أثر الغلاف الغازي على الإشعاع الشمسي

المؤلف:  د. سعود يوسف عياش

المصدر:  تكنولوجيا الطاقة البديلة

الجزء والصفحة:  (ص166 – ص168)

13-6-2021

2193

إن للغلاف الغازي تأثيرا كبيرا على الإشعاع الشمسي وعلى الاحتفاظ بدرجة حرارة الجو بشكل مقبول، وكما ذكرنا أعلاه يحتوي الطيف الشمسي على أشعة فوق بنفسجية تتميز فوتوناتها بأنها تحمل طاقة اكبر من طاقة الربط الكيماوية التي تربط بين جزيئات الأجسام الحية، وإذا حصل أن تعرضت الأجسام الحية للأشعة فوق البنفسجية فان ذلك سيؤدي إلى تدمير الروابط الكيماوية بين جزيئاتها. ولحسن الحظ فان الطبقة العليا من الغلاف الغازي المحيط بالأرض تتكون من الأوزون O₃ الذي يمتلك قدرة كبيرة على امتصاص الأشعة فوق البنفسجية.

من جانب آخر لو نظرنا إلى الأرض باعتبارها جسما حراريا لوجدنا أن معظم إشعاعاتها الحرارية تكون إشعاعات ذات موجات طويلة، أي من نوع الأشعة تحت الحمراء، ومن الخصائص المميزة لثاني أوكسيد الكربون ولبخار الماء الموجودين في الغلاف الغازي المحيط بالأرض أنهما يمتصان هذا النوع من الأشعة ويعيدان إشعاع جزء منه إلى سطح الأرض مرة أخرى، ونتيجة لهذا التأثير فان سطح الأرض يحتفظ بدرجة حرارة كالتي نعرفها، ومن الجدير أن نشير هنا إلى بعض ما يقال عن أن درجة حرارة الغلاف الغازي المحيط بالأرض ترتفع بشكل قد يؤدي إلى انصهار الجليد الموجود في القطبين الشمالي والجنوبي مما قد ينجم عنه إغراق مساحات كبيرة من المناطق الواقعة على شواطئ العالم، ويعتمد أصحاب الرأي هذا في تحليلاتهم على حقيقة أن نسبة ثاني أوكسيد الكربون في الجو تزداد بسبب الكميات الكبيرة من الوقود التي يجري استهلاكها وحرقها، وهو الأمر الذي يؤدي إلى توليد ثاني أوكسيد الكربون وزيادة نسبته في الجو، ومن هنا نستطيع إدراك الوظائف القيمة التي تمارسها النباتات الخضراء في العالم حيث تقوم باستعمال ثاني أوكسيد الكربون وتعيد للجو الأوكسجين في عملية التمثيل الضوئي وبذا تحفظ نسبة مكونات الهواء في الطبيعة ثابتة.

لكن إذا كانت مكونات الغلاف الغازي المحيط بالكرة الأرضية تؤدي هذه الوظائف المهمة فان ذلك يحصل على حساب إحداث بعض التغيرات على الإشعاع الشمسي أثناء عبوره الغلاف الغازي وقبل وصوله إلى سطح الأرض، فحين عبور الإشعاع الشمسي للغلاف الغازي يصطدم بمكونات هذا الغلاف من جزيئات الهواء إلى بخار الماء وذرات الغبار والرمال العالقة في الجو إضافة بالطبع إلى الغيوم، وتتجسد تأثيرات مكونات الغلاف الغازي على الإشعاع الشمسي في جانبين أساسيين هما:

1- امتصاص جزء من الإشعاع الشمسي، فكما ذكرنا يمتص الأوزون O₃ جزءا كبيرا من الأشعة فوق البنفسجية وكذلك يقوم بخار الماء بامتصاص أجزاء أخرى من الإشعاع الشمسي.

2- تبعثر جزء من الإشعاع الشمسي في الجو في الاتجاهات المختلفة نتيجة لعمليات الانعكاس والانكسار، ويصل جزء من هذا الإشعاع المتبعثر إلى الأرض بينما ينتشر جزء آخر في اتجاهات مختلفة إلى الفضاء، أما ذلك الجزء من الإشعاع الشمسي الذي لا يتأثر بأي من عوامل الامتصاص والانتشار فإنه يصل إلى سطح الأرض دون تغير في أطوال موجاته. ويظهر في الشكل رقم (4) تأثير الغلاف الغازي على التوزيع الطيفي لأشعة الشمس.

مما تقدم يتضح أن هناك نوعين من الإشعاع الشمسي لها علاقة وثيقة بتطبيقات الطاقة الشمسية واستعمالاتها وهما:

1- الإشعاع المباشر، وهو ذلك الجزء من الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى سطح الأرض ولا يتأثر بعوامل الامتصاص أو الانتشار.

2- الإشعاع المنتشر وهو ذلك الجزء من الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى سطح الأرض بعد أن يتعرض لعوامل الانعكاس والانكسار.

شكل (4): تأثير الغلاف الغازي على التوزيع الطيفي للإشعاع الشمسي المباشر العمودي.