Republica Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educación

U. E. C. El Santuario

Grado: 5to C

La radiación solar y el intercambio

energético del planeta

Alumno: Andrea Carrillo

Fecha: 09- 02- 2012

La Radiación Solar

Radiación solar es el conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol. El Sol se comporta prácticamente como un cuerpo negro el cual emite energía siguiendo la ley de Planck a una temperatura de unos 6000 K. La radiación solar se distribuye desde el infrarrojo hasta el ultravioleta. No toda la radiación alcanza la superficie de la Tierra, porque las ondas ultravioletas más cortas, son absorbidas por los gases de la atmósfera fundamentalmente por el ozono. La magnitud que mide la radiación solar que llega a la Tierra es la irradiación, que mide la energía que, por unidad de tiempo y área, alcanza a la Tierra.

Efectos de la Radiación Solar sobre los gases atmosféricos:

La atmósfera es diatérmana es decir, que no es calentada directamente por la radiación solar, sino de manera indirecta a través de la reflexión de dicha radiación en el suelo y en la superficie de mares y océanos.

Los fotones según su energía o longitud de onda son capaces de:

Fotoionizar la capa externa de electrones de un átomo (requiere una longitud de

onda de 0,1 micra).

Excitar electrones de un átomo a una capa superior (requiere longitudes de onda

entre 0,1 de micra y 1 micra).

Disociar una molécula (requiere longitudes de onda entre 0,1 de micra y 1 micra).

Hacer vibrar una molécula (requiere longitudes de onda entre 1 micra y 50 micras).

Hacer rotar una molécula (requiere longitudes de onda mayores que 50 micras).

La energía solar tiene longitudes de onda entre 0,15 micras y 4 micras por lo que puede ionizar un átomo, excitar electrones, disociar una molécula o hacerla vibrar.

La energía térmica de la Tierra (radiación infrarroja) se extiende desde 3 micras a 80 micras por lo que sólo puede hacer vibrar o rotar moléculas, es decir, calentar la atmósfera.

Radiación solar en el planeta tierra:

La mayor parte de la energía que llega a nuestro planeta procede del Sol. El Sol emite energía en forma de radiación electromagnética. Estas radiaciones se distinguen por sus diferentes longitudes de onda. Algunas, como las ondas de radio, llegan a tener longitudes de onda de kilómetros, mientras que las más energéticas, como los rayos X o las radiaciones gamma tienen longitudes de onda de milésimas de nanómetro.

La energía que llega al exterior de la atmósfera lo hace en una cantidad fija, llamada constante solar. Esta energía es una mezcla de radiaciones de longitudes de onda entre 200 y 4000 nm, que se distingue entre radiación ultravioleta, luz visible y radiación infrarroja.

Radiación ultravioleta

Es la radiación ultravioleta de menor longitud de onda (360 nm), lleva mucha energía e interfiere con los enlaces moleculares. Especialmente las de menos de 300 nm que pueden alterar las moléculas de ADN, muy importantes para la vida. Estas ondas son absorbidas por la parte alta de la atmósfera, especialmente por la capa de ozono. Es importante protegerse de este tipo de radiación ya que por su acción sobre el ADN está asociada con el cáncer de piel. Sólo las nubes tipo cúmulos de gran desarrollo vertical atenúan éstas radiaciones prácticamente a cero. El resto de las formaciones tales como cirrus, estratos y cúmulos de poco desarrollo vertical no las atenúan, por lo cual es importante la protección aún en días nublados. Es importante tener especial cuidado cuando se desarrollan nubes cúmulos, ya que éstas pueden llegar a actuar como espejos y difusores e incrementar las intensidades de los rayos ultravioleta y por consiguiente el riesgo solar. Algunas nubes tenues pueden tener el efecto de lupa.

Luz visible

La radiación correspondiente a la zona visible cuya longitud de onda está entre 360 nm (violeta) y 760 nm (rojo), por la energía que lleva, tiene gran influencia en los seres vivos. La luz visible atraviesa con bastante eficacia la atmósfera limpia, pero cuando hay nubes o masas de polvo parte de ella es absorbida o reflejada.

Radiación infrarroja

La radiación infrarroja de más de 760 nm, es la que corresponde a longitudes de onda más largas y lleva poca energía asociada. Su efecto aumenta la agitación de las moléculas, provocando el aumento de la temperatura. El CO2 , el vapor de agua y las pequeñas gotas de agua que forman las nubes absorben con mucha intensidad las radiaciones infrarrojas.

La atmósfera se desempeña como un filtro ya que mediante sus diferentes capas distribuyen la energía solar para que a la superficie terrestre sólo llegue una pequeña parte de esa energía. La parte externa de la atmósfera absorbe parte de las radiaciones reflejando el resto directamente al espacio exterior, mientras que otras pasarán a la Tierra y luego serán irradiadas. Esto produce el denominado balance térmico, cuyo resultado es el ciclo del equilibrio radiante.

Intercambio energético del planeta

Puesto que se ha comprobado que la temperatura del sistema tierra-atmósfera, unos 15 grados centígrados, no ha variado sensiblemente en los últimos tiempos; y ya que la energía recibida del Sol es una constante, nuestro planeta debe de perder una cantidad igual de energía que la recibida.

