¿Qué es el balance energético de la Tierra?

 La atmósfera es clave en el mantenimiento del balance energético de la Tierra, entre la recepción de la radiación solar y la emisión de radiación infrarroja devolviendo al espacio la misma energía que recibe del Sol.

La energía solar.

La energía solar es una energía renovable, obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol. La radiación solar que alcanza la Tierra ha sido aprovechada por el ser humano desde la Antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han ido evolucionando. Hoy en día, el calor y la luz del Sol puede aprovecharse por medio de diversos captadores como células fotovoltaicas, helióstatos o colectores térmicos, pudiendo transformarse en energía eléctrica o térmica. 

Distribución de la energía solar.

La energía del Sol que llega a la atmósfera se distribuye de la siguiente manera:

1. Una parte es reflejada por las nubes, partículas atmosféricas y superficie terrestre: se le llama el albedo, el porcentaje aproximado es del 28%.
2. Otra parte es absorbida por la atmosfera: por la capa de ozono, partículas, nubes y por el vapor de agua., aproximadamente un 25%.
3. El resto (un 47%) lo absorbe la superficie terrestre (océanos y continentes y una pequeña parte se emplea en la fotosíntesis de las plantas).

La superficie terrestre, vuelve a liberar la energía absorbida en forma de radiación de onda larga.

El espectro electromagnético.

El Sol emite energía en un amplio espectro de longitudes de onda, que se miden en nanómetros (nm).

Bandas del espectro magnético: se divide en segmentos o bandas, aunque esta división es inexacta. Existen ondas que tienen una frecuencia, pero varios usos, por lo que algunas frecuencias pueden quedar en ocasiones incluidas en dos rangos.

Estas bandas son:

1. Rayos gamma
2. Rayos X
3. Ultravioleta extremo
4. Ultravioleta cercano
5. Espectro visible
6. Infrarrojo cercano
7. Infrarrojo medio
8. Infrarrojo lejano o submilimétrico
9. Microondas
10. Radio ultra alta frecuencia
11. Radio muy alta frecuencia
12. Radio onda corta
13. Radio onda media
14. Radio onda larga
15. Radio muy baja frecuencia

El sol emite en longitudes de onda más largas que el límite del visible en forma de radiación infrarrojo (IR) y las longitudes de onda más corta que las de la luz visibles que emiten serian radiación ultravioleta (UV).

La longitud de onda de emisión de un objeto depende de su temperatura:

A mayor temperatura, menor longitud de onda

La tierra al ser más fría emite la mayor parte de su radiación en forma de radiación infrarroja (más larga).

Cuando un objeto absorbe y emite energía en igual proporción, su temperatura permanece constante.

Por lo tanto, una parte de la radiación infrarroja emitida por la Tierra es absorbida por los gases de efecto invernadero en la atmosfera y parte vuelve a ser devuelta a la superficie de la Tierra, el efecto de los gases de efecto invernadero es aumentar la temperatura media de la superficie terrestre.

El continuo aumento de gases de efecto invernadero, sobre todo CO2 por la actividad industrial puede tener un grave efecto sobre el clima global.

El balance térmico de la Atmósfera.

Los aspectos a destacar son los siguientes:

1. La energía del sol penetra en la atmósfera, esta energía se debe liberar de nuevo al espacio ya que si se almacenase toda esta energía en el sistema la tierra se recalentaría.
2. La radiación recibida es devuelta como radiación terrestre produciendo el llamado balance térmico o balance de radiación.

Las proporciones serian:

De cada 100 unidades de energía que ingresan en la atmósfera:

1. 51 son absorbidas por la tierra
2. 19 por la atmósfera
3. 30 reflejadas nuevamente al espacio

Las 70 (51 + 19) del sistema Tierra-atmósfera se devuelven al espacio como radiación de onda larga.

Transporte de calor.

El calor se transmite por conducción, convección y advección, se trata de procesos afectan la temperatura de la atmósfera cercana a la superficie terrestre:

1. Conducción es el proceso por el cual se transmite el calor a través de la materia. El calor es conducido de un objeto más caliente a uno más frío.
2. Convección se produce cuando la materia está en movimiento. El aire que se calienta a través de la superficie terrestre y se eleva al ser más ligero que el aire ambiente, transfiriendo calor verticalmente.
3. Advección es transferencia de calor que se produce principalmente por el movimiento horizontal.

Gradiente ambiental/atmosférico.

El perfil de la temperatura del aire ambiental muestra el gradiente vertical atmosférico:

1. Los factores meteorológicos son muy importantes, aunque lo normal es que la temperatura disminuya con la altura
2. La temperatura del aire circundante determina el grado en que una masa de aire se eleva o desciende.
3. Cuando la temperatura aumenta con la altitud se produce el fenómeno conocido como: inversión térmica, (este aspecto se desarrollará con detalle en post de: La dispersión de contaminantes). Aspecto muy relevante para la contaminación del aire ya que limita su circulación vertical de este.

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