L'effetto scudo dell'
atmosfera terrestre
sull'irraggiamento solare. L'immagine in alto e l'irradiazione solare annuale (o insolazione) nella parte superiore dell'atmosfera terrestre (TOA); l'immagine in basso mostra l'insolazione annuale che raggiunge la superficie terrestre dopo aver attraversato l'atmosfera. Notare che le due immagini utilizzano la stessa scala di colori.
La
radiazione solare
e l'
energia radiante
emessa dal
Sole
nello
spazio interplanetario
, generata a partire dalle
reazioni termonucleari
di
fusione
[1]
che avvengono nel
nucleo solare
e che producono
radiazioni elettromagnetiche
a varie
frequenze
o
lunghezze d'onda
, le quali si propagano poi nello spazio alle
velocita
tipiche di queste
onde
, trasportando con se
energia solare
. La quantita totale di radiazione emessa dal Sole nell'unita di tempo, nell'unita di superficie e misurata alle soglie esterne della
atmosfera
terrestre, come valore pressoche costante nel tempo, e detta
costante solare
.
Ogni forma di vita presente sulla
Terra
viene mantenuta dal flusso energetico solare che penetra nella
biosfera
.
[2]
L'
energia
utilizzata per la formazione ed il mantenimento della
biomassa
e l'1% della radiazione totale in arrivo. Lo scambio energetico della radiazione solare con le molecole terrestri, avra una influenza diretta sulla
temperatura dell'aria
e del terreno e quindi sul processo di
evapotraspirazione
(consiste nella quantita d'acqua che dal terreno passa nell'aria allo stato di vapore per effetto congiunto della traspirazione, attraverso le piante, e dell'evaporazione, direttamente dal terreno), e indirettamente sul valore di
umidita atmosferica
e sul movimento delle masse d'aria e delle
precipitazioni
.
Spettro
di radiazione solare alle soglie dell'
atmosfera terrestre
La radiazione solare non e concentrata su una singola frequenza, ma e distribuita su un ampio
spettro
di frequenze, in modo non uniforme, ma con la tipica forma "a campana", similmente allo spettro del
corpo nero
, col quale la sorgente solare e confrontata. Il massimo della radiazione, misurata fuori dall'atmosfera terrestre (in base alla
legge di Wien
), e centrato nella banda della
luce
visibile, che ha il picco alla lunghezza d'onda di circa 500
nm
, corrispondente al
colore
Ciano-Verde.
La banda delle
radiazioni fotosinteticamente attive
(PAR) va dai 400 ai 700 nm, corrisponde alla radiazione visibile ed e pari al 41% della radiazione totale. All'interno del PAR esistono sottobande con radiazioni:
- blu-violette
, (400-490 nm), assorbite dai pigmenti, con azione sulla fioritura, sintesi proteica, effetti fototropici, medio effetto sulla
fotosintesi
;
- verdi
(490-560 nm), le meno attive fotosinteticamente;
- gialle
(560-590 nm);
- rosso-arancio
(590-700 nm), molto attive per la fotosintesi.
Le foglie delle piante assorbono principalmente la radiazione rossa e blu nel primo strato delle cellule fotosintetiche a causa dell'assorbanza della
clorofilla
. La luce verde tuttavia penetra piu profondamente nell'interno della foglia e questo rende la fotosintesi piu efficiente del colore rosso.
[3]
[4]
Siccome le lunghezze d'onda del verde e del giallo riescono a passare attraverso la clorofilla e a trasmettersi all'intera foglia, esse giocano un ruolo cruciale nella crescita delle piante.
[5]
Oltre alla radiazione visibile una componente energeticamente minoritara, ma comunque degna di nota per i loro effetti e costituita dagli
infrarossi
e soprattutto dai raggi
ultravioletti
.
Nell'attraversare l'
atmosfera
la radiazione solare subisce fenomeni di
riflessione
,
rifrazione
,
assorbimento
,
diffusione
ad opera dei vari gas atmosferici in misura variabile in funzione della frequenza, cosi che al suolo lo
spettro solare
risulta irregolare rispetto a quello rilevato alle soglie esterne dell'atmosfera (TOA) con presenza di tipiche bande di assorbimento o riflessione.
La figura mostra lo spettro della radiazione solare al di sopra dell'atmosfera e sulla
superficie terrestre
.
La Terra riceve dal Sole mediamente
1
366
W
/
m²
(
costante solare
).
[6]
Questa e riferita alle soglie dell'atmosfera e al piano perpendicolare ai raggi solari entranti: occorre quindi considerare che questa sulla Terra colpisce una calotta sferica per
1440
minuti ogni giorno, riducendosi del 75%. L'atmosfera a sua volta filtra in una certa misura i raggi solari come fa ogni corpo provocando:
- una
riflessione
ed una
retrodiffusione
dei raggi dovuta alla sua
albedo
, alle
nubi
e ai gas atmosferici stessi;
- un
assorbimento
che ne provoca un aumento di
temperatura
, a seguito del quale riemette radiazioni in ogni direzione in accordo con la
legge di Wien
. Tale assorbimento e comunque modesto nella banda della luce visibile risultando cosi
trasparente
alla radiazione solare diretta.
Circa meta della radiazione attraversa invece l'atmosfera senza alterazioni prendendo il nome di radiazione netta. Meta della radiazione netta contribuisce infine all'
evaporazione
delle masse d'acqua, di conseguenza l'energia disponibile e circa il 6% di quella complessivamente emessa.
