Bilancio energetico Sole-Terra

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In climatologia per bilancio energetico Sole-Terra si intende la stima dei valori di energia emanata dal Sole e assorbita o riflessa in vari modi dalla Terra.

Descrizione[modifica | modifica wikitesto]

Il Sole emette in tutte le direzioni dello spazio un flusso di energia la cui potenza è di circa 64 milioni Watt per metro quadrato (64 MW/m²). La Terra è investita da una frazione di tutta questa energia che al di sopra dell'atmosfera terrestre è stimata come valore medio di potenza in 1366 Watt per metro quadrato (1,366 kW/m²); questo valore è denominato costante solare. Di conseguenza, tenuto conto della superficie sferica del nostro pianeta, la potenza solare che viene indirizzata sulla Terra ha un valore di circa di 174 × 1015 watt, ossia di 174 milioni di gigawatt o meglio 174 peta watt (174 PW). In altri termini, l'energia luminosa arriva sulla Terra al ritmo di 174 milioni di gigajoule al secondo (174 milioni di giga watt ora (GWh) ogni ora). Si tratta di una quantità di energia di gran lunga superiore a quella complessivamente generata dall'uomo.

Vediamo il bilancio energetico Sole-Terra. In condizioni di equilibrio la quantità di radiazione ricevuta (il Sole a 6000 K emette fondamentalmente raggi a 0,5 µm, che sono lasciati passare dall'atmosfera) è bilanciata da una eguale quantità riemessa in due modi:

  • riflessione (circa il 30% del totale, prevalentemente dalle nubi e dalle superfici ghiacciate),
  • riemissione come radiazione di corpo nero (il restante 70%).

La radiazione non riflessa viene assorbita dall'atmosfera (17%), dalle nubi (8%) e dalla superficie terrestre e dai mari (45%), dove si trasforma in calore.

La Terra, riscaldata come visto dai raggi solari, riemette una radiazione elettromagnetica la cui lunghezza d'onda è legata alla temperatura dalla legge di Wien (come qualunque corpo caldo). Alla temperatura della superficie terrestre, circa 287 K, l'emissione è nel campo dei raggi infrarossi cioè con lunghezza d'onda di circa 10-15 micrometri.

L'atmosfera terrestre, che è trasparente alla luce visibile e all'infrarosso vicino, non lo è alla lunghezza d'onda di 10-15 micrometri, per cui solamente il 12% della radiazione riemessa (corrispondente al 9% rispetto alla radiazione solare entrante) riesce a sfuggire nel cosmo. Il resto viene assorbito dall'atmosfera stessa e la riscalda; a sua volta l'atmosfera riemette energia che in parte viene persa nello spazio.

La temperatura al suolo aumenta così fino a quando la quantità di radiazione che riesce a sfuggire compensa quella ricevuta dal Sole e nel corso di milioni di anni si è stabilizzata su valori che hanno permesso la vita: la temperatura media terrestre globale è di circa 15 °C, mentre, senza tale meccanismo, sarebbe di -20 °C.