Albedo

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Odrazivost různých typů povrchů a oblak na Zemi, údaj v procentech. Nejvíce tedy povrch ohřívá, pokud je pokryt vodou či lesem..

Albedo (z latinského albusbílý) je míra odrazivosti tělesa nebo jeho povrchu. Jde o poměr odraženého elektromagnetického záření ku množství dopadajícího záření. Zlomek, obvykle vyjadřovaný procentuálně od 0 do 100 %, je důležitým pojmem v klimatologiiastronomii. Poměr závisí na frekvenci uvažovaného záření: pokud není specifikována, bere se průměr podél spektra viditelného světla. Závisí také na úhlu dopadu záření: pokud není specifikován, uvažujeme o pravém úhlu. Albedo závisí také na úhlu mezi směrem osvětlení a směrem pozorování. Pokud je tento úhel nulový, bývá albedo nejvyšší.

V astronomii se rozlišují dvě varianty albeda. Geometrické albedo odpovídá kolmému dopadu na rovný povrch. Bondovo albedo pak značí odrazivost pod různými úhly pro celé těleso a je úměrné odražené energii.

Nejvyšší albedo mají oxid hořečnatý a síran barnatý (96–98 %). Albedo čerstvého sněhu je vysoké (až 90 %). Povrch vody (oceánu) má albedo nízké (pod 10 %). Průměrné Bondovo albedo Země je přibližně 31 % (geometrické 43 %),[1] zatímco u Měsíce Bondovo albedo dosahuje průměrně jen asi 11 %, přičemž ale jeho geometrické albedo je 12 %. Celkové Bondovo albedo Země cca 30 % totiž tvoří přibližně 26 % odraz v atmosféře (větší na jižní polokouli), kterou Měsíc nemá, a jen 4 % odrazu z povrchu (větší na severní polokouli). Celkové albedo Země je tak nejmenší v červenci a to 28 %.[2] Spíše jsou ale během roku dvě minima a dvě maxima albeda a ta i přes 32 %.[3] Severní a jižní polokoule se zdají být stejně jasné (i přes rozdílné albedo povrchu) díky silnějším bouřím na jižní polokouli, které udržují albedo přibližně v rovnováze.[4] V astronomii lze podle albeda satelitů a asteroidů usuzovat na jejich složení, především na podíl ledu. Lidská činnost mění albedo různých oblastí zemského povrchu (například kácením lesů a farmařením). Přesné vyčíslení tohoto efektu v globálním měřítku je však obtížné: není zřejmé, zda tyto změny přispívají ke zvyšování nebo snižování globálního oteplování. Albedo se patrně snižuje.[5] Z pohledu shora nad atmosférou Země se tedy ztmavuje.[6]

Typickým příkladem albedo efektu je zpětná vazba teploty sněhu. Pokud se v oblasti pokryté sněhem oteplí a sníh taje, albedo se sníží, je absorbováno více slunečního záření, což přispívá k dalšímu oteplování. Obráceně to platí také: při vytváření sněhu se uplatňuje ochlazovací cyklus. Intenzita albedo efektu závisí na velikosti změny albeda a na množství slunečního záření; z toho důvodu je v tropických oblastech potenciálně velmi výrazný.

Některé příklady albedo efektů[editovat | editovat zdroj]

Tropy[editovat | editovat zdroj]

Přestože teplotní vlivy albeda jsou nejznámější v chladnějších podnebných pásmech, jelikož zde padá více sněhu, ve skutečnosti jsou mnohem silnější v tropických regionech, protože v tropech je logicky více slunečního světla. Když brazilští zemědělci pokácejí tmavý tropický deštný prales a nahradí jej ještě tmavšími poli, na nichž pěstují plodiny, průměrná roční teplota oblasti stoupne v průměru o asi 3 °C.[zdroj?]

