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Radiação Solar

 

Radiação Solar

A atmosfera pode ser considerada uma gigantesca máquina térmica, alimentada pela energia externa oriunda do Sol (que fornece 99,97% da energia utilizada no sistema Terra - Atmosfera) e pelo campo gravitatório do interior da Terra. Se não considerarmos a quantidade de calor, comparativamente insignificante, que escapa do interior da Terra em virtude da radioatividade, podemos concluir que a quase totalidade do calor que a atmosfera recebe procede, direta ou indiretamente do Sol. Como a mesma não está aquecendo, nem resfriando, podemos concluir que a atmosfera irradia, em média, a mesma quantidade de energia calorífica que recebe do Sol.

Dizemos que um corpo está em equilíbrio radiante quando emite a mesma quantidade de energia que absorve. Se um corpo estiverem equilíbrio radiante e possuir fonte de energia constante, sua temperatura será constante. A razão pela qual a temperatura média terrestre permanece quase inalterada (aproximadamente 15°C) de ano para ano, é que ela está quase em equilíbrio radiante perfeito em relação ao seu ambiente circundante.

Remissão da energia solar é quase constante, radiando aproximadamente entre 1 % e 2%. Apesar dessas cifras serem muito pequenas, podem representar alterações marcantes na história climática do planeta. Essas modificações parecem ocorrer no decorrer de milhões de anos. A oscilação de emissão da energia solar deve-se, provavelmente, ao ciclo das manchas solares.

A energia radiante recebida do Sol chama-se insolação. Devido ao fato da órbita terrestre ser elíptica, a quantidade de insolação varia ligeiramente durante o ano, porém seu valor médio, conhecido pelo nome de constante solar, é de duas calorias por centímetro quadrado por minuto (2 cal/cm2/min). Esse número refere-se à energia radiante que incide sobre uma superfície, perpendicular aos raios solares, antes que ocorra qualquer perda ou absorção dessa energia ao atravessar a atmosfera (lembre-se: a variação da constante solar, quando ocorre, situa-se entre 1 % e 2%).

O padrão da distribuição da insolação é ligeiramente alterado sobre a superfície terrestre devido principalmente ao efeito da atmosfera: ela absorve, reflete, difunde e re-irradia a energia solar.

O comprimento de onda das radiações depende do corpo que emite energia. O Sol apresenta um brilho branco incandescente e a sua energia é denominada radiação de ondas curtas (ultravioleta). A Terra e a atmosfera se aquecera absorvendo radiação de ondas curtas. Em contrapartida, irradiam energia (em temperatura muito inferior à do Sol, naturalmente) e essa radiação é emitida em ondas longas (infravermelho).

A radiação da Terra e sua atmosfera é sentida muito mais corno calor do que vista como luz. Entre o momento em que é absorvida como radiação de ondas curtas e o momento em que é devolvida ao espaço corno radiação de ondas longas, a energia aquece a superfície terrestre, a atmosfera, e propulsiona a circulação do ar e da água no ciclo hidrológico.

A maneira como a atmosfera se comporta em relação às radiações de ondas curtas e longas controla, em grande parte, o seu intercâmbio de energia com a superfície terrestre. O vapor d'água e o gás carbônico absorvem uma parte da radiação solar de ondas curtas, mas absorvem muito mais as ondas longas, emitidas pela Terra. De fato, o vapor d'água e o gás carbônico absorvem a maioria das radiações feitas pela superfície terrestre.

Esses gases re-emitem radiação de modo que parte da energia perdida pela superfície lhe é devolvida. Assim, a superfície terrestre recebe energia tanto do sol, quanto da atmosfera. A atmosfera funciona como um manto invisível que protege a superfície terrestre mantendo-a aquecida, retendo e devolvendo parte da energia que flui da superfície.

As variações quanto ao volume de energia recebida dependem de alguns fatores. Aqui serão destacados os principais.

1°)Variações na constante solar

2°)Latitude

A altitude do Sol, que é o ângulo entre se s raios e uma tangente à superfície no ponto de observação, é um dos principais fatores que determina o montante de energia solar recebida. Quanto mais perpendiculares são os raios, mais intensos se apresentam. Assim, na linha do Equador, onde a latitude é zero, os raios são perpendiculares (maior altitude do Sol) e a insolação atinge seus níveis máximos. Nas regiões polares, ao contrário, onde os raios penetram inclinados, há uma maior dispersão da energia pela superfície onde a mesma se distribui. Resumindo: a temperatura diminui do Equador para os pólos, ou seja, quanto maior a latitude, menor a temperatura.

