Radiasi matahari merupakan variabel meteorologi penting yang berfungsi untuk menentukan jumlah "panas" yang akan kita terima dari matahari di permukaan bumi. Jumlah radiasi matahari ini diubah oleh perubahan iklim dan retensi gas rumah kaca.
Radiasi matahari dapat memanaskan permukaan tanah dan benda-benda (termasuk diri kita sendiri) sementara hampir tidak memanaskan udara. Lebih jauh lagi, variabel ini sangat penting untuk mengevaluasi upaya kita dalam memerangi perubahan iklim. Ingin mempelajari semua tentang radiasi matahari?
Radiasi matahari melewati atmosfer
Saat kita berada di pantai pada salah satu hari musim panas yang terik ini, kita berbaring untuk berjemur. Semakin lama kita berbaring di atas handuk, semakin kita menyadari tubuh kita memanas dan suhu tubuh kita meningkat, sampai kita perlu berenang atau mencari tempat teduh karena kulit kita terbakar. Apa yang terjadi di sini, jika udaranya tidak sepanas itu? Yang terjadi adalah sinar matahari telah melewati atmosfer kita dan memanaskan tubuh kita tanpa secara signifikan menghangatkan udara.
Sesuatu yang mirip dengan apa yang terjadi pada kita dalam situasi ini juga terjadi di Bumi: Atmosfer hampir 'transparan' terhadap radiasi matahari, tetapi permukaan Bumi dan benda-benda lain di atasnya menyerapnya. Energi yang ditransfer oleh Matahari ke Bumi dikenal sebagai energi radiasi. Radiasi merambat melalui ruang angkasa dalam bentuk gelombang yang membawa energi. Tergantung pada jumlah energi yang dibawanya, gelombang tersebut diklasifikasikan sepanjang spektrum elektromagnetik. Kita memiliki gelombang yang paling energik, seperti sinar gamma, sinar-X, dan ultraviolet, serta gelombang dengan energi yang lebih rendah, seperti inframerah, gelombang mikro, dan gelombang radio.
Semua benda memancarkan radiasi
Semua benda memancarkan radiasi sesuai dengan suhunya. Hal ini diatur oleh hukum Stefan-Boltzmann , yang menyatakan bahwa energi yang dipancarkan oleh suatu benda berbanding lurus dengan pangkat empat suhunya. Inilah sebabnya mengapa Matahari, sepotong kayu yang terbakar, tubuh kita sendiri, dan bahkan sepotong es terus-menerus memancarkan energi.
Hal ini membawa kita pada pertanyaan: mengapa kita dapat "melihat" radiasi yang dipancarkan oleh matahari atau sepotong kayu yang terbakar, tetapi tidak dapat melihat radiasi yang kita pancarkan sendiri, permukaan Bumi, atau sepotong es? Nah, ini sebagian besar bergantung pada suhu yang dicapai setiap objek , dan oleh karena itu, jumlah energi yang dipancarkannya. Semakin tinggi suhu suatu benda, semakin besar jumlah energi yang dipancarkannya dalam gelombang, dan itulah mengapa benda tersebut menjadi lebih terlihat.
Matahari memiliki suhu 6.000 K dan memancarkan radiasi terutama dalam spektrum tampak (umumnya dikenal sebagai gelombang cahaya). Matahari juga memancarkan radiasi ultraviolet (yang memiliki energi lebih besar dan karenanya dapat membakar kulit kita jika terpapar dalam waktu lama), dan sisanya adalah radiasi inframerah, yang tidak dapat dirasakan oleh mata manusia. Inilah sebabnya mengapa kita tidak dapat merasakan radiasi yang dipancarkan oleh tubuh kita sendiri. Suhu tubuh manusia sekitar 37 derajat Celcius, dan radiasi yang dipancarkannya terutama berada dalam rentang inframerah.
Bagaimana radiasi matahari bekerja
Mengetahui bahwa benda-benda terus-menerus memancarkan radiasi dan energi mungkin menimbulkan pertanyaan lain: Mengapa benda-benda tidak mendingin secara bertahap jika mereka memancarkan energi dan radiasi? Jawabannya sederhana: mereka juga menyerap energi. Ada hukum lain, hukum keseimbangan radiasi, yang menyatakan bahwa suatu benda memancarkan jumlah energi yang sama dengan yang diserapnya. Inilah mengapa benda-benda mampu mempertahankan suhu konstan.
Dengan demikian, dalam sistem Bumi-atmosfer kita, serangkaian proses terjadi di mana energi diserap, dipancarkan, dan dipantulkan, sehingga keseimbangan akhir antara radiasi yang mencapai puncak atmosfer dari Matahari dan yang lolos ke luar angkasa adalah nol. Ini berarti bahwa suhu rata-rata tahunan tetap konstan. Ketika radiasi matahari memasuki Bumi, sebagian besar diserap oleh permukaan Bumi. Sangat sedikit radiasi yang masuk diserap oleh awan dan udara. Sisa radiasi dipantulkan oleh permukaan, gas, dan awan dan dikembalikan ke luar angkasa.
