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| Sonnenstrahlung | Von der Sonne ausgehende Licht-, Wärme-, Röntgen- und Teilchenstrahlung. Infolge Abschwächung in der Lufthülle treffen nur Licht- und Wärmestrahlung auf die Erdoberfläche. Die Einstrahlung ist je nach geographischer Breite, Jahreszeit und Klima, verschieden. Die Sonne strahlt nach allen Richtungen ein Spektrum (ursprünglich das Band von Regenbogenfarben bei der Zerlegung von Sonnenlicht durch ein Prisma – vom Lateinischen spectrum, Erscheinung) elektromagnetischer Wellen aus, deren Wellenlängen den Bereich von 0,2 bis 3,6 Tausendstelmillimetern lückenlos überdecken, d.h. von Röntgenstrahlen über Ultraviolett-Strahlen und sichtbares Licht (0,38 bis 0,78 Tausendstelmillimeter) bis zur Infrarot-Wärmestrahlung. Dazu kommt noch der Sonnenwind, das sind Teilchenstrahlen (überwiegend Elektronen), die in der oberen Lufthülle Erscheinungen wie das Nordlicht auslösen. Wie die Sonnenstrahlung auf die Lufthülle der Erde trifft, beträgt ihre Leistungsdichte, die Solarkonstante, bzw. extraterrestrische Bestrahlungsstärke (vom Lateinischen extra, außerhalb, und terra, Erde) oder extraterrestrische Intensität (vom Lateinischen intensus, heftig/stark) bei lotrechtem Einfall, rund 1,4 kW je m². Beim Durchgang durch die Lufthülle wird die Sonnenstrahlung jedoch abgeschwächt und verändert. • Atome, Moleküle, Staubteilchen und vor allem Wolken reflektieren eine Teil in den Weltraum, was zur Abstrahlung beiträgt; • Moleküle und Staubteilchen streuen einen Teil in alle Richtungen – das Streulicht bezeichnet man als diffuse Strahlung (vom Lateinischen diffundere, auseinander fließen) oder Himmelsstrahlung (weil die den Himmel blau erscheinen lässt); • Infolge Absorption werden Strahlen aller Wellenlängen geschwächt und die Röntgen- und Teilchenstrahlen so gut wie vollständig, die ultravioletten fast völlig verschluckt. Die ungestreut zur Erdoberfläche gelangende Licht- und Wärmestrahlung bezeichnet man als Direktstrahlung, sie ergibt sich zusammen mit der Himmelsstrahlung (und von der Umgebung reflektierter Strahlung) die Globalstrahlung (vom Lateinischen globus, Kugel, im Sinne von Erdkugel). Ihre Bestrahlungsstärke – insgesamt nur etwa halb so groß wie die extraterrestrische – hängt von der geographischen Breite, von der Tages- und Jahreszeit (bei tiefstehender Sonne hat die Sonneneinstrahlung einen weiteren Weg durch die Lufthülle) und vom Wetter ab. An klaren Hochsommertagen mittags erreicht sie in Äquatornähe rund 1.000 W je m², in Mitteleuropa etwa 600 W je m², wobei sie zu ungefähr 90% aus Direkt – und zu 10% aus Himmelsstrahlung besteht. An Wintertagen mit bedecktem Himmel ist die Globalstrahlung zu 100% Himmelsstrahlung, und die Bestrahlungsstärke kann in Mitteleuropa dann auf 100 bis 200 W je m² sinken. Die Be- oder Einstrahlung auf der Erdoberfläche, d.h. die von der Globalstrahlung im Laufe eines Jahres übertragene Energie (Bestrahlungsstärke mal Zeit), die nutzbare Sonnenenergie, hängt zusätzlich vom Klima (dem Wetter, insbesondere der Bewölkung, im Laufe eines Jahres) ab. Ihre höchsten Werte – bis zu 2.500 kWh je m² und Jahr – findet man daher nicht in den wolkenreichen Äquatorgebieten, sondern in Trockengürteln beidseits des Äquators (Sahara, Arabien, Südafrika, Süden der USA, Australien). In Mitteleuropa werden 900 bis 1.400 kWh je m² gemessen. Geringe Leistungsdichte sowie Ungleichmäßigkeit der Sonnenstrahlung erschweren ihr Nutzung in der Solartechnik. Nahezu zwei Drittel der Global-Einstrahlung werden vom Meer absorbiert, etwas weniger als ein Drittel von der Landmasse, ein halbes Prozent speist die Windenergie und noch weniger die Photosynthese zur Erzeugung von Biomasse. All das trägt letztlich zur Erwärmung von Luft, Wasser und Boden bei, was wiederum eine Abstrahlung dieser Wärme in den Weltraum zufolge hat. |
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