Zemljina ravnoteža Sunčevog zračenja: razlika između inačica
Izbrisani sadržaj Dodani sadržaj
Nadopunio Zemljina ravnoteža Sunčevog zračenja |
Nadopunio Zemljina ravnoteža Sunčevog zračenja |
||
Redak 8:
[[datoteka:Sunset 2007-1.jpg|mini|desno|300px|[[Zalazak Sunca]]: pri položaju Sunca na [[obzor]]u [[Sunčevo zračenje]] prolazi kroz 35,4 puta veću [[masa|masu]] stupca [[zrak]]a nego kad je Sunce u [[zenit]]u.]]
[[datoteka:Hukseflux radiometer sr11 photo.jpg|mini|desno|300px|[[Piranometar]] je [[mjerni instrument]] koji mjeri ukupno [[Sunčevo zračenje]] (sa svim [[valna duljina|valnim duljinama]]), koje pada na neku vodoravnu plohu.]]
[[datoteka:Sunshine at Dunstanburgh.JPG|mini|desno|300px|U [[Fraunhoferove linije|spektru Sunčeva zračenja]] na [[ultraljubičasto zračenje]] otpada samo 10% [[energija|energije]].]]
[[datoteka:Difuzija svjetlosti.gif|mini|desno|300px|[[Raspršenje svjetlosti]] je [[Raspršenje|raspršivanje]] [[svjetlost]]i na razne strane.]]
[[datoteka:Optička debljina 1.pdf|mini|desno|300px|[[Optička debljina]] i [[optička masa]] atmosfere.]]
[[datoteka:Beer–Lambert law in solution.JPG|mini|desno|300px|Dokaz [[Lambert-Beerov zakon|Lambert-Beerova zakona]]: zelena [[laser]]ska [[zraka]] [[svjetlost]]i prolazi kroz [[otopina|otopinu]] [[pigment]]a rodamina 6B. Zraka [[svjetlost]]i postaje sve slabija kako prolazi kroz otopinu.]]
'''Zemljina ravnoteža Sunčevog zračenja''' ili '''bilanca energije zračenja u sustavu Sunca i Zemlje''' je [[ravnoteža]] koja objašnjava da u sustavu [[atmosfera|atmosfere]] i [[Zemlja|Zemlje]] postoji uravnotežena [[bilanca]] [[Sunčevo zračenje|Sunčevog zračenja]]. Kad ne bi bilo prirodne ravnoteže između primitka i gubitka [[energija|energije]] [[zračenje|zračenja]], nastupili bi poremećaji i [[Klimatske promjene|promjena klime]], što bi moglo ugroziti [[život]] na Zemlji. U dalekoj prošlosti bilo je velikih promjena klime, kad su nastupila [[Ledeno doba|ledena]], odnosno međuledena doba, ali uzroci tih promjena nisu se mogli do sada jednoznačno odrediti. <ref> "Tehnička enciklopedija" ('''Meteorologija'''), glavni urednik Hrvoje Požar, Grafički zavod Hrvatske, 1987.</ref>
Line 118 ⟶ 128:
| '''- 156'''
|}
== Sunčevo zračenje i Zemljina atmosfera ==
{{Glavni|Sunčevo zračenje}}
'''Sunčevo zračenje''' je osnovni [[energija|energetski]] izvor za sve procese u [[Zemljina atmosfera|Zemljinoj atmosferi]]. [[Sunce]] zrači ogromnu energiju koja se većinom pretvara u [[toplina|toplinu]]. Tako na 10 km<sup>2</sup> Zemljine površine dopire u ljetnom vedrom danu (uz slabljenje zračenja atmosferom) čak od 7 do 9 milijuna kW.
[[Temperatura]] površine Sunca iznosi oko 5 778 [[kelvin|K]] (5505 [[°C]]), a odzračnost ili radijacijska egzitancija (izračena energija po ploštini i vremenu) na površini Sunca iznosi oko 63 500 W/m<sup>2</sup>. [[Ozračenje]] ili iradijancija Zemlje Sunčevim zračenjem na vrhu Zemljine atmosfere naziva se [[Sunčeva konstanta|Sunčevom ili solarnom konstantom]]. Međunarodni komitet za zračenje [[Svjetska meteorološka organizacija|Svjetske meteorološke organizacije]] WMO ([[Engleski jezik|eng]]. ''World Meteorological Organization'') prihvatio je 1957. kao standardnu vrijednost Sunčeve konstante ''S<sub>0</sub>'' = 1 382 W/m<sup>2.</sup> Udaljenost između Zemlje i Sunca mijenja se tokom godine, pa se zato i stvarni iznos Sunčeve konstante mijenja u području od 1 340 do 1431 W/m<sup>2</sup>, tako da se može računati s prosječnim iznosom ''S<sub>0</sub>'' = 1 396 W/m<sup>2</sup>.
=== Spektar Sunčeva zračenja ===
Spektar Sunčeva zračenja podijeljen je u 3 područja:
* [[Ultraljubičasto zračenje|ultraljubičasto područje]] [[valna duljina|valnih duljina]] ''λ'' = 0,2 - 0,4 μm,
* [[Svjetlost|vidljivo područje]] valnih duljina ''λ'' = 0,4 - 0,76 μm i
* [[Infracrveno zračenje|infracrveno područje]] valnih duljina ''λ'' = 0,8 - 4,0 μm.
Osnovni zakoni fizike opisuju i matematski određuju [[elektromagnetsko zračenje]] sa svim popratnim pojavama kao što su [[Apsorpcija (razdvojba)|apsorpcija]], transmisija (prijenos), [[refleksija]] i [[emisija]] [[zračenje|zračenja]].
Spektar zračenja kojemu je izložena [[atmosfera]] nalazi se unutar valnih duljina od oko 20 nm do oko 10 μm. Atmosfera ima veliku sposobnost apsorpcije, nepropusna je za kratke valne duljine ''λ'' < 0,3 μm, ali je skoro potpuno propusna za valne duljine vidljivog područja, to jest za 0,3 < ''λ'' < 1,0 μm.
[[Toplinsko zračenje]] Zemlje je u području valnih duljina oko λ = 10 μm. To je područje infracrvenog zračenja od kojega u atmosferi najveći dio apsorbira [[vodena para]] i [[ugljikov dioksid]], pa samo manji dio Zemljina zračenja prolazi kroz atmosferu i odlazi u svemir.
Razdioba Sunčeva zračenja na vrhu atmosfere određena je astronomskim čimbenicima: kruženjem Zemlje oko Sunca, [[Nagib osi|nagibom osi]] Zemljine vrtnje (rotacije) prema [[ekliptika|ekliptici]] te dnevnom [[Zemljina rotacija|Zemljinom vrtnjom]]. Teoriju razdiobe Sunčeva zračenja na Zemljinu kuglu kad ne bi bilo atmosfere (a to vrijedi i za vrh atmosfere) postavio je [[Milutin Milanković|M. Milanković]]. On je predočio dijagram koji prikazuje godišnji raspored Sunčeva zračenja koje dopire do vodoravne površine na vrhu atmosfere prema zemljopisnoj širini. Na prvi pogled čini se nelogično da je najveća dnevna insolacija na polovima. To je ipak točno, ali ne zato što je na polovima najveće ozračenje Sunčevim zračenjem, nego zbog toga što u vrijeme maksimalne insolacije na polovima dan traje 24 sata.
Dnevno ozračenje ovisi i o upadnom kutu Sunčevih zraka na plohu. S druge strane, i zbog različite duljine dana, dnevno se ozračenje na vrhu atmosfere tokom godine bitno mijenja. Godišnje Sunčevo ozračenje smanjuje se porastom [[zemljopisna širina|zemljopisne širine]].
== Raspršenje Sunčeva zračenja u atmosferi ==
{{Glavni|Raspršeno Sunčevo zračenje}}
[[Molekule]] [[zrak]]a i čestice što lebde u atmosferi ([[aerosol]]) dijelom propuštaju, dijelom apsorbiraju, a dijelom [[Raspršenje svjetlosti|raspršuju Sunčevo zračenje]], i to selektivno s obzirom na [[valna duljina|valnu duljinu]]. Apsorbirani dio Sunčeva zračenja može se ili potpuno ili djelomično pretvoriti u drugi oblik [[energija|energije]], na primjer u [[toplina|toplinsku]] ili [[Fotosinteza|fotokemijsku energiju]], što prestavlja gubitak energije [[zračenje|zračenja]]. Međutim, od svih plinova od kojih se sastoji atmosfera, jedino [[ozon]] apsorbira [[elektromagnetsko zračenje]] u [[Svjetlost|vidljivom području spektra]].
Sunčevo se zračenje [[Raspršenje|raspršuje]] na sve strane, no najviše zrači u smjeru u kojemu je ušlo u atmosferu, ali pri tom [[Jakost zračenja|jakost izravnog zračenja]] to više slabi što se zrake više približavaju površini [[Zemlja|Zemlje]] gdje je atmosfera [[gustoća|gušća]]. Dio raspršenog zračenja u atmosferi vraća se u [[Međuplanetarna tvar|međuplanetarni prostor]], a drugi dio dopire do Zemljine površine. Na površinu Zemlje, dakle, dolazi, osim izravnog zračenja, i raspršeno ili difuzno zračenje iz svih smjerova nebeskog svoda. Difuzno zračenje omogućuje dnevnu rasvjetu i na mjestima koja nisu neposredno obasjana [[Sunčeva svjetlost|Sunčevim zrakama]], i po [[oblaci|oblačnom]] vremenu.
