Albedo

Ukoliko ste tražili pojam iz botanike, pogledajte članak Mezokarp.

Albedo je broj koji pokazuje koliko se svetlosti reflektuje s površine nekoga tela, odnos odražene svetlosti prema svetlosti koja je pala na telo.

Albedo raznih materija.

Albedo (lat.: belina) je broj koji pokazuje koliko se svetlosti reflektuje s površine nekog tela, odnos odražene svetlosti prema svetlosti koja je pala na telo. Potpuno belo telo odrazilo bi svu svetlost i imalo albedo jednak jedan, a apsolutno crno telo ne bi odrazilo ništa i imalo bi albedo jednak nuli. U astronomiji se određuje albedo planeta, satelita, planetoida i drugo. Osim ako je dat za specifičnu talasnu dužinu (spektralni albedo), albedo se odnosi na čitav spektar sunčevog zračenja. Albedo Meseca iznosi 0,07 (Mesec odbija 7% svetlosti koja na njega padne sa Sunca). Među planetima najveći albedo ima Venera (0,65), a najmanji Merkur (0,11). Najveći albedo u Sunčevom sistemu ima Saturnov prirodni satelit Enkelad (0,99). Generalno, veći albedo imaju tela prekrivena gustim oblacima ili ledom, a manji tamna stenovita tela. U meteorologiji se vrednosti albeda određuju za različite vrste površine tla. Albedo za tlo prekriveno šumom iznosi 5% do 10%, suvom zemljom 10% do 15%, travom 25%, svežim snegom 80%. Prema satelitskim merenjima albedo sistema Zemlja – atmosfera iznosi oko 30%.

Ljudska delatnost je izmenila albedo (preko krčenja šuma i poljoprivrede, na primer) raznih područja sveta. Određivanje opsega promene je teško na globalnom nivou; nejasno je izazivaju li promene porast ili smanjenje globalnog zagrejavanja. „Klasičan” primer učinka albeda je povratna veza temperature snega. Ako se područje pokriveno snegom zagreje, sneg se otapa što dovodi do smanjenja albeda, više Sunčeve svetlosti se upija i temperatura još više raste. Vredi i obratno: ako se sneg uhvati na površini, dolazi do ciklusa hlađenja. Jačina učinka albeda zavisi od promena u albedu i količini osunčanosti; stoga učinak može biti izuzetno velik u tropskim krajevima.

Neki primeri učinka albeda

Ferbanks, Aljaska

Prema podatcima prikupljanima 30 godina, vremenska je postaja univerziteta u Ferbanks na Aljasci oko 3 °C toplija od vazdušne luke u Ferbanksu, delom zbog konfiguracije tla, ali i zbog nižeg albeda oko univerziteta zbog veće koncentracije borova i manje otvorenih područja pod snegom koja bi odbijala toplotu.

Tropi

Iako je učinak albeda najpoznatiji u hladnijim područjima Zemlje, jer tamo pada više snega, zapravo je mnogo jači u tropskim krajevima, jer je tu sunčevo zračenje jače i snažnije. Kad brazilski zemljoposednici seku tamnu prašumu da je zamene još tamnijom obradivom zemljom, prosečna temperatura područja raste oko 3 °C.

Prosečni albedo u Sunčevom sistemu
Nebesko telo	Geometrijski albedo	Sferni albedo
Merkur	0,106	0,119
Venera	0,65	0,75
Zemlja	0,367	0,306
Mars	0,15	0,25
Jupiter	0,52	0,343
Saturn	0,47	0,342
Uran	0,51	0,3
Neptun	0,41	0,29
Pluton	0,6	0,5
Mesec	0,12	0,07
Enkelad	1,38	0,99
Albedo raznih površina
Materijal	Albedo
Sveži sneg	0,80 – 0,90
Stari sneg	0,45 – 0,90
Oblaci	0,60 – 0,90
Pustinja	0,30
Savana	0,20 – 0,25
Njiva (neobrađeno)	0,26
Travnjak (livada)	0,18 – 0,23
Šuma	0,05 – 0,18
Asfalt	0,15
Površina vode (upadni ugao > 45°)	0,05
Površina vode (upadni ugao > 30°)	0,08
Površina vode (upadni ugao > 20°)	0,12
Površina vode (upadni ugao > 10°)	0,22

Sitni učinci

Albedo deluje i na manjoj skali. Ljudi koji leti nose tamnu odeću u većoj su opasnosti od toplotnog udara od ljudi koji nose belu ili svetlu odeću. Albedo borove šume na 45 °C zimi, ako stabla potpuno pokrivaju površinu, iznosi samo oko 9%, što je među najmanjim vrednostima u prirodnim okruženjima. Za to je delom odgovorna boja borova, a delom raspršavanje svetlosti u krošnjama koje snižava ukupnu količinu odbijene svetlosti. Zbog prodiranja svetla albedo okeana je još niži, oko 3,5%, iako ovo bitno zavisi od upadnog ugla svetlosti. Močvarno područje dostiže između 9% i 14%. Listopadna stabla daju oko 13%. Travnjaci obično imaju oko 20%. Gola zemlja zavisi od boje tla i može biti samo 5% ili čak 40%, oko 15% je prosek za obradivu zemlju. Pustinja ili velika plaža obično postižu oko 25% ali se menjaju zavisno od boje peska.

