Qué necesitás traer
Recordatorio corto de la clase 6: la luz visible va de $380$ a $700\ \mathrm{nm}$ y el infrarrojo tiene longitudes de onda más largas; a menor longitud de onda, mayor energía. Radiación y calor no son lo mismo: la radiación es energía que viaja como onda; el calor, una transferencia de energía entre cuerpos a distinta temperatura.
Desarrollo
Leer la explicación
Temperatura y longitud de onda
Todo cuerpo emite radiación, y qué radiación emite depende de su temperatura: cuanto más caliente es un cuerpo, más corta es la longitud de onda en la que emite con más intensidad (NASA Earth Observatory, Climate and Earth's Energy Budget).
| Cuerpo | Temperatura | Dónde emite con más intensidad |
|---|---|---|
| Sol | unos $5500\ ^{\circ}\mathrm{C}$ en su superficie | Luz visible |
| Tierra | unos $-20\ ^{\circ}\mathrm{C}$ de temperatura efectiva | Infrarrojo térmico (entre $8$ y $15\ \mu\mathrm{m}$, NASA) |
Por eso entra visible y sale infrarrojo: la radiación que llega del Sol es mayormente visible porque el Sol está muy caliente, y la que devuelve la Tierra es infrarroja porque la Tierra está mucho más fría.
Los cuatro destinos de la radiación
Cuando la radiación llega a algo (una nube, el aire, el suelo), le pueden pasar cuatro cosas distintas:
| Destino | Qué le pasa a la energía | Ejemplo terrestre |
|---|---|---|
| Reflexión | Rebota y vuelve a salir sin quedarse en el cuerpo | Nubes, hielo marino y nieve devuelven al espacio: en total, el 29 % de la energía solar |
| Transmisión | Atraviesa el cuerpo y sigue de largo | La luz solar atraviesa la atmósfera: el 48 % llega a la superficie y se absorbe ahí |
| Absorción | Se queda en el cuerpo, que gana energía | Vapor de agua, polvo y ozono absorben el 23 %; la superficie, el 48 % |
| Emisión | El cuerpo genera radiación propia y la manda hacia afuera | La superficie terrestre emite infrarrojo térmico |
Fijate que $29\% + 23\% + 48\% = 100\%$: toda la radiación solar que llega termina reflejada o absorbida. La emisión es distinta de las otras tres: no es lo que le pasa a la radiación que llega, sino radiación nueva que sale del cuerpo. Reflejar no es emitir: la nieve refleja luz visible del Sol; la superficie emite su propio infrarrojo.
Albedo
El albedo de una superficie es la fracción de la radiación que le llega y que refleja (UCAR Center for Science Education, Albedo and Climate):
$$\alpha = \frac{E_{\text{reflejada}}}{E_{\text{incidente}}}$$
donde $\alpha$ (alfa) es el albedo, un número entre 0 y 1 (o entre 0 % y 100 %). Un albedo cercano a 0 refleja casi nada y absorbe casi todo; uno cercano a 1 refleja casi todo.
| Superficie | Albedo | ¿Refleja mucho o poco? |
|---|---|---|
| Nieve fresca | $0{,}90$ (90 %) | Mucho |
| Hielo marino con nieve | hasta $0{,}90$ | Mucho |
| Hielo marino sin nieve | $0{,}5$ a $0{,}7$ | Bastante |
| Tierra, promedio del planeta | $0{,}31$ (UCAR) o $0{,}29$ (NASA) | Intermedio |
| Bosque | $0{,}15$ | Poco |
| Océano abierto | $0{,}06$ | Muy poco |
| Ciudad y nubes | — | — |
Las dos fuentes dan valores algo distintos para el promedio de la Tierra (29 % y 31 %). No es un error: son estimaciones de organismos distintos, y conviene decir de cuál sale el número que usás.
El infrarrojo que sale no es «calor que sube»
Es común imaginar que la Tierra se enfría porque «el calor sube y se va». Lo que sale de la Tierra hacia el espacio es radiación infrarroja emitida por la superficie: energía que viaja como onda, en todas las direcciones, y que puede atravesar el vacío (clase 6). No es aire caliente subiendo ni «calor» como sustancia. Los satélites miden justamente ese infrarrojo emitido para conocer la temperatura de tierra y mar (NASA Science, Infrared Waves).
Y el agujero de ozono no tiene que ver con esto: el ozono absorbe ultravioleta (OMS), no el infrarrojo que emite la Tierra.
Qué es la radiación y de qué depende cuánta llega
La radiación es la transferencia de energía en forma de ondas electromagnéticas, principalmente infrarroja, visible o ultravioleta. A diferencia de la conducción y la convección, no necesita un medio material: puede propagarse en el vacío. Por eso la energía del Sol llega a la Tierra atravesando el espacio. La radiación solar es la energía que emite el Sol de esta forma, y es fundamental para la vida y para muchos procesos naturales y humanos.
| Tipo | Longitud de onda | Qué tiene de particular |
|---|---|---|
| Ultravioleta (UV) | La más corta de las tres | Es invisible para el ojo humano. |
| Visible | Intermedia | Es la que vemos: todos los colores del arcoíris, del violeta al rojo. Es esencial para la fotosíntesis. |
| Infrarroja (IR) | La más larga de las tres | La percibimos como calor. |
La cantidad de radiación solar que llega a cada lugar de la Tierra depende de varios factores:
- Distancia del Sol a la Tierra. Varía un poco a lo largo del año porque la órbita de la Tierra es elíptica.
