El sistema térmico terrestre
Es abierto y equilibrado. La energía solar alcanza a la superficie terrestre calentándola y a su vez La Tierra emite energía calorífica hacia el exterior. Al ser equilibrado la entrada y salida de energía calorífica tiene lugar de manera que no exista ni ganancia ni pérdida de calor. La cantidad de energía recibida equivale a la cantidad de energía emitida.
Este equilibrio del medio ambiente viene observándose constantemente, y si se alterase sus efectos podrían ser catastróficos.
Balance térmico global entre el Sol y la Tierra.
El Sol
Emite de forma constante una elevada cantidad de radiación, esta energía, debido a su elevada temperatura, alcanza el valor de 5,2 x 1024 Kilocalorías por minuto de la que sólo una pequeña parte llega a la Tierra. La cantidad de energía que penetra en la atmósfera es de 2 calorías por centímetro cuadrado en cada minuto de tiempo. Esta unidad de energía por unidad de superficie (Caloria/cm2) recibe el nombre de langley, en honor de S.P. Langley, físico y astrónomo del siglo XIX. La cantidad de energía que penetra en la atmósfera es de 2 langley/minuto, que recibe el nombre de constante solar.
La atmósfera y su labor de filtrado
Al repartirse esta constante por toda la superficie de La Tierra el valor medio recibido es cuatro veces menor: 0,5 langley/minuto. Este valor medio se reduce por el efecto de pantalla de la atmósfera, cuya labor de filtrado impide la llegada a la superficie del suelo de la radiación completa.
- Absorción. La radiación emitida por el sol, de amplio espectro ondulatorio, es absorbida en parte por la atmósfera. La estructura vertical atmosférica va realizando la operación de filtrado en fases sucesivas. La energía absorbida no es siempre constante y oscila de acuerdo a la situación atmosférica. Su valor medio se puede cifrar aproximadamente en un 20% del total de la energía recibida del Sol.
- La dispersión de la luz consiste en la separación de los distintos colores que integran la luz solar (rojo, amarillo, verde, azul, etc.). Solamente la gama de azules de la luz dispersa desciende hacia la superficie terrestre. Como consecuencia de la dispersión parte de la energía solar es devuelta al espacio, perdiéndose para siempre (un 10%), mientras el resto se dirige hacia la Tierra, dispersión descendente.
- Reflexión.La parte superior de las nubes se comporta como una superficie reflectante, extremadamente activa y que puede devolver por reflexión directa el 25% de la energía recibida.
La insolación
Es la energía solar que alcanza la superficie terrestre. La superficie terrestre no se beneficia totalmente de la radiación solar que alcanza la superficie después de la labor de filtrado atmosférico, una parte, según el albedo del suelo receptor (porcentaje de energía reflejada), se refleja hacia el exterior. Así, mientras el albedo del agua para radiaciones verticales es bajo (2%), es extremadamente alto en el caso de la nieve o el hielo (45-48%), oscilando el resto de la superficie terrestre en posiciones intermedias.
La última fase del balance energético es la radiación del suelo y posterior calentamiento atmosférico. La Tierra presenta un doble comportamiento: receptor de la energía solar y emisor hacia el exterior. la energía irradiada por la superficie terrestre es variable con su temperatura y se realiza por radiaciones de onda larga y o bien es absorbida por la propia atmósfera, por el anhídrido carbónico y vapor de agua de la troposfera o bien se proyecta directamente al exterior.
Este hecho es muy importante desde el punto de vista climático, pues supone que la atmósfera se comporta como una pantalla térmica que devuelve calor a la superficie terrestre, impidiendo que, durante la noche, la temperatura descienda excesivamente por ausencia de radiación solar, lo que se ha denominado efecto invernadero.
La superficie terrestre utiliza dos nuevos mecanismos de transformación del calor: El primero sirve para facilitar, sobre todo en los océanos y mares, la evaporación del agua y su paso a la atmósfera. Este calor latente de vaporización es devuelto posteriormente en la condensación. El segundo uso es comunicar calor a las capas bajas de la atmósfera, que sufre un movimiento ascensional convectivo. Ambas cantidades de energía calorífica pueden ser tasadas en 20 y 10 calorías respectivamente (por cada 100 solares que alcanzan la Tierra).