Naseljena područja

Naselja najčešće imaju neprirodne vrednosti albeda jer građevine upijaju svetlost pre nego što ona dođe do površine. Na severu su gradovi relativno tamni i imaju prosečan albedo od oko 7%, uz malo povećanje tokom leta. U većini tropskih zemalja gradovi dosežu oko 12%.

Sneg

Albedo snega doseže 90%. To je ipak idalan primer; svež dubok sneg na bezličnom krajobrazu. Iznad Antarktike prosek je malo iznad 80%.

Oblaci

Oblaci su drugi izvor albeda koji utiče na globalno zatopljenje. Različiti tipovi oblaka imaju različite vrednosti albeda, teoretski od blizu 0% minimuma do blizu 80% maksimuma. Klimatski modeli ukazuju da bi Zemlja, prekrivena potpuno belim oblacimna, imala površinsku temperaturu od oko -151 °C. Ovaj model, iako nesavršen, predviđa da bi za sniženje temperature od 5,0 °C, kao protivmera globalnom zatopljenju, „dovoljno” bilo povećati ukupan Zemljin albedo za oko 12% dodavanjem belih oblaka. Albedo i klima su u nekom područjima već izmenjeni veštačkim oblacima. Studija napravljena nakon 11. septembra 2001, kad su sve vazdušne luke u SAD bile zatvorene na tri dana, pokazala je lokalno povećanje dnevnog raspona temperature (razlike između dnevne i noćne temperature) od 1 °C.

Albedo i toplotna ravnoteža

Zračenje Sunca pada na planetsko telo iz jednog smera, a odražava se u svim smerovima. Odnos odraženog i upadnog zračenja zove se albedo. Toplota koju planeta primi od Sunca zračenjem zavisi od udaljenosti od Sunca. Na srednjoj udaljenosti Zemlje od Sunca (AJ) kroz 1 m² površine koja je postavljena normalno na smer Sunčeve svetlosti prolazi u 1 sekundi energija od 1366 J; opisana fizička veličina, odnos snage zračenja i normalne površine u slučaju planeta naziva se Sunčeva konstanta. Za udaljenost od 1 AJ ona, dakle, iznosi 1366 W/m². Sunčeva konstanta E za neku planetu opada s kvadratom udaljenosti. Budući da planeta obilazi Sunce po eliptičnoj stazi, trenutna vrednost upadnog zračenja donekle se menja. Stvarna vrednost Sunčeve konstante za Zemlju, na vrhu atmosfere (termosfera), menja se u toku godine 6,9%, u početku januara iznosi 1,412 kW/m², dok u početku juna je 1.321 kW/m², budući da se menja udaljenost Zemlje od Sunca.

Prosečna temperatura površine Zemlje je oko 288 K (14 °C).

Efekat staklene bašte je zagrejavanje Zemljine površine i donjih slojeva atmosfere selektivnim propuštanjem zračenja: Zemljina atmosfera propušta veliki postotak vidljive Sunčeve svetlosti koja zagrejava Zemlju, a deo te energije reemituje se u obliku dugotalasnog toplotnog zračenja natzad u atmosferu.

Kada zračenje padne na nebesko telo, jedan deo zračenja zaustavlja se u atmosferi i materijalu površine, a drugi deo biva odbačen. Svetlost koja je upijena preobražava se u druge oblike energije, zagrejava materijal tla, pa se kasnije opet izrači, ali u drugom području talasnih dužina. Jačina izvora svetlosti na nekoj talasnoj dužini zavisi od temperature tela (Stefan—Bolcmanov zakon). Tela niske temperature, kao što su planete, zrače pretežno u infracrvenom području (nevidljivo), a u vidljivom području zračiće tela usijana kao Sunce. Bez obzira na detalje u prenosu energije, na razlike u toku jedne godine i na zavisnost o planetografskoj širini, planetsko telo mora istu količinu energije koju je prihvatilo odaslati nazad u svemir. Dotok toplote mora biti jednak gubitku toplote. Inače bi se planeta u dužim vremenskim razmacima ili hladila ili zagrijavala (toplotna ravnoteža). S obzirom na Sunčevu konstantu E, dotok energije je:

