Zonlicht
is het
zichtbare deel
van de
elektromagnetische straling
dat door de
zon
wordt uitgestraald. Het zonlicht dat de
aarde
bereikt is een zeer klein deel van de totale hoeveelheid, maar voldoende en essentieel om het
leven
op aarde in stand te houden. Zonlicht wordt, voordat het het aardoppervlak bereikt, in de atmosfeer op verschillende manieren
verstrooid
en
gefilterd
.
[1]
Wanneer zonlicht niet wordt tegengehouden door
bewolking
, wordt het
zonneschijn
genoemd, en is het een bron van zeer fel, verblindend licht en merkbare
stralingswarmte
.
Zonlicht doet er ongeveer 8,3 minuten over voordat het vanaf het oppervlak van de zon het aardoppervlak bereikt. De
fotonen
die de zon uitstraalt ontstaan in de kern van de zon; ze zijn een product van de
kernfusie
die daar optreedt.
[2]
Na hun vorming worden de fotonen veelvuldig geabsorbeerd en heruitgestraald, en pas na vele tienduizenden jaren bereiken ze de oppervlakte. Vanaf daar worden ze rechtlijnig het heelal in gezonden.
Zonlicht is de belangrijkste bron van
energie
voor de aarde. Planten, wieren en sommige bacterien zijn in staat de energie uit zonlicht te vangen en te gebruiken voor de vorming van koolhydraten, een proces genaamd
fotosynthese
. Voor veel dieren, waaronder de
mens
, heeft zonlicht zowel gunstige als schadelijke effecten voor de gezondheid: het is vereist voor de synthese van
vitamine D
in de huid, maar het ultraviolette licht kan werken als een
mutageen
.
Het
spectrum
van de zon wordt benaderd door de straling die een
zwarte straler
met een oppervlaktetemperatuur (
effectieve temperatuur
) van 5778
K
uitzendt. Het spectrum loopt ongeveer van 250 tot 2500
nm
met een intensiteitspiek bij 502 nm, overeenkomend met een frequentie van 598 THz; deze ligt in het blauw-groene gedeelte van het zichtbare licht. Evenveel energie wordt uitgestraald boven en onder een golflengte van 711 nm, overeenkomend met een frequentie van 421 THz.
Ongeveer de helft van de zonnestraling bestaat uit zichtbaar licht. De andere helft bestaat uit
infrarode
straling en een klein deel
ultraviolette
straling. In het zonnespectrum komen donkere lijnen voor, de
Fraunhoferlijnen
.
De
zonneconstante
is de hoeveelheid
energie
in de vorm van elektromagnetische zonnestraling die de
aardatmosfeer
gedurende een bepaalde tijdsduur bereikt. De
ruimtehoek
van de aarde vanuit de zon is zo klein dat van de totale energie die de zon uitzendt, de aarde slechts een 2200 miljoenste deel ontvangt ofwel 0,000 000 045%.
Volgens de
wet van Stefan-Boltzmann
geldt aan het zonne-oppervlak een
fluxdichtheid
van:
De oppervlakte van de zon is 6,09 biljoen vierkante kilometer, zodat het totale vermogen gelijk is aan
, ofwel een
lichtkracht
.
Per
steradiaal
geldt voor de
intensiteit
:
Uitgaande van het behoud van energie geldt voor de fluxdichtheid bij de aardatmosfeer
:
De gemeten waarde ligt iets lager met gemiddeld 1360,8 ± 0,5 W/m² tijdens een
zonneminimum
en 0,1% hoger tijdens een
maximum
.
[3]
Deze waarde heeft een
jaarlijkse gang
door de ellipsvormige baan van de aarde rond de zon. Zo bereikt 1412 W/m² in januari de atmosfeer tot 1312 W/m² in juli. Ook per jaar fluctueert het gemiddelde door verandering in de zonne-activiteit zelf. Deze variatie aan de rand van de atmosfeer heeft overigens geen invloed op de temperatuur van het aardoppervlak.