- Ángulo de incidencia: con qué inclinación llegan los rayos a la superficie.
- Atmósfera. Filtra parte de la radiación: las nubes, el polvo y otros aerosoles pueden reflejarla o absorberla, y llega menos a la superficie.
- Altitud. A mayor altitud llega más radiación, porque la atmósfera es menos densa.
- Latitud. Las zonas más cercanas al ecuador reciben más radiación solar a lo largo del año.
Un invernadero gigante
Un invernadero es una construcción cerrada de vidrio o plástico transparente. Deja entrar la luz y el calor del Sol y mantiene buena parte del calor adentro, así que su interior queda más caliente que el exterior. ¿El planeta tiene una «casa de cristal»? No hay techo de vidrio, pero la atmósfera tiene ciertos gases que retienen parte de la energía solar y permiten una temperatura adecuada para la vida. El principal es el dióxido de carbono (CO₂), aunque no es el único (clase 8).
- El Sol irradia energía.
- Una parte de esa radiación atraviesa la atmósfera y llega a la superficie.
- Parte de la energía se queda en el planeta gracias al CO₂ y a los otros gases de efecto invernadero.
- Otra parte vuelve al espacio.
¿Qué pasaría si no existiera? Sin el efecto invernadero, la temperatura media de la superficie de la Tierra sería de unos −18 °C, y la vida sería imposible.
Para pensar: si el efecto invernadero es normal y necesario, ¿por qué nos afectaría? ¿Es lo mismo efecto invernadero que cambio climático, o que calentamiento global? Lo respondemos entre las clases 8 y 12.
Fuente: presentación del docente Un invernadero gigante (Canva), diap. 2 a 10, 18 y 19.
Animación
Descripción de la animación
Desde el Sol, que tiene unos 5.500 °C en su superficie, llega a la Tierra radiación que es sobre todo luz visible, de entre 380 y 700 nanómetros. En el dibujo se ve como ondas de paso corto.
Esa radiación tiene distintos destinos. Una parte rebota en las nubes y en superficies claras y vuelve al espacio: eso es reflexión, y en total es cerca del 29 % de la energía solar que llega. Otra parte atraviesa el aire, que se dibuja como partículas separadas con mucho espacio entre ellas: eso es transmisión. La atmósfera absorbe cerca del 23 % y la superficie cerca del 48 %: eso es absorción, y el suelo gana energía.
Después la superficie emite su propia radiación. Como la Tierra está mucho más fría que el Sol, esa radiación es infrarroja, de entre 8 y 15 micrómetros, y se dibuja como ondas de paso largo, punteadas, que salen en todas las direcciones. Es emisión: radiación que viaja, no calor que sube.
Por último se comparan tres superficies que reciben la misma luz: la nieve fresca refleja cerca del 90 %, el bosque cerca del 15 % y el océano abierto cerca del 6 %; el grosor del haz reflejado cambia con esa fracción. Cuanto menos refleja una superficie, más energía absorbe. La animación cierra con el esquema de los cuatro destinos y la frase «entra visible, sale infrarrojo».
Fuentes de la animación: NASA Earth Observatory, Climate and Earth's Energy Budget; UCAR, Albedo and Climate; NSIDC, Science of Sea Ice. Esquema, no está a escala real.
Simuladores para esta clase
Opcional: simuladores interactivos que van con el tema de esta clase. Se pueden abrir antes o después de la explicación.
Clase 6
El espectro electromagnético
Recorré el espectro con un deslizador, del ultravioleta a las microondas.
Abrir el simulador →
Clase 8
Moléculas y luz (PhET)
Mandale distintas radiaciones a las moléculas del aire y mirá cuáles la absorben.
Abrir el simulador →
Clase 8
Moléculas y radiación
Simulador del prof. Federico Garberi: moléculas del aire, cuatro radiaciones y un desafío.
Abrir el simulador →
Clase 9
El balance energético de la Tierra
Cambiá los gases de efecto invernadero y el albedo y mirá hacia dónde va la temperatura.
Abrir el simulador →
Láminas para descargar
Actividades
1. ¿Por qué el asfalto quema los pies y la nieve no?
Un mediodía de sol, el asfalto oscuro está mucho más caliente que una superficie clara al lado. Explicá por qué, nombrando qué le pasa a la radiación en cada paso:
- ¿Qué radiación llega del Sol y por qué es mayormente visible?
- ¿Qué fracción refleja cada superficie? Usá la idea de albedo (una superficie oscura tiene albedo cercano a 0; una clara, cercano a 1, UCAR).
- ¿Qué pasa con la energía que no se refleja?
- ¿Qué radiación emite después la superficie, y por qué en esa región del espectro?
2. Cambiar el color sin cambiar el Sol
Afirmación a defender: un cambio de albedo modifica la temperatura de una superficie sin que cambie la radiación que llega del Sol.
Autoevaluación
Ocho preguntas. Al elegir una opción aparece una explicación: leela aunque hayas acertado.
Cargando preguntas…