La temperatura mitjana del planeta Terra és una conseqüència directa del seu balanç d’energia: si el planeta rep més energia de fora que la que desprèn, s’escalfarà. Al contrari, si desprèn més energia cap a fora de la que rep, es refredarà. Si la seva temperatura mitjana és constant, és perquè hi ha un equilibri entre l’energia que rep de fora i la que desprèn cap a l’espai exterior.
La comprensió d’aquest balanç és bàsic per entendre el canvi climàtic. En aquest capítol l’intentaré explicar.
L’energia que rep el planeta Terra
L’energia que rep de fora el planeta Terra ve del Sol.
Primer de tot, hem de definir la “constant solar”. Es tracta de la intensitat d’energia solar que arriba verticalment sobre un cercle del mateix diàmetre que la Terra i situat a l’alta atmosfera. Actualment, aquesta constant és d’uns 1370 watts/m2.
Ara bé, aquesta energia s’ha de repartir sobre tota la superfície del planeta, que no és un cercle pla, sinó una esfera. I la superfície de l’esfera és de 4 ×π × R2 , on R és el diàmetre de la Terra. Es a dir, sobre una superfície quatre vegades més important que la del cercle del que hem parlat abans. Així doncs, el promig de cada punt de la Terra rep una energia de 342 watts/m2.
Aquest és només un promig: els pols en reben menys, l’equador més. De nit no es rep res, de dia es rep el doble.
Però això no és tot. Aquesta radiació no arriba pas tota a la superfície de la terra. Sempre en promig, d’aquests 342 watts/m2:
- 72 watts/m2 són reflectits cap a l’espai exterior pels núvols i 30 watts/m2 per la terra i el mar, és a dir, 102 watts/m2, un 30 % del total de l’energia rebuda, són reflectits directament cap a l’espai exterior.
- 70 watts/m2 són absorbits pels núvols, és a dir, un 20 % del total. Aquesta energia serveix per escalfar els núvols.
- la terra i el mar absorbeixen, doncs, uns 170 watts/m2, repartits de manera irregular, que va des dels 275 watts/m2 a les regions esclarissades de núvols del Sàhara i d’Aràbia, a només 75 watts/m2 a les illes bromoses de l’Artic (veure gràfic). Aquests 170 watts/m2 serveixen per escalfar la terra i el mar, i representen un xic menys del 50 % de l’energia solar rebuda pel planeta.
L’energia emesa pel planeta cap a l’espai
Però això no és tot. El planeta Terra, com qualsevol cos, emet calor cap a fora. Al segle XIX es va descobrir la llei de Stefan-Boltzmann, que permet calcular la quantitat de calor emesa per un cos. Aquesta quantitat de calor és proporcional a la temperatura absoluta del cos elevada a la quarta potència (s’entén per temperatura absoluta la temperatura mesurada en graus centígrads a la que hi hem d’afegir 273 graus)
Així doncs, la Terra, que té una temperatura mitjana de 14ºC, emet cap a l’exterior una energia de 390 watts/m2.
A més d’aquesta energia, el fet que una part de l’aigua s’evapori i vagi cap a l’atmosfera, fa que el la superfície del planeta perdi un promig de 104 watts/m2 per l’evaporació de l’aigua.
Si tota aquesta energia es perdés cap a l’espai exterior, la Terra es refredaria, ja que perderia més energia que la que rep: estaríem tots ben congelats. Però una bona part d’aquesta energia no es perd. Els núvols i l’atmosfera fan de pantalla i tornen cap a la terra i el mar 324 watts/m2, deixant escapar cap a fora només 240 watts/m2.
Balanç
Si fem un balanç entre l’energia que arriba al planeta directament del sol (342 watts/m2) i la que el planeta desprèn (102 reflectits pels núvols i la superfície + 40 que venen directament de la superfície + 200 emesos pels núvols i l’atmosfera) veiem que és un balanç equilibrat.
El balanç entre l’energia que arriba a la superfície i la que en surt també és equilibrat: hi arriben 170 watts/m2 del sol i 324 dels núvols i de l’atmosfera, que sumen 494 watts/m2. En surten 104 per l’evaporació de l’aigua i 390 que irradia degut a la seva temperatura de 14ºC, que fan un total de 494 watts/m2.
Mentre aquests balanços siguin equilibrats, la temperatura mitjana serà constant.
Efecte hivernacle
El fet que els núvols i l’atmosfera només deixin passar 240 watts/m2 dels 390 emesos per la superfície de la terra i dels 104 de l’evaporació de l’aigua, fa que els núvols i l’atmosfera es comportin com una pantalla aïllant que no permet que la superfície es refredi massa: és l’efecte hivernacle.
Albedo
Aquesta paraula també és important. Es defineix com el factor de reflexió dels cossos celestes sense llum pròpia. L’albedo promig de la Terra és del 30 %. En efecte, hem vist que la superfície de la Terra i els núvols reflecteixen 102 watts/m2 dels 342 que rep del sol, el que fa un 30 %.
Si la superfície del planeta estigués coberta de neu, l’albedo augmentaria, i contribuiria a refredar la Terra. Al revés, si la neu es fon, l’albedo disminueix i la superfície da la Terra s’escalfa. L'efecte de l'albedo sobre el clima és doncs un efecte acumulatiu.
En resum
Així, doncs, el clima global del planeta pot variar si hi ha:
- variació de la radiació del sol
- variació de l’energia reflectida: pot variar si canvia la cobertura nuvolosa de la terra, o si varia l’albedo (quantitat de glaç, canvi de la superfície dels boscos, etc)
- variació de l’energia total absorbida per la terra i el mar, per exemple, si l’efecte hivernacle es modifica.
Al capítol següent veurem com varia la radiació del sol.
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada