BALANCE ENERGÉTICO DEL PLANETA TIERRA

La Tierra, para mantenerse térmicamente estable a lo largo del tiempo debe ser capaz de evacuar, en término medio, toda la energía recibida en forma de radiación, la que se distingue entre radiación ultravioleta, luz visible y radiación infrarroja. Existen unos mecanismos reguladores que efectúan dicha tarea de diferentes maneras.De la energía solar que llega a la Tierra, en forma de radiación de onda corta, el 31.30% es reflejada de nuevo al espacio por las nubes, la superficie y el aire (albedo terrestre). El calor que logra alcanzar la Tierra es devuelto por las noches al espacio, en forma de radiación de onda larga (radiación infrarroja). Sin embargo, ciertos gases como el vapor de agua y el dióxido de carbono reflejan parte de esta radiación de nuevo a la superficie.

La atmósfera se calienta desde abajo, y no desde arriba como a primera vista podría pensarse, esto explica que se produzca un descenso de temperatura en la tropósfera a medida que aumenta la altitud.

Algunos gases de la atmósfera, como vapor de agua y CO2, son importantes absorbedores de radiación infrarroja. El vapor de agua absorbe aproximadamente cinco veces más radiación infrarroja que todos los otros gases combinados; contribuyendo a elevar la temperatura de la baja tropósfera. Sin embargo, la región llamada “ventana atmosférica”, ubicada en una longitud de onda, comprendida entre 8 y 10 micras, no absorbe radiación dejándola escapar al espacio exterior. Entonces, la atmósfera es transparente a la radiación de onda corta del Sol, pero absorbe la radiación terrestre de onda larga. Por lo tanto, la atmósfera no es calentada por la radiación solar, sino que se calienta del suelo hacia arriba.

La atmósfera irradia también calor hacia arriba del mismo modo que lo hace la Tierra, que se pierde en el espacio, y hacia abajo, siendo reabsorbido por ésta. Tales intercambios suponen la devolución al espacio de una cantidad de calor igual a la que efectivamente se recibe, hecho que permite mantener el equilibrio térmico del planeta.

La temperatura media del planeta Tierra es una consecuencia directa de su balance de energía: si el planeta recibe más energía que la que desprende, se calentará. Por el contrario, si desprende más energía que la que recibe, se enfriará. Si su temperatura media permanece constante indica que hay un equilibrio entre la energía que recibe y la que desprende el espacio exterior.

El Sol es el responsable de toda la energía que alcanza la superficie de la Tierra. El Sol emite radiación que se puede considerar de onda corta y que prácticamente traspasa la atmósfera casi sin problemas. La Tierra intercepta una energía del Sol que en la parte superior de la atmósfera vale 1,366 W/m 2 (constante solar). Sin embargo sólo intercepta energía la sección de la Tierra que mira al Sol mientras que la emite toda la superficie terrestre, así que hay que dividir la constante solar entre 4 lo que nos lleva a 342 W/m 2.

 Este valor no es más que una media: los polos reciben menos, el ecuador recibe más. De noche no se recibe nada, de día se recibe el doble. Se recibe menos al amanecer y al atardecer que al mediodía.

Pero no toda esta radiación solar llega a la superficie de la Tierra. Siempre como media, estos 342  W/m 2 se reparten de la manera siguiente: De esa energía, 77 W/m 2 es reflejada por las nubes o difundida por el aire hacia el espacio y 30 W/m 2 es reflejada hacia el espacio por la superficie terrestre. Así que 107 W/m 2 se pierden en el espacio por el albedo terrestre. El albedo es 0,313 así que se pierden en el espacio 0,313*342=107 W/m 2. Por lo que quedan 342-107=235 W/m 2 que son los que penetran en la atmósfera.

La atmósfera absorbe un 19,5% de la radiación corta que corresponde a 67 W/m 2, llegan a la superficie de la Tierra, por tanto, unos 168 W/m 2   en promedio. Su reparto es muy irregular, y va desde los 275 W/m 2  en las regiones con pocas nubes del Sahara y de Arabia, hasta los solamente 75 W/m 2  en las regiones brumosas del Ártico. Estos 168 W/m 2    sirven para calentar la tierra y el mar, y representan algo menos del 50 % de toda la energía solar recibida por el planeta.

Balance de radiación corta

Por la parte superior de la atmósfera se pierde  107 W/m 2 de la radiación corta (30 reflejados por el suelo y 77 reflejados por las nubes o difundidos por el aire) Por ello entran en la atmósfera 235 W/m 2 .La atmósfera absorbe  67 W/m 2   de la radiación corta y la superficie de la Tierra absorbe  168 W/m 2 . (100 W/m 2 reflejado por las nubes o difundido por el aire y 68 como radiación directa absorbida por la superficie terrestre).

La energía emitida por el planeta hacia el espacio

La Tierra, como todo cuerpo caliente, emite radiación, pero al ser su temperatura mucho menor que la solar, emite radiación infrarroja de una longitud de onda, mucho más larga que la incidente y que interacciona con los gases de efecto invernadero de la atmósfera. Más del 75% del calor capturado por la atmósfera, puede atribuirse a la acción de los gases de efecto invernadero. La atmósfera transfiere la energía recibida tanto hacia el espacio (37,5%) como hacia la superficie de la Tierra (62,5%); la cantidad transferida en cada dirección depende de la estructura y densidad de la atmósfera. Al recibir la superficie de la Tierra, de la atmósfera más energía que la proveniente del Sol, la temperatura de la superficie puede alcanzar en promedio los 14 °C.La superficie de la tierra por estar caliente irradia a la atmósfera radiación térmica por valor de 114% de la radiación solar incidente, es decir, 390 W/m 2, de ellos 40 W/m 2  van directamente al espacio y el resto, 350 W/m 2   , son absorbidos por la atmósfera. Adicionalmente irradia a la atmósfera 102 W/m 2  (78 W/m 2 por la evaporación del agua y 24 W/m 2 por convección y turbulencia del aire atmosférico).

La atmósfera absorbe de la radiación solar incidente  452 W/m 2 (350+78+24) y como todo cuerpo caliente emite radiación térmica, emite el 151,7% de la radiación solar incidente es decir 519 W/m 2 y lo hace irradiando hacia el suelo el 94,7% de la radiación solar incidente es decir 324 W/m 2 (mientras hacia el espacio irradia el 57% de la radiación solar incidente es decir 195 W/m 2 (165 irradiados por la atmósfera y 30 por la nubes).

Balance de radiación infrarroja o larga

Por la parte superior de la atmósfera se irradia  235 W/m 2 (195 por la atmósfera y nubes y 40 por el suelo). Como el albedo expulsaba un 31,3% de la energía por esta superficie sale el 100% y el sistema Tierra-atmósfera no se calienta.

A nivel de atmósfera se pierde un 67 W/m 2 de la energía en onda larga (452 absorbidos por la atmósfera y 519 perdidos que corresponden 195 irradiados por atmósfera y nubes y 324 irradiados por el suelo), pero como la atmósfera ganaba 67 W/m 2 de energía en onda corta queda equilibrada.

A nivel de la superficie terrestre se pierde en energía de onda larga 492 W/m 2 (40 radiados al espacio, 350 a la atmósfera, 24 por convección y 78 por evaporación) y como la superficie terrestre ganaba también 492 W/m 2 (168 de onda corta y 324 radiados por la atmósfera) queda también equilibrada.

Fuente: Wikipedia