Jumlah radiasi yang dipantulkan oleh suatu objek relatif terhadap radiasi yang datang dikenal sebagai 'albedo'. Oleh karena itu, kita dapat mengatakan bahwa sistem Bumi-atmosfer memiliki albedo rata-rata 30%. Salju yang baru turun atau beberapa awan kumulonimbus dengan perkembangan vertikal yang signifikan memiliki albedo mendekati 90%, sedangkan gurun memiliki sekitar 25% dan lautan sekitar 10% (menyerap hampir semua radiasi yang mencapainya).
Bagaimana kita mengukur radiasi?
Untuk mengukur radiasi matahari yang kita terima di suatu titik, kita menggunakan alat yang disebut piranometer. Alat ini terdiri dari sensor yang terbungkus dalam belahan transparan yang mentransmisikan semua radiasi dengan panjang gelombang yang sangat pendek. Sensor ini memiliki segmen putih dan hitam yang berselang-seling yang menyerap radiasi secara berbeda. Kontras suhu antara segmen-segmen ini dikalibrasi sesuai dengan fluks radiasi (diukur dalam watt per meter persegi).
Perkiraan jumlah radiasi matahari yang kita terima juga dapat diperoleh dengan mengukur jumlah jam sinar matahari yang kita miliki. Untuk melakukan ini, kami menggunakan alat yang disebut heliograf. Ini dibentuk oleh bola kaca yang berorientasi ke arah selatan geografis, yang bertindak sebagai kaca pembesar besar, memusatkan semua radiasi yang diterima dalam titik pijar yang membakar selotip kertas khusus yang disesuaikan dengan jam dalam sehari.
Radiasi matahari dan peningkatan efek rumah kaca
Sebelumnya kita telah menyebutkan bahwa jumlah radiasi matahari yang masuk dan keluar Bumi adalah sama. Ini tidak sepenuhnya benar, karena jika demikian, suhu rata-rata global planet kita akan mencapai -88 derajat Celcius. Kita membutuhkan sesuatu untuk membantu kita mempertahankan panas agar suhu tetap nyaman dan layak huni sehingga kehidupan dapat terwujud di Bumi. Di sinilah efek rumah kaca berperan. Ketika radiasi matahari mengenai permukaan Bumi, hampir setengahnya dipantulkan kembali ke atmosfer sebelum dikeluarkan ke luar angkasa. Kita telah membahas bagaimana awan, udara, dan komponen atmosfer lainnya menyerap sebagian kecil radiasi matahari. Namun, jumlah yang diserap ini tidak cukup untuk mempertahankan suhu stabil yang akan membuat planet kita layak huni. Bagaimana kita bisa hidup dengan suhu seperti ini?
Gas rumah kaca adalah gas-gas yang memerangkap sebagian panas yang dipancarkan oleh permukaan Bumi, mencegahnya kembali ke atmosfer. Contoh gas rumah kaca meliputi uap air, karbon dioksida (CO2), nitrogen oksida, sulfur oksida, dan metana. Setiap gas rumah kaca memiliki kapasitas yang berbeda untuk menyerap radiasi matahari. Semakin besar kapasitasnya untuk menyerap radiasi, semakin banyak panas yang ditahan dan dicegah agar tidak lepas ke angkasa.
Sepanjang sejarah manusia, konsentrasi gas rumah kaca (terutama CO2) terus meningkat. Lonjakan ini sebagian besar disebabkan oleh Revolusi Industri dan pembakaran bahan bakar fosil di industri, produksi energi, dan transportasi . Pembakaran bahan bakar fosil seperti minyak dan batu bara menghasilkan emisi CO2 dan metana. Emisi yang semakin tinggi ini memerangkap sejumlah besar radiasi matahari, mencegahnya kembali ke angkasa.
Ini dikenal sebagai efek rumah kaca. Namun, peningkatan efek ini, yang kita sebut efek rumah kaca, justru kontraproduktif , karena yang kita lakukan adalah meningkatkan suhu rata-rata global semakin tinggi. Semakin tinggi konsentrasi gas penyerap radiasi di atmosfer, semakin banyak panas yang akan ditahan, dan oleh karena itu, suhu akan semakin tinggi.
Radiasi matahari dan perubahan iklim
Pemanasan global dikenal di seluruh dunia. Kenaikan suhu akibat retensi besar radiasi matahari menyebabkan perubahan iklim global. Ini tidak hanya berarti bahwa suhu rata-rata planet akan meningkat, tetapi iklim dan segala sesuatu yang menyertainya akan berubah.
Peningkatan suhu menyebabkan ketidakstabilan arus udara, massa laut, distribusi spesies, pergantian musim, dan peningkatan kejadian cuaca ekstrem (seperti kekeringan, banjir, badai, dll.) . Oleh karena itu, untuk memulihkan keseimbangan radiasi kita secara stabil, kita harus mengurangi emisi gas rumah kaca dan memulihkan iklim kita.
