Transferencia de radiación solar: absorción, reflexión y dispersión

Publicado el 30 septiembre, 2020

Radiación entrante

Ahh, radiación solar. Nada se siente mejor que el calor del sol brillando mientras te relajas en la playa. La radiación solar no solo mantiene el clima de nuestro planeta habitable para sus habitantes, sino que también es la fuerza impulsora detrás de la fotosíntesis, el ciclo del agua y muchos otros procesos que hacen que la Tierra sea habitable para los seres vivos que la llaman hogar.

Pero no toda la radiación emitida por el Sol llega a la superficie de la Tierra. Parte se absorbe, pero gran parte se refleja en la superficie o se dispersa en la atmósfera. ¡Esto es realmente algo bueno, dado que ‘demasiada’ radiación dejaría al planeta sin vida!

Tierra reflectante

Cualquier objeto que pueda absorber radiación también reflejará parte de esa radiación. Esta es la razón por la que, desde el espacio, la Tierra parece brillante y resplandeciente, reflejando parte de la luz del Sol. El albedo de la Tierra , la cantidad de radiación reflejada, es aproximadamente el 30% de la radiación entrante total del Sol. El otro 70% de la radiación se absorbe. La radiación reflejada simplemente rebota en la atmósfera terrestre y se vuelve a emitir al espacio.

Todos los objetos tienen algún grado de albedo, excepto los objetos teóricos de cuerpo negro , que absorben el 100% de la radiación que reciben y no reflejan ninguna, por lo que parecen ser negros. Un agujero negro sería uno de esos objetos, ya que su gravitación es tan fuerte que ninguna radiación puede escapar de él, y mucho menos reflejarse.

Absorción

La mayor parte de la radiación que recibe la Tierra es absorbida directamente por la tierra y el agua. Pero parte de ella se refleja en las nubes o el hielo, haciendo rebotar la radiación fuera de la atmósfera. Los diferentes materiales absorben diferentes cantidades de radiación, al igual que los diferentes colores de los materiales. Probablemente haya escuchado que es mejor usar colores claros en un día caluroso y soleado que usar colores oscuros, ya que los colores oscuros absorben más calor que los colores claros. Las capas de nieve, por ejemplo, reflejan más radiación que las rocas.

Pero no todo el albedo reflejado se pierde en el espacio. Algunas de las longitudes de onda más largas , por ejemplo, la radiación infrarroja o térmica, permanecen en la atmósfera, proporcionando una capa de calor acogedora y aislante. Los gases de la atmósfera terrestre proporcionan ese aislamiento porque algunos de ellos son gases de efecto invernadero , gases que absorben y atrapan la radiación infrarroja, que incluyen vapor de agua y dióxido de carbono. Cuantos más gases de efecto invernadero hay en la atmósfera, más calor queda atrapado y más cálida tiende a ser la atmósfera.

Dispersión

No todos los gases de la atmósfera terrestre son buenos para absorber la radiación entrante. Muchos de ellos son responsables de dispersar la radiación entrante, particularmente las ondas de luz, haciendo que reboten en las moléculas en múltiples direcciones. El tamaño de la molécula de gas puede influir en el tamaño de las longitudes de onda que esos gases pueden dispersar. Por ejemplo, el oxígeno y el nitrógeno son dos de los gases más abundantes en la atmósfera y son de tamaño relativamente pequeño, en comparación con algunos de los compuestos más grandes de la atmósfera, como el agua y el dióxido de carbono. El oxígeno y el nitrógeno tienden a dispersar longitudes de onda de luz más cortas: luz azul y violeta. Nuestros ojos no ven la luz violeta tan fácilmente como la azul, por eso el cielo es azul en un día soleado.

Pero, ¿qué pasa con los espectaculares naranjas y rojos del atardecer? Cuando la posición relativa del sol desciende en el horizonte, la radiación que emite golpea la atmósfera en un ángulo menor, lo que hace que la luz entrante tenga que atravesar una mayor parte de la atmósfera antes de llegar a los ojos. Esto hace que se disperse más luz, particularmente en el rango amarillo y naranja de las longitudes de onda de la luz. Curiosamente, cuantos más aerosoles o partículas atmosféricas estén presentes en la atmósfera, más rojizas aparecerán las puestas de sol.

Resumen de la lección

La radiación solar, que incluye ondas de calor infrarrojas y ondas de luz visible, es absorbida principalmente por la atmósfera terrestre. Pero debido a la reflectividad de la Tierra, o albedo , parte de esa radiación rebota en la atmósfera terrestre. El resto es absorbido por la tierra y los océanos, se refleja hacia arriba para quedar atrapado por los gases de efecto invernadero , que aíslan el planeta, o es esparcido por otros gases que componen la atmósfera.

La dispersión se produce cuando las ondas de luz rebotan en las moléculas de gas, que pueden producir diferentes colores según los aerosoles o las partículas atmosféricas involucradas, y dan como resultado amaneceres y atardeceres coloridos cuando el ángulo del Sol es más bajo en el horizonte. Estos principios de absorción, reflexión y dispersión permiten la cantidad óptima de calor y luz para que los animales que viven en la superficie, como nosotros, vivan cómodamente en la Tierra.

Términos clave

  • albedo: la cantidad de radiación reflejada por la luz del sol
  • cuerpo negro: objeto que absorbe el 100% de la radiación que recibe y no refleja nada, por lo que parece ser negro
  • infrarrojos: radiación de calor
  • gases de efecto invernadero: gases que absorben y atrapan la radiación infrarroja
  • Dispersión: el acto de ondas de luz que rebotan en moléculas de gas.
  • aerosoles: partículas atmosféricas que están presentes en la atmósfera

Cuantos más aerosoles haya en la atmósfera, más rojizos aparecerán los atardeceres.
radiación solar

Los resultados del aprendizaje

Aplique sus nuevos conocimientos sobre la transferencia de radiación solar a:

  • Describe la reflectividad de la Tierra.
  • Discutir la absorción y dispersión de la radiación solar en la Tierra.

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