Borové lesy[editovat | editovat zdroj]

Albedo borového lesa, ve kterém stromy kompletně pokrývají zemský povrch, rostoucího na 45 °N v zimě je pouze asi 9 %, což je vůbec nejméně mezi přirozeně se vyskytujícími suchozemskými prostředími. Částečně to způsobuje barva borovic, částečně se na tom podílí mnohačetný rozptyl slunečního světla mezi stromy, který snižuje celkové množství odraženého světla. Snadnost vnikání světla do vody snižuje oceánské albedo na asi 3,5 %, což silně ubírá z celkového množství dopadajícího světla. Albedo hlubokých bažin se pohybuje mezi 9 % a 14 %. U opadavých stromů je přibližně 13 %. U travnatého povrchu se zvyšuje na asi 20 %. Albedo holé země závisí na barvě půdy, rozmezí se pohybuje od 5 % do 40 %, na farmářské půdě průměrně 15 %. U pouště nebo rozsáhlé pláže se pohybuje v průměru kolem 25 % s odchylkami v závislosti na barvě písku. [Reference za všechny: Studie Edwarda Walkera v prérijních oblastech Great Plains v zimě okolo 45 °N].[zdroj?]

Městské oblasti[editovat | editovat zdroj]

Především změna albeda díky výstavbě vytváří městský tepelný ostrov, kdy je ve městě větší teplota vzduchu oproti okolní krajině.

Městské oblasti se vyznačují především velmi nepřirozenými hodnotami albeda, protože mnoho struktur postavených lidmi absorbuje světlo dříve než může vůbec dosáhnou povrchu. V severních částech světa jsou města relativně tmavá a Walkerova studie ukazuje, že jejich průměrné albedo je asi 7 % s pouze mírným nárůstem během léta. Ve většině tropických zemí je průměrné albedo měst kolem 12 %. Tato hodnota se podobá hodnotám typickým pro severská předměstí. Částečný důvod tvoří odlišné přírodní prostředí měst v tropických oblastech, kde například v okolí roste více velmi temných stromů; dalším důvodem je chudoba tropů a z ní vyplývající nutnost stavět z odlišných materiálů.[zdroj?]

Solární panely[editovat | editovat zdroj]

Pokud je solární panel instalován na souši, snižuje albedo a tak zvyšuje ohřívání planety. Způsobuje i tepelný ostrov ve svém okolí.[7] Solární panel tedy může být obnovitelný zdroj energie, ale nemusí být klimaticky neutrálním zdrojem ani při provozu, když svou instalací zvyšuje absorpci a produkci tepla, oproti stavu, kdyby se solární panel vůbec neinstaloval a povrch Země tak odrážel více energie.

Stromy[editovat | editovat zdroj]

Protože stromy mají tendenci mít nízké albedo, odstranění stromů by mělo vést ke zvýšení albeda a proto k ochlazení planety (je ale nutné vzít na druhou stranu v potaz i ochlazování výparem vody ze stromů - tento efekt je významný). Zpětné reakce oblak tento problém dále komplikují. V oblastech sezónně pokrytých sněhem jsou zimní albeda bezlesých oblastí o 10 % až 50 % vyšší než blízké lesnaté oblasti, neboť sníh nepokrývá stromy tak dokonale.[zdroj?]

Studie Hadleyho centra vypátrala přímou úměru (obecně oteplujícího) dopadu změny albeda a (ochlazujícího) efektu pohlcování uhlíku rostoucími lesy. Zjistili, že nové lesy v tropických a středních zeměpisných šířkách mají ochlazující dopad; nové lesy ve vyšších zeměpisných šířkách (například na Sibiři) mají neutrální nebo oteplující dopad.[8]

Například zalesňování v Číně snižuje albedo a tak částečně přispívá k oteplování.[9] Efekt je ovšem složitější a při odlesňování záleží, čím je les nahrazen, nicméně globálně odlesňování vede k ochlazování Země a to i díky albedu, které kompenzuje efekt skleníkových plynů.[10]

Mechorosty[editovat | editovat zdroj]

