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Equilibrio Termico de la Atmosfera Radiacion Solar Absorcion Terrestre

Equilibrio Termico de la Atmósfera
Radiciación Solar  – Absorción Terrestre

El Sol irradia energía en forma de calor y luz. Para la Tierra, aquél constituye casi la única fuente de tal energía. Las radiaciones calóricas y las luminosas pueden parecer diferentes. Es decir, la luz puede ser vista pero no sentida, mientras que el calor puede sentirse aunque no se vea; pero su única diferencia real estriba en las respectivas longitudes de onda, puesto que ambas son radiaciones electromagnéticas.

Las longitudes de onda de las radiaciones son tan pequeñas que sé miden en unidades especiales, que pueden ser micrones o Angstrom. Un micrón, que se escribe ¡i, equivale a 0,0001 cm. Un ángstrom equivale a 0,00000001 cm. y se índica así: Á ó A°.

Las radiaciones visibles, que percibimos como luz, poseen longitudes de onda entre 0,4 y 0,7A°. La razón de esta gama de longitudes es que la luz, que parece blanca, en realidad es una mezcla de colores. En un extremo del espectro visible (la gama de colores que constituyen la luz) está el violeta, cuya longitud de onda es de alrededor de 0,4A° y en el otro extremo se halla el rojo, con una longitud de onda de aproximadamente 0,7A°. El calor, o radiación infrarroja que no puede ser percibida por el ojo, posee longitudes de onda mayores, mientras que los rayos ultravioletas (los que causan el tostado de la piel, también invisibles) tienen menores longitudes de onda.

Si la Tierra, desde que existe, hubiera almacenado todo el calor que ha ido recibiendo del Sol, nuestro planeta ya hace muchos millones de años que hubiera desaparecido transformado en una brasa. Pero, como es evidente, no ha ocurrido tal cosa.

La razón estriba en que todos los cuerpos emiten calor al par que lo absorben; y, hablando en forma general, se llega siempre a una temperatura tal en que irradian tanto calor como el que reciben. La Tierra, en la práctica, ha alcanzado ese estado de equilibrio: ya no se calienta ni se enfría bajo la influencia de las radiaciones solares.

RADIACIÓN SOLAR

La Tierra absorbe del Sol exactamente la misma cantidad de energía que irradia al espacio. Esta sencilla afirmación resume el equilibrio térmico de la Tierra y su atmósfera; peí o la forma en que se lleva a cabo dicho fenómeno es bastante más complicada de lo que deja entrever tan lacónica frase.

La Tierra sólo utiliza parte de la energía solar. En primer término, una proporción de la radiación solar es reflejada, devuelta, del mismo modo que los rayos de luz son reflejados por un espejo. El porcentaje de tal radiación que reflejan la Tierra y su atmósfera, se denomina su albedo y para la Tierra en conjunto alcanza al 36% aproximadamente. En otras palabras, el 36 % de la radiación solar destinada a la Tierra se pierde por reflexión.

La cifra resulta de una cantidad de diferentes superficies reflectoras, cada cual con su respectivo albedo. La mayor parte de la reflexión se produce en la parte superior de las nubes, las que poseen albedos que oscilan entre el 40 % y el 80 %, mientras que la reflexión mínima corresponde a las superficies de agua. El albedo de las superficies continentales varía según sus condiciones: ocupan los bosques densos un extremo de la escala (con 5% aproximadamente), y los desiertos arenosos el otro (un 20 %).

El albedo de las superficies heladas, hielo y nieve, puede llegar al 80 %. En general podemos decir que el albedo de la Tierra no cambia significativamente de una región a otra (excepto donde hay vastas extensiones nevadas), pero se rige principalmente por las capas de nubes que pueden cubrirlas. Otro factor es la dispersión de la radiación. Ésta es causada por pequeñas partículas o gotitas suspendidas en la atmósfera y aun por las moléculas de los gases que la constituyen.

Las partículas cuyo diámetro es menor que la longitud de onda de la radiación pueden dispersar parte de ésta. El efecto sobre la luz es sumamente interesante. La luz azul es más fácilmente dispersada que la roja; por eso la luz solar que llega a la Tierra es más roja que aquella que abandonó el Sol. Esto es particularmente notable cuando los rayos solares deben recorrer mayor trayecto en la atmósfera (en momentos en que se halla cerca del horizonte al amanecer y al atardecer).



Las partículas que dispersan la luz azul se ven de ese color: de ahí el azul que presenta el cielo. Otro factor es la absorción de radiación solar por los gases y polvo de la atmósfera. Desde el punto de vista de los seres humanos el factor más importante aquí es una capa de ozono (una forma especial del oxígeno) que absorbe la mayor parte de la radiación ultravioleta.

Esto es de importancia vital porque, mientras nos beneficia una pequeña cantidad de radiación ultravioleta, todo exceso podría sernos fatal. Es interesante advertir que el vapor de agua, a pesar de su escasa proporción en la atmósfera (por lo general menos del 3 %), absorbe seis veces más radiación solar que todos los demás gases juntos. Reuniendo reflexión, dispersión y absorción atmosférica, el porcentaje de radiación solar realmente absorbido por la Tierra oscila entre el 30 al 50 % de la interceptada.

Agréguese a esto que la Tierra sólo intercepta el 0,0000000005% de la radiación solar total y tendremos una somera idea de la enorme cantidad de energía liberada por el Sol.