A este intercambio de energía se le conoce como balance energético espacio-tierra-atmósfera. Demos a la radiación solar incidente de onda corta que llega a nuestra atmósfera un valor de 100 unidades. Entre el ozono estratosférico, el vapor de agua, el dióxido de carbono y las nubes, se produce una absorción de 18 unidades. Las nubes, a su vez, reflejan radiación hacia el espacio, por valor de 24 unidades, y el resto de partículas atmosféricas reflejan otras 7. Por tanto, la energía que llega al suelo, bien directa o indirectamente es de 47 unidades; de las cuales, los distintos componentes de la superficie terrestre reflejan una media de 4. 

La superficie de la Tierra transforma la energía solar en radiación de onda larga -calorífica-, que al emitirla hacia el espacio, a la temperatura de 15 grados centígrados, le corresponden 114 unidades; de las cuales, 109 son absorbidas por el vapor de agua, el dióxido de carbono y las nubes, calentando así las capas bajas de la atmósfera. Esto supone que la troposfera se calienta por abajo, y no desde arriba como podíamos pensar en un primer momento; esta es la explicación del descenso de la temperatura con la altura en esta capa inicial atmosférica. Por tanto vemos que sólo 5 unidades de la energía que pierde la superficie terrestre se escapan directamente al espacio.

Nuestra envoltura gaseosa irradia también parte del calor recibido de la tierra hacia el espacio, 57 unidades, y devuelve hacia el suelo otras 96. Para completar el balance energético, tenemos que tener en cuenta la energía que se produce en los procesos internos de nuestro planeta y en los intercambios de calor entre la evaporación y condensación; con lo cual nos encontramos con otras 29 unidades. Además, si sumamos el albedo de nuestro planeta, “porcentaje de energía reflejada directamente por la superficie de la Tierra hacia el espacio”, 35 unidades, a la energía perdida al espacio por la atmósfera, 65 unidades, igualan a la recibida desde el Sol 100 unidades. La causa principal del rompecabezas meteorológico es el Sol y el movimiento de la Tierra posición respecto de él. Recordamos que nuestro planeta está dotado de dos movimientos astronómicos principales: 

- Movimiento de rotación, en 24 horas, efectuándose de Oeste a Este; provocando un movimiento aparente del Sol y los demás cuerpos celestes en sentido inverso.

- Movimiento de traslación alrededor del Sol, en algo más de 365 días. En este movimiento nuestro planeta describe una órbita elíptica, casi circular, estando el Sol en uno de los focos. Cuando nos encontramos más cerca de él -mes de enero- estamos a 147.7 millones de kilómetros, es el perihelio; y en el momento más alejado -mes de julio- la distancia es de 152.2 millones de kilómetros, es el afelio. 

Otro punto importante es la inclinación de 23º 27′ del eje imaginario de rotación terrestre con respecto a la eclíptica, o plano que forma nuestra órbita alrededor del Sol.

Todos estos movimientos provocan las estaciones, la sucesión de días y noches y las diferencias de temperatura consiguientes entre los distintos puntos de nuestro planeta, dando lugar a todos los fenómenos meteorológicos que conocemos.

Las Estaciones:

El año tiene cuatro estaciones primavera, verano, otoño e invierno. Las dos primeras componen el medio año en que los días duran más que las noches, mientras que en las otras dos las noches son más largas que los días.

La causa principal del rompecabezas meteorológico es el Sol y el movimiento de la Tierra posición respecto de él. Recordamos que nuestro planeta está dotado de dos movimientos astronómicos principales: 

- Movimiento de rotación, en 24 horas, efectuándose de Oeste a Este; provocando un movimiento aparente del Sol y los demás cuerpos celestes en sentido inverso.

- Movimiento de traslación alrededor del Sol, en algo más de 365 días. En este movimiento nuestro planeta describe una órbita elíptica, casi circular, estando el Sol en uno de los focos. Cuando nos encontramos más cerca de él -mes de enero- estamos a 147.7 millones de kilómetros, es el perihelio; y en el momento más alejado -mes de julio- la distancia es de 152.2 millones de kilómetros, es el afelio. 

Otro punto importante es la inclinación de 23º 27′ del eje imaginario de rotación terrestre con respecto a la eclíptica, o plano que forma nuestra órbita alrededor del Sol.

Todos estos movimientos provocan las estaciones, la sucesión de días y noches y las diferencias de temperatura consiguientes entre los distintos puntos de nuestro planeta, dando lugar a todos los fenómenos meteorológicos que conocemos.

A causa de la inclinación del eje de rotación, estas cuatro divisiones del año no se producen al mismo tiempo en ambos hemisferios, sino que están invertidas la una con relación a la otra; cuando aquí, por ejemplo, es verano, en el hemisferio austral es invierno.

Las estaciones están determinadas por cuatro posiciones principales, opuestas dos a dos simétricamente, que ocupa la Tierra durante su recorrido entorno al astro rey y que reciben el nombre de solsticios y equinoccios. El comienzo astronómico de las estaciones se produce cuando nuestro planeta alcanza alguno de esos puntos, la primavera comienza en el equinoccio de primavera, el 20 o 21 de marzo, durando hasta el solsticio de verano 21 o 22 de junio, momento de comienzo del verano -cuando el sol ilumina más nuestro hemisferio y más horas de luz hay-, que durará hasta el equinoccio de otoño - lo mismo que en el de primavera, la iluminación es igual en ambos hemisferios, doce horas de luz y doce de

oscuridad - el 23 o 24 de septiembre fecha de comienzo de esta estación, y, finalmente, cuando alcancemos el día el 21 o 22 de diciembre, solsticio de invierno, entraremos en esta estación -que es cuando menos horas de luz disfrutamos-. La causa de que las estaciones no principien siempre en el mismo momento, es debida a las perturbaciones que sufre la Tierra en su giro alrededor del Sol.