Sinaran suria adalah pemboleh ubah meteorologi penting yang berfungsi untuk mengetahui jumlah "haba" yang akan kita terima dari matahari di permukaan bumi. Jumlah sinaran suria ini diubah oleh perubahan iklim dan pengekalan gas rumah hijau.
Sinaran suria boleh memanaskan permukaan tanah dan objek (termasuk diri kita sendiri) sambil hanya memanaskan udara. Tambahan pula, pembolehubah ini penting untuk menilai usaha kita dalam memerangi perubahan iklim. Ingin mengetahui semua tentang sinaran suria?
Sinaran suria melalui atmosfera
Apabila kita berada di pantai pada salah satu hari musim panas yang terik ini, kita berbaring untuk berjemur. Lebih lama kita berbantal, lebih banyak kita perasan badan kita menjadi panas dan suhu badan kita meningkat, sehinggalah kita perlu berendam atau mencari tempat teduh kerana kita terbakar matahari. Apa yang berlaku di sini, jika udaranya tidak begitu panas? Apa yang berlaku ialah sinaran matahari telah melalui atmosfera kita dan memanaskan badan kita tanpa memanaskan udara dengan ketara.
Sesuatu yang serupa dengan apa yang berlaku kepada kita dalam situasi ini berlaku di Bumi: Atmosfera hampir 'lutsinar' kepada sinaran suria, tetapi permukaan Bumi dan jasad lain di atasnya menyerapnya. Tenaga yang dipindahkan oleh Matahari ke Bumi dikenali sebagai tenaga sinaran atau sinaran. Sinaran bergerak melalui angkasa lepas dalam bentuk gelombang yang membawa tenaga. Bergantung pada jumlah tenaga yang dibawanya, ia dikelaskan mengikut spektrum elektromagnet. Kita mempunyai gelombang yang paling bertenaga, seperti sinar gamma, sinar-X dan ultraungu, serta gelombang yang kurang bertenaga, seperti inframerah, gelombang mikro dan gelombang radio.
Semua badan memancarkan sinaran
Semua jasad memancarkan sinaran mengikut suhu mereka. Ini dikawal oleh hukum Stefan-Boltzmann , yang menyatakan bahawa tenaga yang dipancarkan oleh jasad adalah berkadar terus dengan kuasa keempat suhunya. Inilah sebabnya mengapa Matahari, sekeping kayu yang terbakar, jasad kita sendiri, dan juga sekeping ais terus memancarkan tenaga.
Ini membawa kita kepada persoalan: mengapa kita dapat "melihat" sinaran yang dipancarkan oleh matahari atau sekeping kayu yang terbakar, tetapi bukan sinaran yang kita pancarkan sendiri, permukaan Bumi, atau sekeping ais? Ini sebahagian besarnya bergantung pada suhu yang dicapai oleh setiap objek , dan oleh itu, jumlah tenaga yang dipancarkannya. Semakin tinggi suhu sesuatu jasad, semakin besar jumlah tenaga yang dipancarkannya dalam gelombangnya, dan itulah sebabnya ia menjadi lebih kelihatan.
Matahari mempunyai suhu 6.000 K dan memancarkan sinaran terutamanya dalam spektrum yang boleh dilihat (biasanya dikenali sebagai gelombang cahaya). Ia juga memancarkan sinaran ultraungu (yang mempunyai lebih banyak tenaga dan oleh itu membakar kulit kita dengan pendedahan yang berpanjangan), dan selebihnya adalah sinaran inframerah, yang tidak dapat dilihat oleh mata manusia. Inilah sebabnya kita tidak dapat melihat sinaran yang dipancarkan oleh badan kita sendiri. Tubuh manusia berada pada suhu kira-kira 37 darjah Celsius, dan sinaran yang dipancarkannya terutamanya dalam julat inframerah.
Bagaimana sinaran suria berfungsi
Mengetahui bahawa objek sentiasa memancarkan sinaran dan tenaga mungkin menimbulkan persoalan lain: Mengapa objek tidak menyejuk secara beransur-ansur jika ia memancarkan tenaga dan sinaran? Jawapannya mudah: ia juga menyerap tenaga. Terdapat satu lagi hukum, iaitu hukum keseimbangan radiasi, yang menyatakan bahawa objek memancarkan jumlah tenaga yang sama seperti yang diserapnya. Inilah sebabnya mengapa objek dapat mengekalkan suhu yang malar.
Oleh itu, dalam sistem Bumi-atmosfera kita, satu siri proses berlaku di mana tenaga diserap, dipancarkan dan dipantulkan, supaya keseimbangan akhir antara sinaran yang sampai ke bahagian atas atmosfera dari Matahari dan yang terlepas ke angkasa lepas adalah sifar. Ini bermakna suhu tahunan purata kekal malar. Apabila sinaran suria memasuki Bumi, kebanyakannya diserap oleh permukaan Bumi. Sangat sedikit sinaran datang diserap oleh awan dan udara. Sinaran selebihnya dipantulkan oleh permukaan, gas dan awan dan dikembalikan ke angkasa lepas.
