Sonnenstrahlung und die Albedo der Erde

Fast die gesamte Energie, die auf dem Planeten Erde ankommt und die verschiedenen Wetterereignisse, Meeresströmungen und die Verteilung von Ökosystemen antreibt, stammt von der Sonne. Diese intensive Sonnenstrahlung, wie sie in der physikalischen Geographie bekannt ist, stammt aus dem Sonnenkern und wird schließlich zur Erde gesendet, nachdem die Konvektion (die vertikale Bewegung der Energie) sie vom Sonnenkern weggedrängt hat. Es dauert ungefähr acht Minuten, bis die Sonnenstrahlung die Erde erreicht, nachdem sie die Sonnenoberfläche verlassen hat.

Sobald diese Sonnenstrahlung auf der Erde eintrifft, verteilt sich ihre Energie nach Breitengraden ungleichmäßig auf den Globus. Wenn diese Strahlung in die Erdatmosphäre eintritt, trifft sie in der Nähe des Äquators auf und entwickelt einen Energieüberschuss. Da weniger direkte Sonnenstrahlung an den Polen ankommt, entwickeln sie ihrerseits ein Energiedefizit. Um die Energie auf der Erdoberfläche im Gleichgewicht zu halten, fließt die überschüssige Energie aus den Äquatorregionen in einem Zyklus zu den Polen, sodass die Energie auf der ganzen Welt ausgeglichen wird. Dieser Zyklus wird als Energiehaushalt Erde-Atmosphäre bezeichnet.

Sonnenstrahlengänge

Sobald die Erdatmosphäre kurzwellige Sonnenstrahlung empfängt, wird die Energie als Sonneneinstrahlung bezeichnet. Diese Sonneneinstrahlung ist der Energieeintrag, der für die Bewegung der verschiedenen Erdatmosphärensysteme wie der oben beschriebenen Energiebilanz, aber auch für Wetterereignisse, Meeresströmungen und andere Erdzyklen verantwortlich ist.

Die Sonneneinstrahlung kann direkt oder diffus sein. Direkte Strahlung ist Sonnenstrahlung, die von der Erdoberfläche und / oder der Atmosphäre empfangen wird und die nicht durch atmosphärische Streuung verändert wurde. Diffuse Strahlung ist Sonnenstrahlung, die durch Streuung modifiziert wurde.

Die Streuung selbst ist einer von fünf Wegen, die Sonnenstrahlung beim Eintritt in die Atmosphäre einschlagen kann. Sie tritt auf, wenn die Sonneneinstrahlung beim Eintritt von Staub, Gas, Eis und Wasserdampf in die Atmosphäre abgelenkt und / oder umgelenkt wird. Wenn die Energiewellen eine kürzere Wellenlänge haben, werden sie stärker gestreut als diejenigen mit längeren Wellenlängen. Streuung und wie sie mit der Wellenlänge reagiert, sind für viele Dinge verantwortlich, die wir in der Atmosphäre sehen, wie zum Beispiel die blaue Farbe des Himmels und die weißen Wolken.

Die Übertragung ist ein weiterer Weg der Sonnenstrahlung. Es tritt auf, wenn sowohl kurz- als auch langwellige Energie durch die Atmosphäre und das Wasser strömt, anstatt sich bei der Wechselwirkung mit Gasen und anderen Partikeln in der Atmosphäre zu zerstreuen.

Brechung kann auch auftreten, wenn Sonnenstrahlung in die Atmosphäre gelangt. Dieser Weg findet statt, wenn Energie von einer Art von Raum in einen anderen wandert, beispielsweise von Luft in Wasser. Während sich die Energie aus diesen Räumen bewegt, ändert sie ihre Geschwindigkeit und Richtung, wenn sie mit den dort vorhandenen Partikeln reagiert. Die Richtungsänderung bewirkt oft, dass sich die Energie biegt und die verschiedenen Lichtfarben in sich freisetzt, ähnlich wie wenn Licht durch einen Kristall oder ein Prisma geht.

Absorption ist die vierte Art der Sonnenstrahlung und die Umwandlung von Energie von einer Form in eine andere. Wenn zum Beispiel Sonnenstrahlung vom Wasser absorbiert wird, verlagert sich ihre Energie zum Wasser und erhöht ihre Temperatur. Dies ist üblich für alle absorbierenden Oberflächen vom Blatt eines Baumes bis zum Asphalt.

Der endgültige Sonnenstrahlengang ist eine Reflexion. In diesem Fall springt ein Teil der Energie direkt in den Weltraum zurück, ohne absorbiert, gebrochen, übertragen oder gestreut zu werden. Ein wichtiger Begriff für das Studium der Sonnenstrahlung und Reflexion ist die Albedo.

Albedo

Albedo ist die reflektierende Eigenschaft einer Oberfläche. Sie wird als Prozentsatz der reflektierten Sonneneinstrahlung zur eingehenden Sonneneinstrahlung ausgedrückt und Null Prozent ist die Gesamtabsorption, während 100% die Gesamtreflexion ist.

In Bezug auf die sichtbaren Farben haben dunklere Farben eine geringere Albedo, das heißt, sie absorbieren mehr Sonneneinstrahlung, und hellere Farben haben eine "hohe Albedo" oder höhere Reflexionsraten. Zum Beispiel reflektiert Schnee 85-90% der Sonneneinstrahlung, während Asphalt nur 5-10% reflektiert..

Der Sonnenwinkel beeinflusst auch den Albedowert und niedrigere Sonnenwinkel bewirken eine stärkere Reflexion, da die von einem niedrigen Sonnenwinkel kommende Energie nicht so stark ist wie die von einem hohen Sonnenwinkel kommende. Zusätzlich haben glatte Oberflächen eine höhere Albedo, während raue Oberflächen diese reduzieren.

Wie die Sonneneinstrahlung im Allgemeinen variieren auch die Albedo-Werte weltweit mit dem Breitengrad, aber die durchschnittliche Albedo auf der Erde liegt bei 31%. Für Oberflächen zwischen den Tropen (23,5 ° N bis 23,5 ° S) beträgt die durchschnittliche Albedo 19-38%. An den Polen kann es in einigen Gebieten bis zu 80% betragen. Dies ist eine Folge des geringeren Sonnenwinkels an den Polen, aber auch der höheren Präsenz von Neuschnee, Eis und glattem offenem Wasser - alles Bereiche, die einem hohen Reflexionsgrad unterliegen.

Albedo, Sonnenstrahlung und Menschen

Heute ist Albedo ein wichtiges Anliegen für den Menschen weltweit. Während industrielle Aktivitäten die Luftverschmutzung erhöhen, wird die Atmosphäre selbst reflektierender, da mehr Aerosole vorhanden sind, die die Sonneneinstrahlung reflektieren. Darüber hinaus führt die niedrige Albedo der größten Städte der Welt manchmal zu städtischen Wärmeinseln, was sich sowohl auf die Stadtplanung als auch auf den Energieverbrauch auswirkt.

Die Sonneneinstrahlung findet auch ihren Platz in neuen Plänen für erneuerbare Energien - vor allem Sonnenkollektoren für Strom und schwarze Rohre für die Warmwasserbereitung. Die dunklen Farben dieser Gegenstände haben eine niedrige Albedo und absorbieren daher fast die gesamte Sonnenstrahlung, die auf sie fällt. Dies macht sie zu effizienten Werkzeugen, um die Kraft der Sonne weltweit zu nutzen.