Principalele surse de energie in invelisul geografic - energia solara si energia termica

1. Surse energoendogene

a).Gravitatia este generata concomitent cu procesul de condensare si aglomerare a materiei si, pe masura cresterii masei corpului teluric, campul de atractie devine factorul coordonator principal al proprietatilor de miscare si al structurarii interne a corpului respectiv.

Principalele functii ale campului gravitational sunt:

-autoorganizarea materiei, prin concentrare si ordonare spatiala, in functie de densitatea specifica a elementelor sub efectul componentei centripete (de atractie) a campului gravitational; astfel, prin dispunerea elementelor sub forma de invelisuri concentrice, in care densitatea materiei scade dinspre nucleu spre atmosfera inalta, s-a edificat structurarea zonal concentrica a planetei (formarea geosferelor interne si externe);

-"eterogenizarea" geosferelor in plan orizontal, prin intermediul diferentierilor de densitate si a "aglomerarilor" de substanta determinate de catre componenta centrifuga a campului gravitational si energia de rotatie (structurile lito-morfologice-continente, bazine oceanice, orogenuri s.a);

-edificarea formei de geoid ca suprafata gravitationala echipotentiala, rezultata prin conlucrarea dintre componenta centripeta si cea centrifuga (nascuta din rotatia Pamantului) a campului gravitational;

-directionarea vertical descendenta a fluxurilor materiale de la suprafata scoartei terestre; acest fapt se reflecta in orientarea desfasurarii in aceelasi sens a majoritatii proceselor geomorfice, hidrice, barice, edafice etc;

b).Energia termica din interiorul Pamantului Energia geotermica are origine diversa (energie relicta din perioada protoplanetara, caldura generata prin radioactivitate, procese tectonice, vulcanism s.a).

Valoarea energiei radiante interne a fost apreciata pe baza masuratorilor indirecte efectuate asupra izvoarelor fierbinti, a magmelor, gazelor si a altor produse magmato-vulcanice.

Energia calorica transmisa, din interior spre suprafata terestra, intr-o unitate de timp pe unitatea de sectiune transversala se numeste flux termic (heat flow). Valoarea obisnuita a acestuia este de 1,2-1,5 microcalorii/cm²/s sau 1,2-1,5 HFU-heat flow unit-(in miliwati/cm² = 41,87 mW/m²).

Fluxul termic este aproximativ egal in domeniul oceanic si in cel continental. Fluxul termic total venit din interiorul Pamantului a fost apreciat la 10²⁸ erg./an. El nu provine dintr-o singura sursa ci din mai multe centre diseminate indeosebi in litosfera (I.Mac, 1980, 2000).

Sursele interne de caldura au un rol esential in mentinerea echilibrului geotermic al planetei, in geneza proceselor geologice si geomorfogenetice, implicit a resurselor de subsol etc.

2. Surse energetice exogene

a). Energiile externe de atractie consta in efectele exercitate de catre campurile gravitationale, selenar si solar, asupra suprafetei terestre, avand drept consecinta formarea mareelor oceanice si (vibratiilor) continentale, ale caror "impulsuri" ritmice (fluxuri-refluxuri) sunt reglate prin intermediul miscarii de rotatie a Pamantului, a revolutiei lunare si prin pozitiile ambelor corpuri in raport cu Soarele.

b). Energia solara Soarele-reprezinta sursa principala de energie a invelisului terestru ce contribuie la intretinerea majoritatii proceselor biotice si abiotice de la suprafata Pamantului.

Referat: Sistemul circulator la om - inima, vasele de sange Proiect: Ierarhia organizarii biomoleculare

Emisia energetica solara este compusa din radiatia termica (electromagnetica) respectiv, radiatia corpusculara, sub forma de ioni, protoni si neutroni, a carei pondere si importanta energetica este mult mai redusa.

Totalitatea radiatiilor electromagnetice poarta numele de spectru solar. Radiatiile ce il compun au lungimi de unda diferite, parametru de care depinde cantitatea de energie pe care o transporta (maxima in domeniul radiatiei infrarosii).

Planeta noastra primeste doar a doua miliarda parte din energia totala emisa de Soare, o pondere infima care echivaleaza, totusi, cu o importanta cantitate de energie: 1,3 x 10²⁴ calorii pe an.

Intensitatea si structura fluxului radiativ solar se modifica simtitor in urma trecerii prin atmosfera terestra si a transformarilor rezultate prin contact cu suprafata activa.

Cantitatea de energie, acumultata pe unitatea de suprafata la limita superioara a atmosferei, este relativ invarianta si are o relevanta insemnata pentru evaluarea transformarilor pe care le va inregistra in sistemul atmosfera-suprafata activa. Valoarea sa determinata variaza intre 1,98-2,00 cal/cm²/min (1370 W/m²) si a fost numita constanta solara.

In medie, Pamantul reflecta inapoi in spatiu 30% din radiatia globala (20% prin intermediul norilor, 6% prin procese de difuziune atmosferica, iar 4% prin intermediul suprafatei terestre, in functie de albedoul acesteia) 19% sunt absorbite la trecerea prin atmosfera (16% prin absorbtie moleculara, 3% de catre nori), astfel incat doar 51% din radiatia totala ajung la suprafata Pamantului sub forma de insolatie (radiatie solara directa) care produce incalzirea rocilor, solului, apei etc.

