¿Por qué no estamos sobrecargados con la energía del Sol en la Tierra?

Answer 1

Debido a que la energía del sol se irradia hacia el espacio exactamente a la misma velocidad a la que entra, eso se llama equilibrio.

La energía del sol cuando alcanza la atmósfera terrestre es de aproximadamente 1370 vatios por metro cuadrado. Parte de esto se refleja de nuevo en el espacio, y solo unos 900 vatios por metro cuadrado alcanzan la superficie. Cuando llega a la superficie, atraviesa muchas vías energéticas diferentes de complejidad variable, pero al final, siempre termina como calor. Ese calor calienta la superficie y la atmósfera de la tierra, y esa atmósfera cálida irradia energía hacia el espacio.

Ahora, lo que hay que recordar es que solo un lado de la tierra está expuesto al sol a la vez. Por el contrario, toda la superficie de la tierra está irradiando constantemente energía térmica hacia el espacio. Cuanto más caliente está la tierra, más energía irradia hacia afuera. Entonces, si empezáramos con una tierra muy fría, la energía del sol se calentaría más y más hasta que se calentara lo suficiente como para que irradiara calor tan rápido como recibió calor.

La velocidad a la que la tierra recoge e irradia calor depende de una interacción compleja de la composición atmosférica, el agua, el polvo, el clima, la temperatura de la superficie, etc. Si cualquiera de esos cambios cambia, entonces llegamos a un nuevo equilibrio. Por ejemplo, si la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera aumenta, se vuelve menos eficaz para irradiar el calor. Eso significa que el equilibrio se rompe y el planeta absorberá más calor del que pierde, la temperatura aumentará, y eso hará que irradie más calor, hasta que se alcance nuevamente el equilibrio. Ese efecto en particular se llama “efecto invernadero”, y es la razón por la que el planeta se está calentando lentamente en este momento.

Answer 2

Esta pregunta está realmente en el corazón del cambio climático global. Cuando se estropea el equilibrio energético de la Tierra, comienza a acumularse o perder energía, y eso se manifiesta como un cambio de temperatura en la atmósfera, los océanos y los continentes.

Los climatólogos utilizan modelos muy complicados, pero en términos muy aproximados, la ecuación para el balance de energía planetaria es:

Incidente de radiación solar: radiación en el espacio + desintegración nuclear geotérmica = desequilibrio energético

Esperemos que esta suma sea bastante cercana a cero.

La radiación del incidente es bastante sencilla y tiene un promedio de aproximadamente 2,5 vatios por metro cuadrado.

La parte de la desintegración nuclear es en realidad bastante significativa: es la razón por la que la Tierra todavía tiene un núcleo fundido y, por lo tanto, un campo magnético y, por lo tanto, una magnetosfera que nos protege de la radiación y, por lo tanto, es capaz de soportar la vida.

Por lo tanto, la radiación de calor y luz que regresa al espacio en realidad tiene que ser mayor que la cantidad de luz solar que llega a la Tierra, o que cocinamos. Afortunadamente, el sol solo llega a un lado del planeta, ¡pero el calor también puede escapar del lado oscuro! Esto es principalmente radiación infrarroja, pero también mucha luz reflejada por las nubes y las capas de hielo.

También tiene algunos términos que son básicamente errores de redondeo en el panorama general, como el enfriamiento “evaporativo” a medida que los gases ligeros escapan de la atmósfera al espacio y se llevan el calor, o el almacenamiento de energía química. El mejor ejemplo de almacenamiento químico es el petróleo: la luz solar antigua impulsó el crecimiento de la materia vegetal, parte de la cual se enterró y se descompuso en hidrocarburos. El petróleo es, literalmente, energía solar antigua. La quema de gasolina o diésel libera energía térmica de nuevo a la atmósfera, pero en realidad no es una cantidad que podamos notar. Es el impacto de los gases de efecto invernadero, que reducen la radiación de calor al espacio, lo que realmente importa para el cambio climático inducido por el hombre.

Answer 3

Cada objeto con temperatura no cero (no 0 Kelvin para ser precisos) irradia ondas electromagnéticas. Para los absorbentes perfectos, que absorben el 100% de la energía incidente (que también son emisores perfectos), esto se llama radiación de cuerpo negro. La tierra tiene una temperatura no nula, por lo que también irradia. No es prefecto cuerpo negro, por supuesto, pero la radiación es la misma. Existe un equilibrio entre la energía recibida del sol y la energía que se irradia hacia el espacio. La radiación tiene una mayor longitud de onda que la radiación entrante, ya que la tierra tiene una temperatura más baja que la del sol, por lo que recibimos luz principalmente visible y ultravioleta, pero irradiamos principalmente en infrarrojo.

Answer 4

La Tierra recibe exactamente la misma cantidad de energía del Sol cuando se irradia hacia el espacio.

La diferencia es que la energía del Sol viene en forma de luz visible; La energía re-irradiada es en forma de radiación infrarroja (calor). Pero en última instancia, no hay ganancia neta en energía.

Pero espera, dices, a lo largo de toda la escuela se te enseñó que el Sol es la fuente de toda la energía que necesita la Tierra, en particular la biosfera. Eso no es exactamente cierto. Lo que el Sol suministra es energía, pero es energía con una entropía relativamente baja. Lo que la Tierra re-irradia es el calor, la misma cantidad de energía, pero con una entropía relativamente alta. Sin atascarse en una explicación de los conceptos más arcanos de la termodinámica, la baja entropía significa orden; alta entropía significa aleatoriedad, desorden. Un huevo entero es baja entropía; Los huevos revueltos son de alta entropía. Si se deja solo, la entropía de un sistema aislado siempre aumenta (tiende al desorden). Afortunadamente, la Tierra no es un sistema aislado. La luz de baja entropía que recibe del Sol es lo que hace que cosas altamente ordenadas, como las criaturas vivas, sean posibles en nuestro planeta.

* Excepto por el calentamiento global: los gases de efecto invernadero en la atmósfera reducen la capacidad de la Tierra para arrojar calor, por lo que se crea un desequilibrio. Este equilibrio se restaura cuando la Tierra se calienta y puede arrojar más calor nuevamente al espacio.

Answer 5

Porque la Tierra no intercepta en ningún lugar cerca de toda la potencia de salida del sol. La vasta y vasta mayoría de la energía del sol fluye inútilmente hacia el espacio vacío.

Answer 6

La tierra subtiende un ángulo esférico muy pequeño a su distancia del sol. Así que la Tierra recibe una proporción muy pequeña de la energía irradiada por el sol. Además, la Tierra re-irradia una proporción significativa de la poca energía que recibe.

La ley de Stephan Boltzmann implica que cuando se alcanza una temperatura de equilibrio, la Tierra irradiará exactamente la energía que recibe. La temperatura no puede “acumularse” indefinidamente. Nosotros irradiamos calor a una tasa proporcional a la cuarta potencia de nuestra temperatura termodinámica (Escala Kelvin).