3.1 Absorción y reflexión

Entre la atmósfera y la superficie terrestre existen varios elementos que absorben o reflejan la radiación solar.

La mayoría de los gases atmosféricos, como por ejemplo el oxígeno y el nitrógeno, son transparentes a la radiación solar incidente. No obstante, el vapor de agua, el dióxido de carbono, el metano y otros gases similares absorben parte de la energía proveniente del Sol.

Es importante recalcar, que tal y como lo representa la Figura 3 que se incluyó anteriormente, la absorción de energía atmosférica se produce a longitudes de orden determinados.

Así mismo, también la atmósfera es responsable por la reflexión hacia el espacio de un porcentaje de la irradiancia incidente. De esta forma, en promedio llega a la superficie terrestre el 70 % de irradiancia que se obtiene en la atmósfera.

El balance de radiación solar

Teniendo en cuenta la noche y el día y las estaciones del año, en promedio alrededor de 340 W de irradiancia entran en cada metro cuadrado de la Tierra.

Parte de la luz solar es reflejada de vuelta al espacio por las nubes y la atmósfera (específicamente en partículas de polvo o aerosoles en la atmósfera). Un poco más de luz solar se refleja al espacio desde la superficie de la Tierra, en particular desde las regiones brillantes como nieve y zonas cubiertas de hielo. En total, alrededor del 30% (104 W/m²) de la luz solar se refleja directamente de vuelta al espacio. Este porcentaje se denomina el albedo.

Alrededor de 161 W/m² de irradiancia es absorbida por la superficie terrestre mientras que aproximadamente 78 W/m² es absorbida por la atmósfera. En total, el sistema terráqueo (atmósfera y superficie) absorben el 70% de la energía que proviene del Sol. Esta energía calienta la superficie terrestre.

Todo cuerpo con una temperatura mayor a los 0 K emite radiación electromagnética. De esta forma, la Tierra también emite energía al espacio, logrando un equilibrio energético tal y como se muestra en la Figura 4.

 

Figura 4. Diagrama que muestra el balance energético de la atmósfera de la Tierra. En amarillo se muestra la irradiancia incidente. En rojo la emisión de radiación al espacio de la Tierra.

 

Componentes de la radiación solar

Los fenómenos de absorción y reflexión que ocurren en la atmósfera originan distintos tipos de radiación solar.
Por ejemplo, cuando vemos los objetos iluminados por la luz natural en un día nublado no percibimos sombras. Esto es porque la radiación solar ha sufrido cambios de dirección debidos a las reflexiones y refracciones que se producen cuando atraviesa la atmósfera.  Decimos entonces que tenemos radiación difusa. 

La radiación difusa no tiene una única dirección de incidencia y por tanto no se puede concentrar.

Cuando la radiación solar no ha sufrido ningún tipo de modificación sino que tiene una única dirección de incidencia se denomina radiación directa. La radiación directa posee la particularidad de que puede ser concentrada (hay tecnologías solares con dispositivos que concentran la radiación solar).

La radiación reflejada es la componente de la radiación que es reflejada por los elementos de la superficie terrestre. El valor de esta reflexión dependerá del coeficiente de reflexión ó albedo que tenga la superficie. Por ejemplo, la nieve recién caída tiene un coeficiente de reflexión de 0,9; eso significa que el 90% de la radiación que llega es reflejada. En el otro extremo tendríamos por ejemplo el mar, con un coeficiente del 0,1.

La radiación solar que llega a la superficie terrestre es la radiación global (Hg) y es el resultado de la unión de todas las componentes de la radiación: radiación directa (HD), radiación difusa (Hd) y radiación reflejada (Hr).

Es decir:

Hg = HD + Hd + Hr

 

Figura 5. Componentes de la radiación solar