Jumlah sinaran yang dipantulkan oleh sesuatu objek berbanding sinaran datang dikenali sebagai 'albedo'. Oleh itu, kita boleh katakan bahawa sistem Bumi-atmosfera mempunyai purata albedo sebanyak 30%. Salji yang baru turun atau beberapa awan kumulonimbus dengan perkembangan menegak yang ketara mempunyai albedo hampir 90%, manakala gurun mempunyai kira-kira 25% dan lautan sekitar 10% (menyerap hampir semua sinaran yang sampai kepada mereka).
Bagaimana kita mengukur sinaran?
Untuk mengukur sinaran suria yang kita terima pada satu titik, kita menggunakan peranti yang dipanggil piranometer. Peranti ini terdiri daripada sensor yang tertutup dalam hemisfera lutsinar yang menghantar semua sinaran dengan panjang gelombang yang sangat pendek. Sensor ini mempunyai segmen putih dan hitam berselang-seli yang menyerap sinaran secara berbeza. Perbezaan suhu antara segmen ini dikalibrasi mengikut fluks sinaran (diukur dalam watt setiap meter persegi).
Anggaran jumlah sinaran suria yang kita terima juga dapat diperoleh dengan mengukur jumlah jam sinar matahari yang kita miliki. Untuk melakukan ini, kami menggunakan instrumen yang disebut heliograph. Ini dibentuk oleh sfera kaca yang berorientasi ke arah selatan geografi, yang bertindak sebagai kaca pembesar yang besar, memusatkan semua radiasi yang diterima pada titik pijar yang membakar pita kertas khas yang lulus dengan jam-jam sehari.
Sinaran suria dan peningkatan kesan rumah hijau
Sebelum ini kami telah menyebut bahawa jumlah sinaran suria yang masuk dan keluar dari Bumi adalah sama. Ini tidak sepenuhnya benar, kerana jika benar, suhu global purata planet kita ialah -88 darjah Celsius. Kita memerlukan sesuatu untuk membantu kita mengekalkan haba bagi mengekalkan suhu yang selesa dan boleh didiami yang membolehkan kehidupan di Bumi. Di sinilah kesan rumah hijau berlaku. Apabila sinaran suria mengenai permukaan Bumi, ia memantulkan hampir separuh daripadanya kembali ke atmosfera sebelum dibuang ke angkasa lepas. Kita telah membincangkan bagaimana awan, udara dan komponen atmosfera lain menyerap sebahagian kecil sinaran suria. Walau bagaimanapun, jumlah yang diserap ini tidak mencukupi untuk mengekalkan suhu yang stabil yang akan menjadikan planet kita boleh didiami. Bagaimanakah kita boleh hidup dengan suhu ini?
Gas rumah hijau ialah gas yang memerangkap sebahagian daripada haba yang dipancarkan oleh permukaan Bumi, menghalangnya daripada terlepas kembali ke atmosfera. Contoh gas rumah hijau termasuk wap air, karbon dioksida (CO2), nitrogen oksida, sulfur oksida dan metana. Setiap gas rumah hijau mempunyai kapasiti yang berbeza untuk menyerap sinaran suria. Lebih besar kapasitinya untuk menyerap sinaran, lebih banyak haba yang ditahannya dan dihalang daripada terlepas ke angkasa lepas.
Sepanjang sejarah manusia, kepekatan gas rumah hijau (terutamanya CO2) telah meningkat dengan stabil. Lonjakan ini sebahagian besarnya disebabkan oleh Revolusi Perindustrian dan pembakaran bahan api fosil dalam industri, pengeluaran tenaga dan pengangkutan . Pembakaran bahan api fosil seperti minyak dan arang batu menghasilkan pelepasan CO2 dan metana. Pelepasan yang semakin tinggi ini memerangkap sejumlah besar sinaran suria, menghalangnya daripada terlepas kembali ke angkasa lepas.
Ini dikenali sebagai kesan rumah hijau. Walau bagaimanapun, peningkatan kesan ini, yang kita panggil kesan rumah hijau, adalah tidak produktif , kerana apa yang kita lakukan ialah meningkatkan purata suhu global dengan lebih banyak lagi. Semakin tinggi kepekatan gas penyerap sinaran ini di atmosfera, semakin banyak haba yang akan ditahannya, dan oleh itu, semakin tinggi suhu akan meningkat.
Sinaran suria dan perubahan iklim
Pemanasan global terkenal di seluruh dunia. Kenaikan suhu ini kerana pengekalan sinaran matahari yang besar menyebabkan perubahan iklim global. Ini bukan hanya bermaksud bahawa suhu rata-rata planet ini akan meningkat, tetapi iklim dan segala yang diperlukan akan berubah.
Peningkatan suhu menyebabkan ketidakstabilan arus udara, jisim lautan, taburan spesies, penggantian musim, dan peningkatan kejadian cuaca ekstrem (seperti kemarau, banjir, taufan, dll.) . Oleh itu, untuk memulihkan keseimbangan radiasi kita dengan cara yang stabil, kita mesti mengurangkan pelepasan gas rumah hijau dan memulihkan iklim kita.