RADIACIÓN TERRESTRE

La atmósfera es más o menos transparente a la radiación solar, es decir, absorbe alrededor del 16 % como máximo. De modo que cabría suponer que fuese también transparente a las radiaciones terrestres; pero no es así, porque la radiación de nuestro planeta es bastante distinta de la solar y repetimos que la diferencia reside en las longitudes de onda. La cantidad de radiación de una determinada longitud de onda depende de la temperatura del cuerpo radiante. El diagrama nos indica que alrededor de la mitad de la radiación solar posee la forma de luz visible y la otra mitad representa calor radiante.

Pero la temperatura de la Tierra es muy diferente de la del Sol y, como resultado, la mayor parte de la radiación terrestre se encuentra en la gama de 4 a 50/¿, con un máximo en los 10ju. Ahora bien, los gases de la atmósfera sólo absorben radiaciones de ciertas longitudes de onda y su poder de absorción es mayor respecto de algunas longitudes de onda que ele otras.

Recordemos de nuevo que es el vapor de agua el que desempeña principalmente el papel más importante, pues absorbe radiaciones de muchas longitudes de onda, especialmente entre los 5,5 y los 7/x y por encima de los 27/x. Pero para longitudes de onda entre los 8 y los 13/1 dicho vapor es prácticamente transparente, y estas radiaciones de la Tierra salen directamente al espacio por esta «ventana» atmosférica.

EL EFECTO DE INVERNADERO
La atmósfera produce un efecto de invernadero sobre la Tierra. Un invernadero permite el paso de la mayor parte de las radiaciones solares para que sean absorbidas por las plantas de su interior-. Pero el vidrio absorbe gran parte de la energía reirradiada por ellas. Como su temperatura es menor que la del Sol, emite radiaciones de mayor longitud de onda y envía de vuelta al invernadero parte de esta última. Deteste modo su temperatura interna se mantiene más elevada que la del aire circundante.

Los gases ele la atmósfera, especialmente el vapor de agua, desempeñan un papel similar al del vidrio del invernadero. Permiten el paso de casi toda la radiación solar, pero absorben la mayor parte de la radiación terrestre y la devuelven a la Tierra. De esta manera la temperatura en la atmósfera es mayor que fuera de ella. Si los gases de nuestra atmósfera permiten el paso de la radiación solar y retienen la mayor parte de la terrestre, parecería que su temperatura debiera aumentar en forma continua.

Como evidentemente esto no ocurre, la Tierra en conjunto debe irradiar al espacio tanta energía como la que absorbe. Efectivamente es así, porque aunque el vapor de agua retiene buena parte de la radiación de nuestro planeta, sólo reirradia hacia él la restante. Desde la capa superior de la atmósfera se irradia hacia el espacio suficiente energía como para mantener el equilibrio térmico. Esto sólo significa que hay un «depósito» de energía en la atmósfera, que no aumenta ni decrece.



EL PASO DEL CALOR
La Tierra en conjunto mantiene un equilibrio térmico continuo durante mucho tiempo. Pero el cuadro cambia si consideramos el planeta en zonas, porque ingresa un exceso de radiación solar en las latitudes bajas y existe un exceso de la terrestre en las altas. De acuerdo con esto, las latitudes bajas tendrían que irse calentando cada vez más y las altas enfriándose continuamente.

Ello no ocurre porque el calor se transporta de las latitudes bajas a las altas por medio de los movimientos atmosféricos. Justamente los movimientos globales de aire dentro de la atmósfera (el sistema de vientos planetarios) se origina en este desequilibrio.

La cantidad de calor que debe ser transportada es vasta. Es decir, que más de cien trillones de grandes calorías deben ser transportadas al norte del paralelo 40 para mantener el equilibrio diario (la cifra varía para cada latitud. Una gran caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar un grado centígrado la temperatura de un kilogramo de agua.

GENERALIDADES ACERCA DE LA LUZ Y EL CALOR ATMOSFÉRICOS
La Tierra se halla rodeada por una masa de aire llamada atmósfera, en cuya parte inferior nos hallamos colocados. * El espesor de la atmósfera se calcula en unos 500 kilómetros. * La porción más próxima a la Tierra se denomina troposfera y su altura es de unos 12 kilómetros.

En la troposfera se producen los fenómenos atmosféricos; su composición es la siguiente: nitrógeno 79 %, oxígeno 10% y otros gases como el argón, criptón y neón, el 11%. * Sobre la troposfera, se encuentra la estratosfera. A los 100 kilómetros de altura, en dicha zona, se halla la región donde aparecen las estrellas fugaces, y a los 200 kilómetros se halla la región donde tienen lugar las auroras polares. • La luz del Sol, como toda la que emiten los cuerpos luminosos recorre 300.000 kilómetros por segundo. • El astro nos suministra la luz y el calor que son fuente de la vida terrestre. •

El calor que recibimos del Sol se propaga a la superficie terrestre. • Decimos que hay propagación cuando pasa directamente a través de la materia, como ocurre con las habitaciones caldeadas por el Sol. * Si la materia es líquida, el calor se propaga por convección. * Cuando la propagación se produce a través del vacío, se denomina radiación. * La conductibilidad del calor se caracteriza por un coeficiente de conductibilidad, que podemos definir diciendo, que es la cantidad de calor que en la unidad de tiempo atraviesa una unidad de superficie determinada. * El calor del Sol nos llega por radiación.

Los que practican deportes en la nieve, en días de mucho sol, saben que pueden andar sin abrigo, pues aunque el aire está a algunos grados bajo cero, el calor radiante que refleja la nieve mantiene el cuerpo caliente. • La radiación del calor se aprovecha en las nuevas instalaciones de calefacción mediante losas radiantes en contacto con cañerías en las paredes y techos, que las mantienen a temperaturas relativamente bajas.

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