Balance radiativo del sistema tierra.

El sol , principal fuente de energía de la tierra ,es una esfera gaseosa cuyos componentes son el hidrógeno, el helio, el carbono y otros elementos de menor importancia.gif-sol-62859

En su interior se alcanzan temperaturas de varios millones de grados centígrados. A estas temperaturas tan elevadas se produce una reacción nuclear denominada fusión que consiste en la unión de dos núcleos de átomos ligeros para formar otro núcleo más pesado y que conlleva la liberación de grandes cantidades de energía.

El resultado final del conjunto de reacciones nucleares llevadas a cabo en el sol es la transformación de cuatro núcleos de hidrógeno en un núcleo de helio. Este proceso origina una pequeña pérdida de masa que se transforma en energía tal y como establece la famosa ecuación de Einstein.

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El sol emite radiación electromagnética en todas las direcciones siguiendo la ley de Planck a una temperatura cercana a los 5700K. Posee por tanto, un comportamiento muy similar al de un cuerpo negro.La longitud de onda a la cual el sol emite con intensidad máxima es de 0.5 μm  (espectro visible, color azul-verde).

El flujo solar no es constante, posee un ciclo anual cuya amplitud es de ±3% que resulta de la variación de la distancia entre la tierra y el sol (ya que la órbita no es estrictamente circular). Además el flujo solar también se ve influenciado por los ciclos solares, cada once años aproximadamente se produce una inversión de los polos magnéticos del sol.

Una vez que la radiación solar llega a la zona extraatmosférica y penetra en nuestra atmósfera, se produce una desviación de los rayos luminosos que puede convertirse en refracción si el ángulo de incidencia es pequeño y la variación del índice de refracción muy brusca.

Se dice que hay reflexión cuando la radiación pasa a través de agujeros cuyas dimensiones son mayores que la longitud de onda de los rayos. En el caso de que el diámetro de estos orificios sea idéntico a la longitud de onda, entonces se produce una desviación múltiple en varias direcciones denominándose a este fenómeno difracción , y en el caso de que estos agujeros estén dispuestos de forma irregular y su dimensión sea menor que la longitud de onda , el haz de rayos se difumina en la atmósfera verificándose lo que se conoce con el nombre de difusión y que se rige por la ley de Rayleich.

La difusión es menor cuando el sol se encuentra a punto de ocultarse, de ahí el color rojo del horizonte. Es en este momento cuando las moléculas de aire absorben la mayor cantidad de radiación de onda corta debido al gran espesor de la atmósfera, quedando sólo visibles las radiaciones amarillas y rojas.

En cambio, en el cénit, la luz es más rica en radiaciones de longitud de onda corta propia de los colores azul y violeta y el ojo mucho más sensible al primero ve el cielo con tonos azulados.

La radiación solar que llega al suelo proviene, por tanto, de una radiación directa en la que los rayos luminosos no son interceptados y siguen una misma dirección y una radiación difusa que proviene de todas las direcciones posibles de la bóveda celeste. La suma de las dos se denomina radiación global.

Se denomina albedo a la fracción de energía solar incidente sobre una superficie que es reflejada por ésta. El albedo planetario promedio (superficie terrestre y atmósfera) es de un 33% y resulta de promediar anualmente los albedos sobre todo tipo de superficie y latitud.Esto significa que casi un tercio de la radiación solar que llega a la atmósfera es reenviada hacia el espacio y por tanto no participa en el calentamiento terrestre.Según la superficie el albedo puede variar mucho: en el mar entre un 6% y 10% dependiendo del oleaje y de la altura del sol (un mar en calma actúa más como espejo), en bosques entre un 5% y 20% , en arena un 25-30%, en nieve recién caída 80-90% (la nieve vieja reflejaría menos).

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En la atmósfera existen varios gases que absorben la radiación proveniente del sol entre los que se encuentran:

  • El ozono que absorbe esencialmente la radiación ultravioleta y una pequeña fracción de radiación visible.
  • El vapor de agua que posee varias bandas de absorción en el infrarrojo.
  • El oxígeno y gas carbónico que contribuyen también pero en menor medida a la absorción de la radiación solar.

La tierra ,como cualquier cuerpo, emite una radiación electromagnética en función de su temperatura. Si consideramos que la tierra posee una temperatura uniforme dado el hecho de que se encuentra prácticamente en equilibrio térmico, es necesario una equivalencia entre el flujo de energía entrante y el saliente. Sin embargo, ni la energía solar recibida ni las emisiones de radiación electromagnética terrestres son distribuidas de manera uniforme alrededor de nuestro planeta. El balance radiativo es negativo en las regiones polares, es decir,que en estas zonas la energía emitida es mayor que la absorbida mientras que en el ecuador el balance es positivo.

balance radioativo

Los desplazamientos atmosféricos y oceánicos superficiales son el resultado de la distribución desigual de energía en la superficie de la tierra. La temperatura, rige la circulación atmosférica a causa de la relación inversa existente entre la temperatura y la densidad de un gas (cuando la temperatura aumenta la densidad del gas disminuye). Los movimientos verticales están caracterizados por la ascensión de masas de aire de pequeñas densidades. La fuente principal de aire cálido es la región tropical que coincide con la zona donde existe un exceso de energía radioactiva.

Bibliografía:

  • Cálculo de la energía solar, José Javier García -Badell.
  • Introduction to Circulating atmospheres , Ian N.James.
  • The Earth system,  James F.Kasting, Robert G. Crane y Lee R.Kump.

 

 

 

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