De stralingsintensiteit aan het aardoppervlak is veel kleiner dan de zonneconstante aan de rand van de atmosfeer. De verzwakking van de straling tijdens het passeren van de
dampkring
wordt
extinctie
of uitdoving genoemd. Dit bestaat uit
reflectie
,
verstrooiing
en
absorptie
.
Doordat de aarde een
sfeer
is en slechts voor de helft wordt belicht, wordt gemiddeld een kwart van de aarde per tijdseenheid verwarmd. Van de resterende 342 W/m² wordt gemiddeld zo'n 30% gereflecteerd, het planetaire
albedo
. Deze reflectie vindt plaats door waterdruppeltjes en de grotere stofdeeltjes in de atmosfeer. Er is hier sprake van
diffuse reflectie
, omdat de straling in alle richtingen wordt weerkaatst. Tijdens deze reflectie blijft het licht wit, wat waar is te nemen bij onder meer
rook
. De voornaamste vorm van verzwakking van zonlicht in de atmosfeer is echter de reflectie tegen wolken. De mate van reflectie hangt af van de dikte van de wolkenlaag, het aantal wolkendruppeltjes, de grootte daarvan en de zonshoogte. De reflectie neemt over het algemeen af bij toenemende hoogte van de wolken.
Het zichtbare licht dat de zon uitzendt wordt voor een deel verstrooid, en daardoor gedeeltelijk weer uitgezonden naar het heelal. De verstrooiing vindt plaats op uiterst kleine deeltjes, die over het algemeen kleiner zijn dan de golflengte van het licht. Op deze schaal gelden de gewone wetten van terugkaatsing, breking en buiging niet meer, maar die van de
Rayleighverstrooiing
. Hoe kleiner de golflengte, hoe meer verstrooiing van het licht, zodat dit bij violet en blauw meer optreedt dan bij rood licht met een
blauwe lucht
tot gevolg. Als tijdens de
schemering
de zon laag aan de hemel staat, leggen de lichtstralen een langere weg af door de atmosfeer, zodat de kleine golflengten sterker worden verstrooid en uitdoven. Bij rood en oranje treedt minder verstrooiing op, zodat de hemel rood wordt gekleurd.
De 70% die niet reflecteert, wordt geabsorbeerd en verstrooid, waarbij van de resterende 240 W/m² de atmosfeer 74 W/m² opneemt en het aardoppervlak 166 W/m². In de atmosfeer wordt straling vooral geabsorbeerd door waterdamp,
koolstofdioxide
en
ozon
. Zo'n 14% van de totale zonnestraling wordt geabsorbeerd door waterdamp en doordat dit zich vooral in de
troposfeer
bevindt, warmt deze daardoor het meest op. Koolstofdioxide absorbeert voornamelijk de straling in het infrarode gebied, terwijl ultraviolette straling door de
ozonlaag
wordt opgenomen.
Wanneer de directe straling niet door wolken wordt geblokkeerd, wordt het ervaren als zonneschijn, een combinatie van zichtbaar
licht
en nabij
infraroodstraling
. Vooral de infraroodstraling zorgt voor een toename van de temperatuur van de huid en wordt opgemerkt door
warmtereceptoren
. Het directe zonlicht is niet
gepolariseerd
in tegenstelling tot het verstrooide licht van de blauwe hemel.
Als de temperatuur op aarde constant is, betekent dit dat de
stralingsbalans
neutraal moet zijn. Dat wil zeggen dat de inkomende kortgolvige zonnestraling de aarde weer verlaat als uitgaande langgolvige
aardse straling
. Deze langgolvige straling wordt veel beter geabsorbeerd in de atmosfeer dan de kortgolvige zonnestraling, zodat de atmosfeer vooral indirect via het aardoppervlak wordt opgewarmd.
