Podcast na Sluneční záření a energetická bilance

Kapitoly

Mýtus o sluneční konstantě

Energie na cestě

Neviditelné barvy Slunce

Cesta atmosférou: Překážková dráha

Proč je obloha modrá? Záhada rozptylu

Zrcadlo planety jménem Albedo

Druhy záření na povrchu

Jak Země hospodaří s teplem

Přepis

Tomáš: Většina lidí si myslí, že energie, kterou dostáváme ze Slunce, je neměnná. Učíme se přece o takzvané „solární konstantě“. Už to slovo „konstanta“ zní jasně, ne? Prostě číslo, které se nemění.

Kristýna: Přesně tak to zní! Ale teď přijde to překvapení... solární konstanta ve skutečnosti vůbec konstantní není. Je to jeden z velkých mýtů.

Tomáš: Počkat, cože? Takže jedno z klíčových čísel pro naši planetu vlastně... lže? Tak to chci vysvětlit. Tohle je Studyfi Podcast.

Kristýna: Přesně tak! Ten název je trochu zavádějící. Správnější je používat termín „celkové sluneční záření“ neboli TSI. A to se mění. Ne nijak dramaticky, ale dost na to, aby to bylo důležité.

Tomáš: A proč se to mění? Slunce svítí pořád stejně, ne?

Kristýna: Ne tak docela. Zaprvé, oběžná dráha Země není dokonalý kruh, ale elipsa. Takže jsme od Slunce někdy dál a někdy blíž. To samo o sobě mění intenzitu záření asi o tři procenta.

Tomáš: Aha, to dává smysl. A zadruhé?

Kristýna: Zadruhé, samotné Slunce má své cykly. Určitě jsi slyšel o slunečních skvrnách. Když je Slunce aktivnější a má víc skvrn, tak paradoxně září o malinko víc. Tenhle cyklus trvá zhruba jedenáct let.

Tomáš: Takže „konstanta“ je spíš takový dlouhodobý průměr? A jak rychle se k nám ta energie vlastně dostane?

Kristýna: Přesně, je to průměrná hodnota, asi 1366 wattů na metr čtvereční. A ta cesta? Světlo letí vesmírem rychlostí 300 000 kilometrů za sekundu. Těch 150 milionů kilometrů od Slunce k nám zvládne za pouhých 8,3 minuty.

Tomáš: To je neuvěřitelné. Díky tomu máme na Zemi průměrnou teplotu kolem šestnácti stupňů, zatímco všude kolem ve vesmíru je skoro absolutní nula. Bez Slunce bychom byli zmrzlá koule.

Kristýna: Přesně. Slunce je doslova motor všeho – počasí, koloběhu vody, a dokonce i fosilní paliva jsou jen miliony let stará, uložená sluneční energie.

Tomáš: Dobře, takže k nám letí energie. Ale co to přesně je? Je to jen světlo, které vidíme?

Kristýna: Skvělá otázka! To, co vidíme, je jen malá část. Sluneční záření je elektromagnetické vlnění a přichází k nám v různých vlnových délkách. Představ si to jako duhu, ale mnohem, mnohem širší.

Tomáš: Takže kromě viditelného světla je tam i něco jiného?

Kristýna: Přesně tak. Máme tam ultrafialové záření, to je to, kvůli kterému se mažeme opalovacím krémem. Pak je tam viditelné světlo, tedy všechny barvy od fialové po červenou. A za červenou je infračervené záření, které vnímáme jako teplo.

Tomáš: A tohle všechno dohromady tvoří to sluneční záření?

Kristýna: Ano. A pro zjednodušení to v klimatologii dělíme na dvě hlavní skupiny. Krátkovlnné záření, které má vlnovou délku pod 4 mikrometry – to je prakticky 99 % energie, která přichází od Slunce.

Tomáš: A to druhé?

Kristýna: Dlouhovlnné záření. To je typické pro Zemi a její atmosféru. Naše planeta pohlcuje krátkovlnnou energii od Slunce, ohřeje se a pak sama vyzařuje energii zpátky do vesmíru, ale už jako dlouhovlnné, tepelné záření.

Tomáš: Dobře, takže tenhle balíček energie dorazí na hranici naší atmosféry. A co se děje pak? Projde to jen tak skrz?

Kristýna: Kéž by to bylo tak jednoduché! Atmosféra je pro sluneční záření taková překážková dráha. Dějí se tam tři hlavní věci: pohlcování, rozptyl a odraz.

Tomáš: Začněme pohlcováním. Co to znamená?

Kristýna: Jednoduše to, že některé plyny v atmosféře si část té energie „vezmou“ pro sebe a ohřejí se. Každý plyn si vybírá jinou část spektra. Kyslík a dusík pohlcují hlavně ultrafialové záření.

Tomáš: A kdo je největší jedlík energie?

Kristýna: Jednoznačně ozón! Ten nás chrání tím, že pohltí většinu škodlivého UV záření. Níže v atmosféře pak infračervené záření pohlcuje hlavně oxid uhličitý a vodní pára v oblacích. Celkově atmosféra takhle spolkne asi 15 % příchozího záření.

