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Balance energético terrestre

El Balance radiativo terrestre se refiere al hecho de que durante periodos prolongados de tiempo la temperatura en la Tierra se ha mantenido esencialmente constante. Esto significa un equilibrio térmico entre la radiación que entra por la parte superior de la atmósfera y la que sale, la energía que absorbe la atmósfera y la que irradia, la energía que absorbe la superficie terrestre y la que irradia pues ninguna de las parte aumenta de temperatura. Los intercambios de energía se expresan en vatios por metro cuadrado (W/m ² ). Sin embargo, medidas recientes indican que la Tierra está absorbiendo 0,85 ± 0,15 W/m ² más que lo que emite al espacio (Hansen et al. 2005). este aumento, asociado con el calentamiento global, se cree que ha sido causado por el reciente aumento en las concentraciones de los gases de efecto invernadero.

Radiación solar incidente

El Sol es el responsable de toda la energía que alcanza la superficie de la Tierra. El Sol emite radiación que se puede considerar de onda corta y que prácticamente traspasa la atmósfera casi sin problemas. Veremos aquí las interacciones que tiene con la atmósfera. La Tierra intercepta una energía del Sol que en la parte superior de la atmósfera vale 1366 W/m ² ; (ver constante solar). Sin embargo sólo intercepta energía la sección de la Tierra que mira al Sol mientras que la emite toda la superficie terrestre, así que hay que dividir la constante solar entre 4 lo que nos lleva a 342 W/m ² . De esa enegía, 77 W/m ² es reflejada por las nubes o difundida por el aire hacia el espacio y 30 W/m ² es reflejada hacia el espacio por la superficie terrestre. Así que 107 W/m ² se pierden en el espacio por el albedo terrestre. El albedo es 0,313 así que se pierden en el espacio 0,313*342=107 W/m ² . Por lo que quedan 342-107=235 W/m ² que son los que penetran en la atmósfera. Pero empecemos por el principio:

De los 342 W/m ² el 51,7% es decir 177 W/m ² son dispersados por la nubes o por los gases atmosféricos (22,5%= 77W/m ² en dirección al espacio y 29,2%= 100 W/m ² en dirección a la Tierra). Sólo el 2% es decir 7W/m ² son absorbidos por las nubes.
El aire absorbe un 17,5% es decir 60 W/m ² .
A la superficie de la Tierra llega un 28,7% de la radiación solar inicial, es decir 98 W/m ² , de la que un 19,9% es decir 68 W/m ² por absorbidos por la Tierra y un 8,8% es decir 30 W/m ² son irradiados directamente al espacio.

Radiación térmica terrestre

La Tierra, como todo cuerpo caliente, emite radiación, pero al ser su temperatura mucho menor que la solar, emite radiación infrarroja de una longitud de onda, mucho más larga que la incidente y que interacciona con los gases de efecto invernadero de la atmósfera. Más del 75% del calor capturado por la atmósfera, puede atribuirse a la acción de los gases de efecto invernadero. La atmósfera transfiere la energía recibida tanto hacia el espacio (37,5%) como hacia la superficie de la Tierra (62,5%), dónde la cantidad transferida en cada dirección depende de la estructura y densidad de la atmósfera. Al recibir la superficie de la Tierra, de la atmósfera más energía que la proviniente del Sol la temperatura de la superficie puede alcanzar en promedio los 14ºC. Vayamos por partes:

La superficie de la Tierra por estar caliente irradia a la atmósfera radiación térmica por valor de 114 % de la radiación solar incidente es decir 390 W/m ² .
De ellos 40 W/m ² van directamente al espacio (un 11,7% de la radiación solar incidente).
El resto 350 W/m ² son absorbidos por la atmósfera.
La Tierra irradia a la atmósfera un 23% de la radiación solar incidente es decir 78 W/m ² por la evaporación del agua. Cada gramo de agua para pasar a vapor de agua debe absorber 537 calorías que se roban de la superficie de la Tierra. Es el mismo efecto que cuando nos mojamos y la evaporación del agua sobre nuestro cuerpo nos refresca.
La Tierra irradia a la atmósfera un 7% de la radiación solar incidente es decir 24 W/m ² por convección y turbulencia del aire atmosférico. Sabemos que el aire en contacto con la superficie de la Tierra se calienta por lo que se dilata, pierde densidad y asciende, del mismo modo el aire frío más denso desciende donde roba calor de la superficie de la Tierra y completa el ciclo. A esto se le llama convección y hay una transferencia de calor dela Tierra a la atmósfera.
La atmósfera absorbe el 132% de la radiación solar incidente es decir 452 W/m ² . (350+78+24).
La atmósfera como todo cuerpo caliente emite radiación térmica emite el 151,7% de la radiación solar incidente es decir 519 W/m ² y lo hace irradiando hacia el suelo el 94,7% de la radiación solar incidente es decir 324 W/m ² (mientras hacia el espacio irradia el 57% de la radiación solar incidente es decir 195 W/m ² (165 irradiados por la atmósfera y 30 por la nubes).

Los datos del dibujo no se corresponden al 100% con los datos citados anteriormente debido a que el dibujo está un poco incompleto.

Ver también:

(Fuente:Wikipedia)