== Apsorbiranje Sunčeva zračenja u atmosferi ==
{{Glavni|Apsorpcijski koeficijent}}
Svaki [[plin]] selektivno apsorbira [[elektromagnetsko zračenje]], i to s obzirom na [[valna duljina|valnu duljinu]] ''λ''. Također svaki plin ima konstantan [[koeficijent apsorpcije]], koji ovisi o valnoj duljini [[zračenje|zračenja]] i o stanju plina. [[Energija|Energiju]] zračenja apsorbiraju molekule plina, pretvarajući je u neki drugi oblik energije, pa zato apsorbirana energija zračenja ovisi o [[gustoća|gustoći]] plina, te o debljini sloja plina kroz koji zračenje prolazi.
Za [[Monokromator|monokromatsko zračenj]]e odnos je [[Jakost zračenja|jakosti (intenziteta) zračenja]] ''I<sub>λs</sub>'' nakon prolaza kroz sloj zraka masenog koeficijenta apsorpcije ''α<sub>λm</sub>'', debljine ''s'', gustoće ''ρ(s)'', i jakosti upadnog zračenja ''I<sub>λ0</sub>'' opisan Lambert-Beer-Bougertovim zakonom:
:<math> I_{\lambda s} = I_{\lambda 0} \cdot e^{-\,\alpha_{\lambda m} \cdot \int_0^s \rho \cdot \,\mathrm{d}s} </math>
[[Eksponencijalna jednadžba|Eksponent]] <math> \tau_i = {-\,\alpha_{\lambda m} \cdot \int_0^s \rho \cdot \,\mathrm{d}s} </math> zove se optička debljina atmosfere. Ona je ovisna o položaju [[Sunce|Sunca]], najmanja je za Sunce u [[zenit]]u, a najveća za Sunce na [[obzor]]u ([[horizont]]u).
[[Masa]] zapaženog stupca zraka s osnovicom [[Površina|površine]] ([[Površina|ploštine]]) ''A'' jest:
:<math> M = A \cdot \int_0^s \rho \cdot \,\mathrm{d}s </math>
Omjer te mase ''m'' za neki položaj Sunca ''M'' i za Sunce u zenitu ''M<sub>0</sub>'' zove se '''optička masa''' atmosfere:
:<math> m = \frac{M}{M_0} </math>
Ovisnost optičke mase atmosfere o [[Kutna visina|kutnoj visini]] Sunca navedena je u tablici:
{| class="wikitable"
|+ Optička masa atmosfere u ovisnosti o položaju Sunca
|-
! scope="col" | [[Kutna visina]] Sunca
! scope="col" | Optička masa atmosfere
|-
| 90°
| 1,00
|-
| 70°
| 1,06
|-
| 50°
| 1,30
|-
| 40°
| 1,55
|-
| 30°
| 2,00
|-
| 20°
| 2,90
|-
| 10°
| 5,60
|-
| 5°
| 10,40
|-
| 0°
| 35,40
|}
Za različite kutne visine Sunca prikazane su u tablici pripadne vrijednosti optičke mase atmosfere. Vidi se da '''pri položaju Sunca na obzoru (horizontu) Sunčevo zračenje prolazi kroz 35,4 puta veću masu stupca zraka nego kad je Sunce u zenitu.''' To je razlog da u jutarnjim satima, nakon izlaska Sunca, Sunčevo [[ozračenje]] na površini [[Zemlja|Zemlje]] naglo raste, a u večernjim satima, pred [[zalazak Sunca]] naglo pada.
[[Atmosfera]] se neposredno ne zagrijava time što [[molekule]] [[zrak]]a apsorbiraju [[Sunčevo zračenje|Sunčevo elektromagnetsko zračenje]]. Apsorbirana energija zračenja očituje se u raznim fotokemijskim, fotoelektričnim i drugim molekularnim procesima, pa tako, na primjer, u velikim visinama apsorpcijom [[Ultraljubičasto zračenje|ultraljubičastog zračenja]] nastaje [[ozon]]. U [[troposfera|troposferi]], uz [[vodena para|vodenu paru]], i [[ugljikov dioksid]] apsorbira [[infracrveno zračenje]], a Sunčevo zračenje apsorbiraju i primjese u atmosferi ([[prašina]]) i kapljice [[oblaci|oblaka]] i [[magla|magle]].
== Izvori ==
| |||