La radiazione solare è un'importante variabile meteorologica che serve a determinare la quantità di "calore" che riceveremo dal sole sulla superficie terrestre. Questa quantità di radiazione solare viene alterata dai cambiamenti climatici e dalla ritenzione dei gas serra.
La radiazione solare è in grado di riscaldare la superficie del terreno e degli oggetti (anche la nostra) senza quasi riscaldare l'aria. Inoltre, questa variabile è molto importante per valutare il lavoro che stiamo svolgendo nella lotta ai cambiamenti climatici. Vuoi sapere tutto sulla radiazione solare?
La radiazione solare passa attraverso l'atmosfera
Quando siamo in spiaggia in una di queste calde giornate estive, ci sdraiamo "al sole". Rimanendo più a lungo nell'asciugamano, notiamo come il nostro corpo si riscalda e aumenta la sua temperatura, fino a quando dobbiamo fare un bagno o metterci all'ombra perché ci scottiamo. Cosa è successo qui, se l'aria non è così calda? Quello che è successo è quello i raggi del sole sono passati attraverso la nostra atmosfera e hanno riscaldato il nostro corpo con poco riscaldamento dell'aria.
Qualcosa di simile a ciò che ci accade in questa situazione è ciò che accade alla Terra: l'atmosfera è quasi "trasparente" alla radiazione solare, ma la superficie terrestre e gli altri corpi situati su di essa la assorbono. L'energia trasferita dal Sole alla Terra è ciò che è noto come energia radiante o radiazione. La radiazione viaggia attraverso lo spazio sotto forma di onde che trasportano energia. A seconda della quantità di energia che trasportano, sono classificati lungo lo spettro elettromagnetico. Abbiamo le onde più energetiche come i raggi gamma, i raggi X e gli ultravioletti, così come quelle con meno energia come gli infrarossi, le microonde e le onde radio.
Tutti i corpi emettono radiazioni
Tutti i corpi emettono radiazioni in base alla loro temperatura. Questo è dato da Legge di Stefan-Boltzmann che afferma che l'energia emessa da un corpo è direttamente proporzionale alla quarta potenza della sua temperatura. Questo è il motivo per cui sia il Sole, un pezzo di legno in fiamme, sia il nostro corpo e persino un pezzo di ghiaccio irradiano continuamente energia.
Questo ci porta a porci una domanda: perché siamo in grado di "vedere" la radiazione che viene emessa dal sole o dal pezzo di legno che brucia e non siamo in grado di vedere quella da noi emessa, la superficie della Terra o il pezzo di ghiaccio? Anche, questo dipende in gran parte dalla temperatura raggiunta da ciascuno di essi, e quindi, la quantità di energia che emettono prevalentemente. Più temperatura raggiungono i corpi, maggiore è la quantità di energia che emettono nelle loro onde, ed è per questo che saranno più visibili.
Il Sole ha una temperatura di 6.000 K ed emette radiazioni principalmente in onde del campo visibile (generalmente note come onde luminose), emette anche radiazioni ultraviolette (che hanno più energia ed è per questo che brucia la nostra pelle nelle lunghe esposizioni) e il resto che emette è radiazione infrarossa che non viene percepita dall'occhio umano. Ecco perché non possiamo percepire le radiazioni emesse dal nostro corpo. Il corpo umano si trova a circa 37 gradi Celsius e la radiazione che emette è nell'infrarosso.
Come funziona la radiazione solare
Sicuramente sapere che i corpi emettono continuamente radiazioni ed energia ti farà venire un'altra domanda. Perché, se i corpi emettono energia e radiazioni, non si raffreddano gradualmente? La risposta a questa domanda è semplice: mentre emettono energia, la assorbono anche. C'è un'altra legge, che è quella dell'equilibrio radiativo, che dice che un oggetto emette la stessa quantità di energia che assorbe, ecco perché sono in grado di mantenere una temperatura costante.
Pertanto, nel nostro sistema terra-atmosfera avvengono una serie di processi in cui l'energia viene assorbita, emessa e riflessa, in modo che l'equilibrio finale tra la radiazione che raggiunge la sommità dell'atmosfera dal Sole e quella che esce nello spazio esterno è zero. In altre parole, la temperatura media annuale rimane costante. Quando la radiazione solare entra nella Terra, la maggior parte di essa viene assorbita dalla superficie terrestre. Molto poco della radiazione incidente viene assorbita dalle nuvole e dall'aria. Il resto della radiazione viene riflessa dalla superficie, dai gas, dalle nuvole e viene restituita allo spazio.