Factores del desigual reparto de la insolación y del comportamiento calorífico terrestre
El movimiento de la tierra alrededor del Sol, según una trayectoria elíptica, es la causa de que la distancia de ambos astros no siempre sea la misma. La excentricidad de la órbita explica que la energía recibida en el perihelio de Enero (mayor proximidad) sea superior en un 7% a la correspondiente al aphelio de Julio (momento de mayor lejanía). Cabe deducir que los inviernos en el Hemisferio Norte deberían ser más cálidos que los del Hemisferio Sur, lo contrario ocurriría para los veranos. En la práctica la circulación de calor en la atmósfera y la continentalidad enmascaran esta tendencia global.
La altura solar afecta a la cantidad de insolación recibida, ya que la altura del astro solar está medida por la inclinación de los rayos del Sol respecto a la horizontal terrestre. Desde el momento de la puesta del Sol, la altura del mismo está condicionada por dos factores: la estación del año y la latitud del lugar. Estos factores y la incidencia de los rayos solares en Ecuador y Trópicos haría que la radiación fuera máxima en el Ecuador y mínima en los Polos. Sin embargo, a parte de la influencia de la atmósfera terrestre, un efecto complementario se suma al anterior y es la causa de que la temperatura máxima no se registre en el Ecuador y sí en lo Trópicos. El paso del Sol por éstos se realiza a una velocidad más lenta que en el Ecuador siendo la causa de que un mayor número de días continuados la inclinación de los rayos solares sea casi vertical.
Además de la perpendicularidad de los rayos solares, la latitud condiciona la duración del día solar y, en consecuencia la cantidad de insolación. Cuanto mayor sea el período de tiempo de iluminación solar, mayor será la cantidad de radiación diaria recibida. Como consecuencia de la influencia de la estacionalidad y latitud la radiación solar diaria que llega a la tierra es variable en cada punto de la superficie terrestre.
El desigual recorrido de los rayos solares a través de la atmósfera sería una consecuencia de la latitud. El principal factor atmosférico causante de la diferente llagada de radiación solar al suelo es la presencia de la nubosidad.
El diferente comportamiento térmico de las superficies marina y continental añade nuevas e importantes consecuencias al balance energético diferencial de la superficie terrestre.
De forma general en los océanos, debido a la superior evaporación del agua, el efecto de filtrado atmosférico es superior, así para una misma latitud el porcentaje de insolación sería superior en los continentes que en los océanos.
Otra diferencia es la distinta manera en que tierras y mares son capaces de aprovechar la energía que les llega, mientras el agua tiene mayor capacidad de almacenamiento de la energía solar, la tierra rápidamente la devuelve a la atmósfera. El albedo del suelo es más elevado que el del mar, lo que supone que sea mayor la cantidad de energía reflejada que la absorbida. Para profundizar en el desequilibrio térmico hay que recordar que la capacidad de almacenar calor no depende exclusivamente del su calor específico, así el del agua es cinco veces mayor que el de la tierra seca, para elevar un grado su temperatura haría falta cinco veces más calor que la tierra. La superficie continental se calienta y se enfría más rápidamente que la oceánica.
La altitud y la exposición de la vertiente a los rayos solares también modifican sensiblemente la cantidad de radiación solar que alcanza la sup. terrestre.
El clima
La movilidad de los componentes gaseosos que rodean la tierra, las diferencias de presión, la humedad o capacidad de contener vapor de agua, la evaporación, condensación y posterior precipitación de la lluvia, nieve o granizo y la capacidad de contener calor y trasmitirlo desde los lugares más cálidos a los más frios, permite reedistribuir la energía desigualmente repartida por el Sol determinando como resultado uno de los elementos fundamentales del clima: "La temperatura".
El otro factor, a la hora de considerar los diferentes tipos de clima que se dan en nuestro planeta, sería la distribución de las precipitaciones en la superficie terrestre.
Sobre la Tierra caen, cada segundo, 14 millones de toneladas de agua, pero el reparto se produce de manera desigual, con variaciones de un punto a otro y de una estación a otra del año.
