3. Klimaat en klimaatverandering

De zonnestraling op het aardoppervlak

In de atmosfeer op een heldere zonnige dag met de zon hoog aan de hemel, gaat ongeveer 40% van de straling verloren door absorptie en verstrooiing. Met andere woorden, onder de meest gunstige omstandigheden bereikt ongeveer 60% van de zonnestraling het aardoppervlak; dit heeft een waarde van ongeveer 1000 W/m².

Verstrooiing wordt veroorzaakt door alle atomen en moleculen in de atmosfeer. Het gebeurt op de gasmoleculen in de vorm van de zogenaamde Rayleigh-verstrooiing en zorgt voor de blauwe kleur van de lucht, en zorgt er ook voor dat de aarde blauw lijkt vanuit de ruimte.

Stikstof in de lucht heeft geen effect op de absorptie; zuurstof speelt slechts een zeer kleine rol. Het zijn bijna uitsluitend sporengassen die het licht absorberen. Het zichtbare lichtspectrum wordt ook nauwelijks beïnvloed door de absorptie van deze spoorgassen. De volgende illustratie toont aan dat de golflengtes van 0,4 tot 0,75 μm (of: 400 tot 750 nm) het atmosferische venster van zonnestraling in het zichtbare spectrale bereik vormen.

Hierboven: Percentage stralingsverlies wanneer zonnestraling door de atmosfeer gaat, uitgezet tegen de logaritme van de golflengte. De zon staat op het zenit, de lucht is helder en vrij van wolken. Onderaan: Bijdragen aan absorptie van de belangrijkste spoorgassen en luchtmoleculen voor Rayleigh-verstrooiing.
Bron: Wikimedia Commons, bewerkt.

De belangrijkste sporengassen zijn:

• de ozon (O₃) in de stratosfeer. Het beschermt ons tegen de schadelijke ultraviolette straling van de zon. Als het echter via verontreinigende stoffen zoals uitlaatgassen van auto's de grond bereikt, beschadigt het onze longen.
• kooldioxide en stikstofoxide die vrijkomen bij de verbranding van kolen, olie en gas,
• methaan dat wordt geproduceerd in de rijstteelt, als gevolg van veeteelt en dat vrijkomt uit smeltende permafrost,
• waterdamp, die bij stijgende temperaturen in steeds grotere hoeveelheden in de atmosfeer verdampt.

Daarnaast zijn er deeltjes in de lucht zoals stof, roet, nevel, mist en wolken. Hun verschijning en gedrag is zeer variabel en zorgt voor ons steeds veranderende weer. Het volgende diagram laat bijvoorbeeld zien dat er zelfs op een maandelijks gemiddelde enorm verschillende waarden van blootstelling aan de zon zijn.

Maandelijkse bestralingssterkte (directe zonnestraling en atmosferische straling) op de grond in Midden-Europa in 2016-2018 vergeleken met de maandelijkse bestralingssterkte bij een heldere hemel. Linksboven worden de jaartotalen weergegeven als een percentage, vergeleken met de waarde bij een heldere hemel.
Bron: Energiemeteorologie, Universiteit van Oldenburg, Duitsland.