Mechy jsou specifickou skupinou vyšších rostlin (Embryophyta). V rámci své ekologie a výskytu dost často osidlují nejen člověkem nevyužívané cesty, obnaženou půdu nebo třeba pařezy, ale také historicky nově vzniklé biotopy, tj. patří mezi tzv. pionýrské rostliny. Tyto nově vznikající oblasti tedy nejsou zjevně velmi vstřícné a příznivé novým druhům. Podobně, jako u majoritní část dalších rostlin i pro mechy je jedním ze stěžejních nároků teplota. Zcela jistě se tedy i u nich musela vyvinout schopnost kvalitně hospodařit s vodou. Tento kruciální nárok vyžadoval adaptaci jejich morfologie a především schopnost účinně hospodařit s vodou na úkor transpirace.

Zřejmým přizpůsobením mechů k minimalizaci ztráty vody je využití efektu albeda za pomoci změny barvy. Čím více se světlo odrazí od světlejšího povrchu (sivý, bílý, šedavý) pospolitého mechového trsu, tím méně se tento trs zahřívá a přichází o vodu. Potvrzení účinnosti této adaptace lze pozorovat v praxi u zástupců mechů nacházejících se na stanovištích, které jsou delší čas exponována přímému slunečnímu svitu, například na kamenné zídce či ve spárách chodníku. Vyprahle a téměř neživě působící jedinci v této podobě přežívají extrémní podmínky. Nicméně po dešti se ale takřka okamžitě aktivují a zejména díky přítomnosti středního žebra dojde opět k jejich zezelenávání.[11]

Sníh[editovat | editovat zdroj]

Albeda sněhu mohou být až 90 %. To platí pro ideální případ – čerstvý hluboký sníh na málo členitém povrchu. V Antarktidě se průměr pohybuje něco málo nad 80 %.

Pokud se oblast pokrytá sněhem oteplí, sníh začne tát, čímž se sníží albedo, což vede k dalšímu tání (zpětná vazba albeda ledu). Předpovědi dalšího oteplování pólů a oblastí sezónně pokrytých sněhem následkem globálního oteplování stojí především na znalosti tohoto jevu.[zdroj?]

Oblaka[editovat | editovat zdroj]

Oblaka jsou dalším prvkem zvyšujícím albedo, jejich příspěvek hraje velkou roli v rovnici globálního oteplování. Různé typy oblak mají různé hodnoty albeda, teoreticky se pohybují od minima kolem 0 % až do maxima nad 70 %. Klimatické modely ukazují, že pokud by byla celá Země pokryta bílými oblaky, povrchová teplota by klesla na hodnotu asi -151 °C (-240 °F). Tento model, ačkoliv velmi vzdálený od skutečnosti, také předpovídá, že na vyrovnání 5,0 °C (9 °F) změny teploty způsobené zvětšením skleníkového efektu, je třeba „pouze“ zvýšit celkové zemské albedo asi o 12 % přidáním dalších bílých oblak.[zdroj?]

Efekty aerosolů[editovat | editovat zdroj]

Aerosoly (velmi jemné částečky/kapičky v atmosféře) mají dva dopady – přímý a nepřímý. Přímý (albedo) efekt ochlazuje planetu; nepřímý dopad (částečky fungují jako kondenzační jádra a proto mění vlastnosti oblaků) je méně jistý.[12]

Černé uhlíkaté sloučeniny[editovat | editovat zdroj]

Další klimatický albedo efekt se týká černých uhlíkatých částeček. Tento jev je obtížné kvantifikovat: IPCC říká, že jejich odhad globálního průměru ovlivnění záření BC aerosoly z fosilních paliv je … +0,2 Wm−2 (od +0,1 Wm−2 v SAR) v rozsahu +0,1 až +0,4 Wm−2.[13]

Ovšem snižování albeda pro Grónsko nelze vysvětlit černými uhlíkatými částicemi, ale jde o degradaci měřicích přístrojů na satelitech. Albedo se ve skutečnosti nesnižuje.[14]

Doba ledová[editovat | editovat zdroj]