Buiten de
dagelijkse
en
jaarlijkse gang
en
klimaatveranderingen
zijn de in- en uitgaande straling gemiddeld genomen min of meer met elkaar in evenwicht. Plaatselijk is dit echter niet het geval. Op
breedten
lager dan 38° is de instraling groter dan de uitstraling, terwijl buiten dat gebied de uitstraling overheerst. In de
tropen
en
subtropen
wordt het echter niet warmer en in de
gematigde gebieden
en de
poolstreken
niet kouder. Dit komt doordat er een compenserend
warmtetransport
is door de
algemene circulatie
en de
zeestromen
. De algemene circulatie bestaat uit
turbulentie
,
convectie
,
advectie
en
verdamping
. De combinatie van dit warmtetransport met de stralingsbalans is de
energiebalans
.
Zonlicht, of een vergelijkbaar sterke lichtbron, is nodig om de
circadiane ritmes
te synchroniseren.
[4]
Zonlicht werkt ook in geringe mate desinfecterend waardoor virussen en bacterien minder lang overleven buiten het lichaam. Onder invloed van ultraviolet licht wordt in de huid
vitamine D
aangemaakt. Dat is belangrijk voor de opname van calcium, dat nodig is voor de ontwikkeling van gezonde botten en tanden.
De Zwitserse arts
Auguste Rollier
maakte in het begin van de 20e eeuw gebruik van onder meer heliotherapie voor de genezing van bot-tuberculose. Zijn zontherapiekliniek lag op 1500 meter hoogte in de Zwitserse Alpen. Door voortschrijdend wetenschappelijk inzicht (onder meer door
August Bier
) en de komst van antibiotica verloor de zontherapie aan betekenis.
[5]
Het rechtstreeks kijken in de zon kan permanente schade aan de
ogen
veroorzaken. Om de helderheid van zonlicht te compenseren, wordt wel gebruikgemaakt van een
zonnebril
. Auto's, helmen en kappen zijn vaak uitgerust met vizieren om direct zonlicht te blokkeren wanneer de zon onder een lage hoek staat.
In koudere landen verkiezen veel mensen de zonnige dagen boven de bewolkte dagen en vermijden vaak de
schaduw
. In hetere landen is het omgekeerde waar; tijdens de middaguren verkiezen veel mensen binnen te blijven. Als zij naar buiten gaan, zoeken zij schaduw, die kan worden verstrekt door bomen,
parasols
et cetera.
Er bestaat een erfelijke aandoening genaamd
erytropoetische protoporfyrie
(afgekort E.P.P.). Mensen die hieraan lijden zijn overgevoelig voor het zichtbare licht van de zon, met name het paarse en het groene deel daarvan. Wanneer deze mensen met hun huid in de zon komen veroorzaakt dat in eerste instantie een branderig gevoel (als brandnetels) en na te lang in de zon te zijn geweest een soms dagenlang aanhoudende pijn, gepaard gaand met zwellingen en soms bloeduitstortingen. De pijn wordt pas weer minder in een donkere ruimte, vaak in combinatie met verkoeling (als airconditioning of zelfs met koeling door ijs).
Verschillende medicijnen, waaronder
tetracycline
, veroorzaken een overgevoeligheid voor zonlicht.
Bronnen
- ↑
(
en
)
Judge, P.
(2020).
The Sun: A very short introduction
. Oxford University Press, "Introduction".
ISBN 978-0-19-883269-0
.
- ↑
(
en
)
Fox, K.
,
Origin Of Light
.
NASA Visualization Explorer
(2012). Geraadpleegd op 01-12-2021.
- ↑
G. Kopp, J.L. Lean
(2011).
A new, lower value of total solar irradiance: Evidence and climate significance
.
Geophysical Research Letters
38
(1).
DOI
:
10.1029/2010GL045777
.
- ↑
Stumpf, W.E.
(1988):
The endocrinology of sunlight and darkness
, in
Naturwissenschaften
Volume 75, Number 5, 247-251
- ↑
Auguste Rollier
in het
Historisch Woordenboek van Zwitserland
.
|