Casi toda la energía que llega al planeta Tierra tiene su origen en el sol. Esa energía mueve el planeta, los fenómenos meteorológicos, las corrientes oceánicas y la distribución de los ecosistemas. Esta intensa radiación solar se origina en el núcleo del sol y acaba siendo enviada a la Tierra después de que la convección (el movimiento vertical de la energía) la aleje del núcleo del sol. La radiación solar tarda aproximadamente ocho minutos en llegar a la Tierra tras abandonar la superficie del sol.
Una vez que esta radiación solar llega a la Tierra, su energía se distribuye de forma desigual por el globo según la latitud. Cuando esta radiación entra en la atmósfera de la Tierra, golpea cerca del ecuador y desarrolla un excedente de energía. Como llega menos radiación solar directa a los polos, éstos, a su vez, desarrollan un déficit energético. Para mantener el equilibrio energético en la superficie de la Tierra, el exceso de energía de las regiones ecuatoriales fluye hacia los polos en un ciclo para que la energía se equilibre en todo el planeta. Este ciclo se denomina equilibrio energético Tierra-Atmósfera.
Radiación solar
La energía que la atmósfera de la Tierra recibe la radiación solar de onda corta se denomina insolación. Esta insolación es la entrada de energía responsable de mover los diversos sistemas Tierra-atmósfera, como el balance energético descrito anteriormente, pero también los fenómenos meteorológicos, las corrientes oceánicas y otros ciclos de la Tierra.
La insolación puede ser directa o difusa. La radiación directa es la radiación solar recibida por la superficie de la Tierra y/o la atmósfera que no ha sido alterada por la dispersión atmosférica. La radiación difusa es la radiación solar que ha sido modificada por la dispersión.
- La dispersión se produce cuando la insolación es desviada y/o redirigida al entrar en la atmósfera por el polvo, el gas, el hielo y el vapor de agua presentes en ella. Si las ondas de energía tienen una longitud de onda más corta, se dispersan más que las que tienen una longitud de onda más larga. La dispersión y su reacción con el tamaño de la longitud de onda son responsables de muchas cosas que vemos en la atmósfera, como el color azul del cielo y las nubes blancas.
- La transmisión es otra vía de radiación solar. Se produce cuando la energía de onda corta y de onda larga atraviesa la atmósfera y el agua en lugar de dispersarse al interactuar con los gases y otras partículas de la atmósfera.
- La refracción también puede producirse cuando la radiación solar entra en la atmósfera. Esta vía se produce cuando la energía pasa de un tipo de espacio a otro, como por ejemplo del aire al agua. Cuando la energía se desplaza desde estos espacios, cambia su velocidad y dirección al reaccionar con las partículas allí presentes. El cambio de dirección suele provocar que la energía se doble y libere los distintos colores de la luz que contiene, de forma similar a lo que ocurre cuando la luz pasa por un cristal o un prisma.
- La absorción es el cuarto tipo de camino de la radiación solar y es la conversión de energía de una forma en otra. Por ejemplo, cuando la radiación solar es absorbida por el agua, su energía se traslada al agua y aumenta su temperatura. Esto es común en todas las superficies absorbentes, desde la hoja de un árbol hasta el asfalto.
- La última vía de la radiación solar es la reflexión. Es cuando una parte de la energía rebota directamente al espacio sin ser absorbida, refractada, transmitida o dispersada. Un término importante que hay que recordar al estudiar la radiación solar y la reflexión es el albedo.
Albedo
El albedo se define como la calidad de reflexión de una superficie. Se expresa como un porcentaje de la insolación reflejada con respecto a la insolación entrante y el cero por ciento es la absorción total mientras que el 100% es la reflexión total.
En términos de colores visibles, los colores más oscuros tienen un albedo más bajo, es decir, absorben más insolación, y los colores más claros tienen un “albedo alto”, o tasas de reflexión más altas.
El ángulo del sol también influye en el valor del albedo y los ángulos solares más bajos crean una mayor reflexión porque la energía que llega desde un ángulo solar bajo no es tan fuerte como la que llega desde un ángulo solar alto. Además, las superficies lisas tienen un albedo más alto, mientras que las superficies rugosas lo reducen.
Al igual que la radiación solar en general, los valores del albedo también varían en todo el mundo con la latitud, pero el albedo medio de la Tierra se sitúa en torno al 31%. En las superficies situadas entre los trópicos (de 23,5°N a 23,5°S) el albedo medio es del 19-38%. En los polos, puede llegar al 80% en algunas zonas. Esto es el resultado del menor ángulo solar presente en los polos, pero también de la mayor presencia de nieve, hielo y aguas abiertas lisas, todas ellas áreas propensas a altos niveles de reflectividad.
En la actualidad, el albedo es una de las principales preocupaciones de los seres humanos en todo el mundo. A medida que las actividades industriales aumentan la contaminación del aire, la propia atmósfera se vuelve más reflectante porque hay más aerosoles que reflejan la insolación. Además, el bajo albedo de las ciudades más grandes del mundo crea a veces islas de calor urbanas que repercuten tanto en la planificación de las ciudades como en el consumo de energía.
La radiación solar también está encontrando su lugar en los nuevos planes de energía renovable, sobre todo en los paneles solares para la electricidad y los tubos negros para calentar el agua. Los colores oscuros de estos elementos tienen un albedrío bajo y, por tanto, absorben casi toda la radiación solar que incide sobre ellos, lo que los convierte en herramientas eficaces para aprovechar la energía del sol en todo el mundo.
Sin embargo, independientemente de la eficiencia del sol en la generación de electricidad, el estudio de la radiación solar y el albedo es esencial para comprender los ciclos climáticos de la Tierra, las corrientes oceánicas y la ubicación de los diferentes ecosistemas.