La quantità di radiazione riflessa da un corpo rispetto alla radiazione incidente è nota come "albedo". Quindi possiamo dirlo il sistema terra-atmosfera ha un'albedo media del 30%. La neve appena caduta o alcuni cumulonembi sviluppati verticalmente hanno un albedo vicino al 90%, mentre i deserti hanno circa il 25% e gli oceani circa il 10% (assorbono quasi tutta la radiazione che li raggiunge).
Come misuriamo le radiazioni?
Per misurare la radiazione solare che riceviamo in un punto, utilizziamo un dispositivo chiamato piranometro. Questa sezione è costituita da un sensore racchiuso in un emisfero trasparente che trasmette tutta la radiazione di una lunghezza d'onda molto piccola. Questo sensore ha segmenti bianchi e neri alternati che assorbono la quantità di radiazione in modo diverso. Il contrasto di temperatura tra questi segmenti è calibrato in base al flusso di radiazione (misurato in watt per metro quadrato).
Una stima della quantità di radiazione solare che riceviamo può anche essere ottenuta misurando il numero di ore di sole che abbiamo. Per fare questo, usiamo uno strumento chiamato eliografo. Questa è formata da una sfera di vetro orientata verso il sud geografico, che funge da grande lente d'ingrandimento, concentrando tutta la radiazione ricevuta in un punto incandescente che brucia uno speciale nastro di carta graduato con le ore del giorno.
Radiazione solare e aumento dell'effetto serra
In precedenza abbiamo detto che la quantità di radiazione solare che entra nella Terra e quella che lascia è la stessa. Questo non è del tutto vero, perché se così fosse, la temperatura media globale del nostro pianeta sarebbe di -88 gradi. Abbiamo bisogno di qualcosa che ci aiuti a trattenere il calore per avere una temperatura così piacevole e abitabile che renda possibile la vita sul pianeta. È qui che introduciamo l'effetto serra. Quando la radiazione solare colpisce la superficie terrestre, ritorna quasi la metà nell'atmosfera per espellerla nello spazio. Bene, abbiamo commentato che le nuvole, l'aria e altri componenti atmosferici assorbono una piccola parte della radiazione solare. Tuttavia, questa quantità assorbita non è sufficiente per poter mantenere una temperatura stabile e rendere abitabile il nostro pianeta. Come possiamo convivere con queste temperature?
I cosiddetti gas serra sono quei gas che trattengono parte della temperatura emessa dalla superficie terrestre che ritorna nell'atmosfera. I gas serra sono: vapore acqueo, anidride carbonica (CO2), ossidi di azoto, ossidi di zolfo, metano, ecc. Ogni gas serra ha una diversa capacità di assorbire la radiazione solare. Maggiore è la capacità di assorbire le radiazioni, maggiore sarà il calore che tratterrà e non gli consentirà di tornare nello spazio.
Nel corso della storia umana, la concentrazione di gas serra (inclusa la maggior parte delle emissioni di CO2) è aumentata sempre di più. L'aumento di questo aumento è dovuto la rivoluzione industriale e la combustione di combustibili fossili nell'industria, nell'energia e nei trasporti. La combustione di combustibili fossili come petrolio e carbone, provoca emissioni di CO2 e metano. Questi gas in un'emissione crescente fanno sì che trattengano una grande quantità di radiazione solare e non ne consentono il ritorno nello spazio.
Questo è noto come effetto serra. Tuttavia, aumentando questo effetto chiamiamo serra è controproducente, poiché quello che stiamo facendo è aumentare sempre di più le temperature medie globali. Maggiore è la concentrazione di questi gas che assorbono le radiazioni nell'atmosfera, maggiore è il calore che tratterranno e, quindi, maggiori saranno le temperature.
Radiazione solare e cambiamento climatico
Il riscaldamento globale è noto in tutto il mondo. Questo aumento delle temperature dovuto alla grande ritenzione della radiazione solare provoca un cambiamento nel clima globale. Non significa solo che le temperature medie del pianeta aumenteranno, ma che il clima e tutto ciò che ciò comporta cambierà.
L'aumento delle temperature provoca destabilizzazione delle correnti d'aria, masse oceaniche, distribuzione delle specie, successione delle stagioni, aumento dei fenomeni meteorologici estremi (come siccità, inondazioni, uragani ...), ecc.. Questo è il motivo per cui per ritrovare il nostro equilibrio radiativo in modo stabile, dobbiamo ridurre le emissioni di gas serra e recuperare il nostro clima.