Essa troca de energia se dará através da circulação atmosférica (ventos) e correntes marítimas, principalmente. Na verdade, os ganhos e perdas totais, praticamente se compensam; assim essa troca de energia (calor) deve transferir-se das baixas para as altas latitudes, com o objetivo de se estabelecer o balanço térmico global. É, como foi explicado, precisamente em virtude desse processo de transferência de calor que a atmosfera produz os ventos primários e os sistemas de tempo sobre a Terra.

3°) Período do ano

A órbita da Terra, em torno do Sol é, como você sabe, elíptica. Dessa forma, há uma época em que a Terra está mais próxima do Sol (periélio) e, portanto, a insolação será maior, e uma época em que nosso planeta está mais distante do mesmo (afélio) e apresentará uma radiação menor. A diferença entre esses períodos, no que diz respeito à insolação pode atingir a cifra de até 7%.

4°) Duração dos dias

Há uma diferença marcante na duração dos dias entre os dois hemisférios da Terra. Isso se deve à diferença de estações do ano (solstícios, equinócios e inclinação do eixo terrestre) e à latitude. Evidentemente, o hemisfério que estiver voltado para o Sol (verão) apresentará dias mais longos e, conseqüentemente maior insolação.

Há, portanto, como se pode nitidamente comprovar, uma distribuição desigual da insolação.

Quando foram apresentadas as camadas da atmosfera, ficou evidente que os gases, as partículas sólidas e vapor d'água, que a compõem, são alguns dos elementos responsáveis pela maior ou menor difusão ou reflexão do calor e luz que os raios solares enviam à Terra.

O Terra-Atmosfera absorve, aproximadamente, 66% da energia emitida pelo Sol. Os restantes, 34% são refletidos de volta ao espaço, sem serem absorvidos. Dos 66% que ingressam no Sistema Terra-Atmosfera, apenas 47% são absorvidos pela superfície terrestre. O sistema energético global Terra-Atmosfera é, portanto, positivo: o percentual de energia absorvida é superior ao de energia refletida. A atmosfera apresenta balanço negativo (absorve 17% e reflete 30%), enquanto a Terra apresenta balanço positivo (absorve 47% e reflete 6%). Isso demonstra que a Terra é uma fonte de calor para a atmosfera. Assim, a irradiação do calor da Terra aquece a troposfera (baixa atmosfera) mais do que a radiação direta do Sol.

A Terra não absorve a energia de forma homogênea, como já foi visto. Outro fator importantíssimo, também, vai influenciara maior ou menor absorção de calor na superfície do planeta: a distribuição desigual entre as terras emersas e de águas.

É preciso três a cinco vezes mais energia para elevar de 1°C a temperatura de um grama de água, do que para fazer o mesmo com um grama de solo.

Assim, água e solo apresentam uma diferença em seu calor específico. A água, sendo relativamente transparente à radiação solar, permite a penetração dos raios solares até aproximadamente 30 metros de profundidade. Vai poder reter esse calor por mais tempo. A superfície do solo, em contrapartida, sendo opaca, concentra toda a energia recebida em uma camada pouco profunda. Vai apresentar, portanto, um aquecimento muito mais rápido do que a água, uma vez que nessa o efeito calorífico se distribui em uma espessura muito maior. Num processo inverso, a estreita camada do solo pode irradiar e conduzir o calor muito mais rapidamente do que a espessa capa de água do planeta.

Outro fator importante no processo radiação – absorção – irradiação) da superfície do planeta (água e partes sólidas) está ligado ao albedo das diferentes áreas da superfície terrestre.

Albedo é a capacidade de reflexão da radiação solar, sem que ocorra absorção. Cada área do planeta apresenta um albedo específico, medido em porcentagem. Você pode deduzir que as áreas claras refletem mais radiação solar, portanto apresentam albedo maior. As áreas escuras absorvem mais o calor, portanto possuem albedo menor. A energia refletida pela atmosfera (não penetra na atmosfera terrestre) pode ser medida, também, e é chamada de "albedo planetário".

 

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