Aceste medii fizice, odata incalzite, emit radiatii (calorice) infrarosii, cu lungime de unda lunga, spectru denumit radiatie terestra. Intrucat frecventa lungimii de unda a radiatiilor infrarosii este foarte apropiata de frecventa naturala de vibratie a moleculelor de CO₂ si de apa, existente in atmosfera, radiatiile infrarosii sunt partial absorbite rezultand astfel o crestere de energie sub forma de radiatie infrarosie modificata care se propaga in toate directiile sub forma de radiatie contrara (sau a atmosferei).

Diferenta dintre radiatia terestra si radiatia contrara se numeste radiatie efectiva. O parte din radiatia efectiva este absorbita din nou de catre atmosfera, alta este pierduta in spatiu iar alta, extrem de important, este absorbita de catre suprafata terestra fiind disponibila pentru reluarea procesului de disipare.

Procesul de redirectionare a radiatiilor infrarosii prin absorbtie si reemisie, ce determina cresterea temperaturii la nivelul suprafatei active si in atmosfera joasa, poarta denumirea de "efect de sera".

El este generat de faptul ca moleculele de CO₂ si vaporii de apa lasa sa "patrunda" radiatiile ultraviolete si luminoase (ce au lungime scurta de unda) dar nu permit "trecerea" integrala a radiatiilor de unda lunga (infrarosii) emise de suprafata terestra.

Diferenta cantitativa dintre energiile primite de sistemul "atmosfera-suprafata activa" prin insolatie (S), difuziune (D) si radiatie efectiva (Ea) si respectiv, cele cedate prin reflectare (R, exprimata prin albedo-A, adica raportul dintre R si S+D) si radiatie terestra (Et), reprezinta bilantul radiativ al suprafetei terestre. Acesta se exprima prin formula:

B = S + D + E_a - A - E_t

Modelul bilantului energetic realizat de Budiko (1977) precizeaza modul in este distribuita si utilizata cantitatea totala de 250 kcal, acumulata timp de un an, pe o suprafata de un cm², la limita superioara a atmosferei terestre: astfel, 35 kcal/cm²/an (14%) sunt absorbite in atmosfera, 110 kcal/cm²/an (44%) sunt absorbite de catre suprafata terestra, prin radiatie directa si difuza, iar 105 kcal/cm²/an (42%) sunt pierdute in spatiul cosmic prin radiatie reflectata; din cele 110 kcal/cm²/an primite de suprafata terestra, 50 kcal/cm²/an se pierd prin radiatie terestra, iar ceea ce ramane, adica cca. 60 kcal/cm²/an, reprezinta valoarea pozitiva a bilantul termic anual. Din acesta, 46 kcal/cm²/an sunt consumate pentru evaporarea apei, iar restul-14 kcal/cm²/an sunt cedate atmosferei prin miscarea turbulenta a aerului.

Dupa C. Simoi (1978), energia solara absorbita de suprafata terestra se distribuie pe trei componente:

a).energia absorbita pentru incalzire, utilizata pentru ridicarea temperaturii solului, aerului si apei, ceea ce o face sa stea la baza circuitului acestor substante;

b).energia absorbita pentru schimbari de stare, de care se leaga topirea zapezii, evaporatia, condensarea, sublimarea etc.;

c).energia absorbita in forma chimica, care se produce in substanta vie, fara schimbare de temperaturi, dar cu modificari ale structurii substantei absorbite.

In principiu, mentinerea unui echilibru termic presupune ca atmosfera si solul sa cedeze, pe termen lung, cantitati de energie sensibil egale cu cele receptate. In caz contrar, s-ar instala, in timp, temperaturi fie foarte scazute, fie foarte ridicate. Rezulta ca, in ansamblu, valoarea bilantului termic la scara globala trebuie sa fie 0.

Satisfacerea acestei conditii este insa un proces complex intrucat bilantul termic prezinta variatii notabile, de la un loc, la altul si de la un moment de timp, la altul.

La originea acestor variatii stau numeroase cauze: de ordin astronomic (modificarea inclinatiei axei polilor, precesia punctelor de echinoctiu si solstitiu pe orbita, succesiunea anotimpurilor, inegalitatea duratei zilelor si a noptilor s.a.), fizic (variatia absorbtiei radiatiei in raport cu masa atmosferei strabatute, albedoul suprafetei s.a.) geografic (modificarea unghiului de incidenta a radiatiei prin declivitatea reliefului, expunerea versantilor etc.) s.a.

Drept urmare, sub aspect termic, unele regiuni sunt excedentare, in timp ce, altele, sunt deficitare. Esential este faptul ca aceste disparitati sunt mereu compensate prin circuite de transfer energetic.

Cele mai ample schimburi prin transfer au loc intre regiunile situate la latitudini mici (ce poseda un bilant radiativ-caloric pozitiv) si cele situate dincolo de paralela de 38s, unde se inregistreaza un deficit energetic ce atinge valorile maxime la poli.

Schimburile energice reciproce intre cele doua arii, realizate indeosebi prin intermediul circulatiei generale a atmosferei si a curentilor oceanici, reprezinta cheia mentinerii echilibrului termic global.

Autoreglarea energetica a invelisului geografic se realizeaza nu numai prin transfer ci si prin procese de stocare calorica susceptibile sa inmagazineze surplusul energetic in structuri specifice (oceane, mari, ape subterane, depozite de combustibili fosili etc.) de unde pot fi mobilizate in vederea regularizarii regimului in perioadele cu deficit.