La
stratosfera
assorbe i raggi ultravioletti compresi nella banda 200-300 nm grazie all'
ozono
, la
troposfera
assorbe e diffonde l'
infrarosso
grazie al
vapore acqueo
e alla
CO
2
. L'azione di filtro delle bande alle
lunghezze d'onda
dell'
ultravioletto
, per la maggior parte letali, e essenziale per lo sviluppo della
vita
.
Flussi radiativi in atmosfera
Detta anche indiretta, rappresenta quella quota di radiazione che ha colpito almeno una particella dei gas atmosferici cambiando angolo di incidenza e che arriva comunque nel suolo perche verso esso indirizzata. Aumenta relativamente alla totale in cieli
nuvolosi
. In particolare lo
scattering di Rayleigh
[7]
della componente blu della radiazione solare e responsabile del colore blu del cielo. Una parte della radiazione diffusa e retrodiffusa verso lo spazio.
E quella radiazione che ha incontrato un ostacolo qualsiasi al quale ha ceduto tutta o una parte della propria energia. L'energia che non arriva alla superficie della terra si dice estinta ed e formata dalla radiazione riemessa, riflessa e retrodiffusa verso lo spazio.
Secondo la
legge di Lambert
[8]
la quantita di radiazioni che colpisce l'unita di superficie e proporzionale al coseno dell'
angolo d'incidenza
:
![{\displaystyle I'=I\times {\mbox{cos}}\alpha }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/11e3c7811cbc2381180a0ce5e00a433129346535)
Si ha la massima quantita con incidenza perpendicolare, all'aumentare dell'angolo aumenta sia la superficie colpita dalla stessa quantita di radiazioni che lo spessore dell'atmosfera attraversato da questi. Cio crea le variazioni d'irraggiamento giornaliere, annuali e
latitudinali
.
La radiazione riflessa e quella quota parte della radiazione solare incidente riflessa dalla superficie terrestre per effetto dell'
albedo
. L'albedo e il coefficiente di riflessione
c
. I valori di
c
sono di solito compresi tra 0 e 1 oppure sono espressi in percentuale. E data dal rapporto tra l'energia radiante riflessa da una superficie rispetto all'energia incidente. La Terra ha un valore medio del 40% (c = 0,4) Alla quota di albedo terrestre si aggiungono le radiazioni riflesse dalle particelle atmosferiche verso lo spazio.
Detratte tutte le perdite per riflessione e retrodiffusione da parte di atmosfera e superficie terrestre, l'energia incidente che rimane e assorbita dalla superficie terrestre e contribuisce cosi al suo riscaldamento, in maniera variabile a seconda della
latitudine
e del tipo di superficie.
L'
energia
associata alla radiazione solare (
energia solare
) puo essere sfruttata a livello tecnologico per produrre energia (
termica
o
elettrica
) attraverso varie tecnologie solari quali
pannello solare termico
,
fotovoltaico
e
solare termodinamico
ed utilizzata nelle applicazioni umane.
Pittogramma di sicurezza di avvertimento per il rischio associato a
radiazione ottica
naturale (cioe la radiazione solare), definito dalla norma
ISO 7010
.
[9]
Quando siamo esposti al
Sole
, alcune frequenze della luce chiamate
infrarosso
(IR), vengono percepite come
calore
, dai
recettori della pelle
, in quanto stimolano l'eccitamento delle
molecole
, tipo un
forno a microonde
. Altre radiazioni della luce, con lo stesso metodo, dette
ultraviolette
(UV) e soprattutto quelle di
tipo B
(UVB), sono responsabili della
abbronzatura
e delle
scottature sulla pelle
, se l'esposizione solare e avvenuta in modo inadeguato, ed in genere possono causare anche danni alla
retina
dell'
occhio
, per cui e sempre consigliato protteggerci con
occhiali da sole
e
creme SPF
.
Se attorno alla
Terra
non ci fosse il
campo magnetico
, il
vento solare
e soprattutto le
tempeste solari
potrebbero distruggere l'
atmosfera
e la maggiorparte della
vita
presente sulla
superficie terrestre
. Le
particelle cariche
del vento solare possono risultare
cancerogene
e creare
tumori
.
- ^
Canzio Torelli,
ENEA-Fusione: Cos'e la Fusione
, su
fusione.enea.it
.
URL consultato il 25 luglio 2017
.
- ^
C. Michael Hogan, 2010,
Abiotic factor
, su: Emily Monosson and C. Cleveland (eds),
Encyclopedia of Earth
, National Council for Science and the Environment, Washington DC.
- ^
(
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Green Light Drives CO2 Fixation Deep within Leaves
, in
Plant & Cell Physiol.
, Department of Botany, University of Wyoming, Laramie, Wyoming 82071-3165, U.S.A., 1998, pp. 1020-1026.
URL consultato il 24 dicembre 2022
(
archiviato
il 24 dicembre 2022)
.
- ^
(
EN
) Ichiro Terashima, Takashi Fukita, takeshi Inoue, Wah Soon Chow e Riichi Oguchi,
Green Light Drives Leaf Photosynthesis More Efficiently than Red Light in Strong White Light: Revisiting the Enigmatic Question of Why Leaves are Green
, JSPP, 4 gennaio 2009
(archiviato dall'
url originale
il 23 giugno 2012)
.
- ^
(
EN
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2016BAMS...97.1265C
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ISO Online Browsing Platform, ISO 7010 - W027