorá prepúšťa všetko žiarenie s veľmi krátkymi vlnovými dĺžkami. Tento senzor má striedajúce sa biele a čierne segmenty, ktoré absorbujú žiarenie rôzne. Teplotný kontrast medzi týmito segmentmi je kalibrovaný podľa radiačného toku (meraného vo wattoch na meter štvorcový).
Odhad množstva slnečného žiarenia, ktoré prijmeme, možno získať aj zmeraním počtu hodín slnečného žiarenia, ktoré máme. K tomu používame prístroj nazývaný heliograf. Tú tvorí sklenená guľa orientovaná na zemepisný juh, ktorá slúži ako veľká lupa a koncentruje všetko žiarenie prijaté v žiarovke, ktorá horí špeciálnou papierovou páskou odstupňovanou podľa hodín dňa.
Slnečné žiarenie a zvýšený skleníkový efekt
Už sme spomenuli, že množstvo slnečného žiarenia vstupujúceho na Zem a opúšťajúceho Zem je rovnaké. To nie je úplne pravda, pretože ak by to tak bolo, priemerná globálna teplota našej planéty by bola -88 stupňov Celzia. Potrebujeme niečo, čo nám pomôže udržať teplo, aby sme si udržali príjemnú a obývateľnú teplotu, ktorá umožňuje život na Zemi. Tu prichádza na rad skleníkový efekt. Keď slnečné žiarenie dopadá na zemský povrch, odrazí takmer polovicu späť do atmosféry a potom sa dostane do vesmíru. Diskutovali sme o tom, ako oblaky, vzduch a ďalšie zložky atmosféry absorbujú malú časť slnečného žiarenia. Toto absorbované množstvo však nestačí na udržanie stabilnej teploty, ktorá by urobila našu planétu obývateľnou. Ako môžeme žiť s týmito teplotami?
Skleníkové plyny sú plyny, ktoré zachytávajú časť tepla vyžarovaného zemským povrchom a bránia mu v úniku späť do atmosféry. Medzi príklady skleníkových plynov patria vodná para, oxid uhličitý (CO2), oxidy dusíka, oxidy síry a metán. Každý skleníkový plyn má inú schopnosť absorbovať slnečné žiarenie. Čím väčšia je jeho schopnosť absorbovať žiarenie, tým viac tepla si zadržiava a bráni mu v úniku do vesmíru.
V priebehu ľudskej histórie sa koncentrácia skleníkových plynov (najmä CO2) neustále zvyšovala. Tento nárast je do značnej miery spôsobený priemyselnou revolúciou a spaľovaním fosílnych palív v priemysle, výrobe energie a doprave . Spaľovanie fosílnych palív, ako je ropa a uhlie, produkuje emisie CO2 a metánu. Tieto čoraz vyššie emisie zachytávajú značné množstvo slnečného žiarenia a bránia mu v úniku späť do vesmíru.
Toto je známe ako skleníkový efekt. Zvyšovanie tohto efektu, ktorý nazývame skleníkový efekt, je však kontraproduktívne , pretože to, čo robíme, stále viac zvyšuje priemerné globálne teploty. Čím vyššia je koncentrácia týchto plynov absorbujúcich žiarenie v atmosfére, tým viac tepla si zadržia, a preto tým vyššie budú teploty stúpať.
Slnečné žiarenie a zmena podnebia
Globálne otepľovanie je známe po celom svete. Toto zvýšenie teplôt v dôsledku veľkej retencie slnečného žiarenia spôsobuje zmenu globálnej klímy. Znamená to nielen to, že sa zvýšia priemerné teploty planéty, ale že sa zmení aj podnebie a všetko, čo to obnáša.
Rastúce teploty spôsobujú nestabilitu vzdušných prúdov, oceánskych hmôt, rozšírenia druhov, striedania ročných období a nárast extrémnych poveternostných javov (ako sú suchá, záplavy, hurikány atď.) . Preto, aby sme obnovili našu radiačnú rovnováhu stabilným spôsobom, musíme znížiť emisie skleníkových plynov a obnoviť našu klímu.