Tomáš: Dobře, 15 % se pohltí. Co je ten rozptyl? To zní jako že se to prostě... rozuteče.

Kristýna: To je vlastně docela přesný popis! Paprsky narážejí do molekul vzduchu a drobných částeček a odrážejí se od nich na všechny strany. Jako když hodíš míček do hejna komárů – rozletí se všemi směry.

Tomáš: A k čemu je to dobré? Nebo špatné?

Kristýna: Je to naprosto klíčové! Díky rozptylu máme denní světlo. Kdyby neexistoval, na obloze bys viděl jen ostrý kotouč Slunce na černém pozadí a všude jinde by byla tma, jako ve vesmíru. I ve stínu by byla absolutní tma.

Tomáš: Páni. A co ty barvy? Souvisí to s tím, proč je obloha modrá?

Kristýna: Přesně! Molekuly vzduchu nejlépe rozptylují modré a fialové světlo. Takže modrá se rozptýlí po celé obloze a my ji vidíme ze všech směrů. Naopak při západu slunce musí paprsky projít mnohem tlustší vrstvou atmosféry. Modrá se rozptýlí pryč a k našim očím dojde jen ta červená a oranžová.

Tomáš: Takže za to, že v pod mrakem nechodíme s čelovkou a máme romantické západy slunce, vděčíme rozptylu?

Kristýna: Přesně tak! Můžeš mu poděkovat. Rozptyl se postará asi o 25 % slunečního záření.

Tomáš: Takže máme 15 % pohlcených a 25 % rozptýlených. Zbývá ten odraz. To je jednoduché, prostě se to odrazí jako od zrcadla, ne?

Kristýna: V principu ano. Této schopnosti povrchu odrážet záření říkáme albedo. Vyjadřuje se v procentech – kolik procent dopadajícího světla se odrazí zpět do vesmíru.

Tomáš: A jaké je albedo naší Země?

Kristýna: Je to různé. Čerstvý sníh je jako dokonalé zrcadlo, odrazí až 90 % záření. Naopak tmavá ornice nebo asfalt pohltí skoro všechno a odrazí jen pár procent. Proto je v létě na tmavém asfaltu takové horko.

Tomáš: Chápu. A celá planeta jako průměr?

Kristýna: Průměrné albedo Země, včetně mraků, oceánů a pevniny, je kolem 30 %. Mraky jsou v tomhle velký hráč, protože jsou bílé a odrážejí spoustu světla zpět do vesmíru, než vůbec stihne dopadnout na zem.

Tomáš: Takže když si to shrneme: ze 100 % sluneční energie, která k nám dorazí, se asi 15 % pohltí v atmosféře, 25 % se rozptýlí a zhruba 30 % se rovnou odrazí zpátky do vesmíru. Pěkná bilance.

Kristýna: Přesně tak. A ten zbytek, který projde až na zemský povrch, je to, co ohřívá půdu a oceány a pohání celý klimatický systém. Ale o tom, co se děje s energií tady u nás na zemi, si povíme zase příště.

Tomáš: Dobře, Kristýno, tak se na to pojďme podívat. Minule jsi říkala, že zbytek energie, co projde atmosférou, ohřívá zemský povrch. Co přesně se s ní děje dál?

Kristýna: Skvělá otázka. Musíme si nejdřív rozdělit, jaké záření na povrch vůbec dopadá. Není to totiž jen jeden typ.

Tomáš: Aha, takže to není jen

Kristýna: Přesně tak, Tomáši. Ta zářivá energie se na povrchu mění na teplo. A to teplo se pak různými způsoby předává dál do atmosféry a podloží.

Tomáš: A jaké jsou ty hlavní způsoby? Jenom se prostě ohřeje vzduch nad zemí?

Kristýna: Je to trochu zajímavější. Představ si tři hlavní cesty. První je turbulentní tok, což jsou v podstatě víry teplého vzduchu stoupající od země.

Tomáš: To dává smysl. A co ty další dvě?

Kristýna: Druhý je latentní tok. To je energie spotřebovaná na vypařování vody. Když se voda vypaří, ochladí povrch.

Tomáš: Aha, jako když se v létě potíme, abychom se ochladili.

Kristýna: Přesně ten princip! A třetí je tok tepla do podloží – prostě se ohřívá půda nebo voda.

Tomáš: Dobře. Takže když to celé shrneme, na co by se měli naši posluchači zaměřit, aby si vše zapamatovali?

Kristýna: Klíčové je rozumět, co je solární konstanta, jak atmosféra záření pohlcuje a rozptyluje, a jaký je rozdíl mezi přímým a globálním zářením.

Tomáš: A k tomu přidat dnešní téma – tedy skleníkový efekt a tuhle tepelnou bilanci, jak Země s energií hospodaří.

Kristýna: Přesně tak. S tímhle máte skvělý základ.

Tomáš: Super. Moc ti děkuju, Kristýno. A vám, milí posluchači, děkujeme za pozornost u našeho dnešního dílu.

Kristýna: Rádo se stalo. Mějte se krásně a u dalšího Studyfi Podcastu zase na slyšenou!