Animace o vlivu sklonu zemské osy

IPCC zastává názor, že hlavním spouštěcím mechanismem dob ledových a meziledových jsou astronomické Milankovičovy cykly.[15] Ovšem k tomu, aby ke změně došlo, je třeba změna albeda.[16]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. Earth Fact Sheet. nssdc.gsfc.nasa.gov [online]. [cit. 2021-08-13]. Dostupné online. 
  2. STEPHENS, Graeme L.; O'BRIEN, Denis; WEBSTER, Peter J.; PILEWSKI, Peter; KATO, Seiji; LI, Jui-lin. The albedo of Earth: The Albedo of Earth. S. 141–163. Reviews of Geophysics [online]. 2015-03. Roč. 53, čís. 1, s. 141–163. Dostupné online. DOI 10.1002/2014RG000449. (anglicky) 
  3. PENTTILÄ, A.; MUINONEN, K.; IHALAINEN, O.; UVAROVA, E.; VUORI, M.; XU, G.; NÄRÄNEN, J. Temporal Variation of the Shortwave Spherical Albedo of the Earth. S. 790723. Frontiers in Remote Sensing [online]. 2022-03-11. Roč. 3, s. 790723. Dostupné online. DOI 10.3389/frsen.2022.790723. (anglicky) 
  4. SCIENCE, Weizmann Institute of. Why do Earth's hemispheres look equally bright when viewed from space?. phys.org [online]. [cit. 2023-02-23]. Dostupné online. (anglicky) 
  5. American Geophysical Union. Earth is dimming due to climate change. phys.org [online]. 2021-09-30 [cit. 2023-01-08]. Dostupné online. (anglicky) 
  6. Long-term trends in albedo as seen from a lunar observatory. www.sciencedirect.com [online]. [cit. 2024-02-23]. Dostupné online. 
  7. The Photovoltaic Heat Island Effect: Larger solar power plants increase local temperatures. www.nature.com [online]. [cit. 2023-09-24]. Dostupné online. 
  8. Offset of the potential carbon sink from boreal forestation by decreases in surface albedo. www.nature.com [online]. [cit. 2024-02-19]. Dostupné online. 
  9. Albedo-dominated biogeophysical warming effects induced by vegetation restoration on the Loess Plateau, China. www.sciencedirect.com [online]. [cit. 2024-02-19]. Dostupné online. 
  10. Combined climate and carbon-cycle effects of large-scale deforestation. www.pnas.org [online]. [cit. 2024-02-21]. Dostupné online. 
  11. SOLDÁN, Zdeněk; JANOŠÍK, Lukáš. Poikilohydrie mechorostů – úspěšná evoluční alternativa. ŽIVA [online]. Akademie věd České republiky, 14.12.2023 [cit. 2024-02-21]. Dostupné online. 
  12. Climate Change 2001: The Scientific Basis. www.grida.no [online]. [cit. 20-03-2005]. Dostupné v archivu pořízeném dne 29-06-2011. 
  13. Climate Change 2001: The Scientific Basis. www.grida.no [online]. [cit. 20-03-2005]. Dostupné v archivu pořízeném dne 29-06-2011. 
  14. POLASHENSKI, Chris M.; DIBB, Jack E.; FLANNER, Mark G. Neither dust nor black carbon causing apparent albedo decline in Greenland's dry snow zone: Implications for MODIS C5 surface reflectance. Geophysical Research Letters. 2015, roč. 42, čís. 21, s. 9319–9327. Dostupné v archivu pořízeném dne 2021-08-13. ISSN 1944-8007. DOI 10.1002/2015GL065912. (anglicky)  Archivováno 13. 8. 2021 na Wayback Machine.
  15. https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/02/WG1AR5_Chapter05_FINAL.pdf - IPCC, AR5, WG1, Chapter 5, str. 385
  16. Modulation of ice ages via precession and dust-albedo feedbacks. www.sciencedirect.com [online]. [cit. 2024-02-18]. Dostupné online. 

Související články[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]