Zonnestraling en het aardbed Albedo

Bijna alle energie die op planeet Aarde aankomt en de verschillende weersomstandigheden, oceaanstromen en distributie van ecosystemen aandrijft, is afkomstig van de zon. Deze intense zonnestraling zoals die in de fysische geografie bekend is, vindt haar oorsprong in de kern van de zon en is dat ook uiteindelijk naar de aarde gestuurd na convectie (de verticale beweging van energie) dwingt het weg van de zon kern. Het duurt ongeveer acht minuten voordat zonnestraling de aarde bereikt nadat ze het oppervlak van de zon heeft verlaten.

Zodra deze zonnestraling op aarde arriveert, wordt de energie ervan ongelijk verdeeld over de hele wereld breedtegraad. Als deze straling de atmosfeer van de aarde binnendringt, raakt deze dichtbij de evenaar en ontwikkelt een energieoverschot. Doordat er minder directe zonnestraling op de polen komt, ontwikkelen ze op hun beurt een energietekort. Om de energie op het aardoppervlak in balans te houden, stroomt de overtollige energie van de equatoriale gebieden in een cyclus naar de polen, zodat energie over de hele wereld in evenwicht zal zijn. Deze cyclus wordt de energiebalans van de aarde en de atmosfeer genoemd.

Zodra de atmosfeer van de aarde kortegolf zonnestraling ontvangt, wordt de energie zonnestraling genoemd. Deze bezonning is de energie-input die verantwoordelijk is voor het verplaatsen van de verschillende aardatmosfeer-systemen zoals de hierboven beschreven energiebalans maar ook weersomstandigheden, oceanische stromingen, en andere aardcycli.

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

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

Transmissie is een ander pad van zonnestraling. Het komt voor wanneer zowel kortegolf- als langegolfenergie door de atmosfeer en het water gaat in plaats van verstrooid te worden bij interactie met gassen en andere deeltjes in de atmosfeer.

Breking kan ook optreden wanneer zonnestraling de atmosfeer binnenkomt. Dit pad vindt plaats 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 richtingsverschuiving 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 gaat.

Absorptie is het vierde type zonnestralingstraject en is de omzetting van energie van de ene vorm in de andere. Als zonnestraling bijvoorbeeld door water wordt geabsorbeerd, verschuift de energie naar het water en stijgt de temperatuur. Dit is gebruikelijk bij alle absorberende oppervlakken, van het blad van een boom tot asfalt.

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

Albedo wordt gedefinieerd als de reflecterende kwaliteit van een oppervlak. Het wordt uitgedrukt als een percentage van gereflecteerde zonnestraling tot inkomende zonnestraling 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 dat ze meer bezonning absorberen, en lichtere kleuren hebben een "hoog albedo" of hogere reflectiesnelheden. Zo reflecteert sneeuw 85-90% van de zoninstraling, terwijl asfalt slechts 5-10% reflecteert.

De hoek van de zon heeft ook invloed op de albedo-waarde en lagere zonhoeken creëren meer reflectie omdat de energie die afkomstig is van een lage zonhoek niet zo sterk is als die van 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%. Aan de polen kan het in sommige gebieden wel 80% zijn. Dit is het gevolg van de lagere zonhoek aan de polen, maar ook van de grotere aanwezigheid van verse sneeuw, ijs en glad open water - alle gebieden die gevoelig zijn voor hoge reflectiegraad.

Tegenwoordig is albedo een grote zorg voor mensen over de hele wereld. Naarmate industriële activiteiten de luchtverontreiniging vergroten, wordt de atmosfeer zelf meer reflecterend omdat er meer aerosolen zijn om zonnestraling te weerspiegelen. Bovendien creëert het lage albedo van 's werelds grootste steden soms stedelijke hitte-eilanden die beide beïnvloedt stadsplanning en energieverbruik.

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 erop valt, waardoor ze efficiënte hulpmiddelen zijn om de kracht van de zon wereldwijd te benutten.

Ongeacht de efficiëntie van de zon bij het opwekken van elektriciteit, is de studie van zonnestraling en albedo dat wel essentieel voor het begrijpen van de weerscycli, oceaanstromingen en locaties van verschillende ecosystemen op aarde.