$E\cdot {R^{2}}\cdot \pi$,

jer zračenje pada na površinu jednaku preseku sfernog planetskog tela kojem je poluprečnik R. Telo sa površine gubi zračenjem zavisno od toga kolika mu je temperatura i kolika mu je površina. Primljena toplota se raspoređuje se po površini kugle i u postojećoj atmosferi, pa planeta postiže neku prosečnu temperaturu. Svemirski prostor oko planete velika je šupljina i planeta u njoj zrači gotovo kao i crno telo. Po Stefan-Bolcmanovom zakonu jedinica površine crnog tela zrači snagom σT⁴ (σ je Stefan–Bolcmanova konstanta, jednaka 5,6704 ∙10^-8 W m^-2 K^-4). Ako se izjednači gubitak sa prispelom energijom, dobija se:

$T=({\frac {E}{4\cdot \sigma }})^{\frac {1}{4}}$

To je ravnotežna temperatura. Ona služi za prosuđivanje toplotnog stanja planete. Ona pretpostavlja da je Sunce jedini izvor toplote za neku planetu. U stvarnosti, planete imaju u unutrašnji izvor toplote.

Temperaturu atmosfere može podići staklenički učinak. Taj učinak je posebno izražen na Veneri. Količina zračenja koja ulazi pod njezine oblake nije veća od količine koja ulazi u Zemljinu troposferu, jer iako je Sunce bliže, njezini oblaci reflektuju dvostruko više nego Zemljina atmosfera. Sunčevo zračenje, koje je najveće jačine u vidljivom području svetlosti, zagrejava tlo i pridnene slojeve atmosfere. Zagrejano tlo zrači, zraci odlaze u svemir i dolazi do hlađenja. Zemljino se tlo ohladi noću mnogo jače ako je vedro i ako nema mnogo vodene pare. Na Veneri postoji uvek jednak pokrivač oblaka i guste atmosfere, pa infracrveni zraci koje zrači površina ne mogu direktno da izađu u svemir. Molekuli ugljen dioksida i, još delotvrornije, mala količina molekula vodene pare upijaju infracrveno zračenje. U celini, količina Sunčeve svetlosne energije koja prodre u atmosferu jednaka je količini energije koju u svemir zrači Venerina atmosfera, ali ta je ravnoteža postignuta pri velikoj toplotnoj zalihi atmosfere. Taj učinak zarobljenog zračenja doprinosi povišenju temperature i na Zemlji i na Marsu, ali mnogo manje nego na Veneri.

Efekat staklene bašte

Glavni članak: Efekat staklene bašte

Staklenički učinak ili efekt staklene bašte je zagrejavanje Zemljine površine i donjih slojeva atmosfere selektivnim propuštanjem zračenja: Zemljina atmosfera propušta velik postotak vidljive Sunčeve svetlosti koja zagrejava Zemlju, a deo te energije reemituje se u obliku dugotalasnog toplotnog zračenja nazad u atmosferu. Najveći deo te energije apsorbuje se u atmosferi molekulima vodene pare, ugljen-dioksida, te u manjoj meri nekih drugih gasova (hlorofluorougljenici, metan i drugi) i reflektuje se nazad prema Zemlji. Da nema učinka staklenika, temperatura bi na Zemlji bila –73 °C. Zbog povećanog stvaranja ugljen dioksida industrijskim procesima poslednjih se stotinak godina učinak staklenika povećava i dovodi do općeg zagrejavanja atmosfere.

Literatura

• Turton, Steve (3. 6. 2021). „Why is the Arctic warming faster than other parts of the world? Scientists explain”. WEForum.org. World Economic Forum. Arhivirano iz originala 3. 6. 2021. g. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Budyko, M. I. (1969-01-01). „The effect of solar radiation variations on the climate of the Earth”. Tellus. 21 (5): 611—619. Bibcode:1969Tell...21..611B. ISSN 0040-2826. doi:10.3402/tellusa.v21i5.10109. 
• Deser, C., J.E. Walsh, and M.S. Timlin (2000). „Arctic Sea Ice Variability in the Context of Recent Atmospheric Circulation Trends”. J. Climate. 13 (3): 617—633. Bibcode:2000JCli...13..617D. CiteSeerX 10.1.1.384.2863 . doi:10.1175/1520-0442(2000)013<0617:ASIVIT>2.0.CO;2. CS1 održavanje: Višestruka imena: spisak autora (veza)
• Treut, H. Le; Hansen, J.; Raynaud, D.; Jouzel, J.; Lorius, C. (septembar 1990). „The ice-core record: climate sensitivity and future greenhouse warming”. Nature. 347 (6289): 139—145. Bibcode:1990Natur.347..139L. ISSN 1476-4687. S2CID 4331052. doi:10.1038/347139a0. CS1 održavanje: Format datuma (veza)

Spoljašnje veze

• Albedo - Encyclopedia of Earth
• NASA MODIS Terra BRDF/albedo product site
• NASA MODIS BRDF/albedo product site
• Surface albedo derived from Meteosat observations
• A discussion of Lunar albedos
• Albedo Project Arhivirano na sajtu Wayback Machine (3. april 2019)
• Reflectivity of metals (chart) Arhivirano na sajtu Wayback Machine (4. mart 2016)