O Sol é a Principal Fonte de Energia para o Sistema Climático da Terra.

A energia do Sol conduz o sistema climático

O Sol aquece o planeta, conduz o ciclo hidrológico, e torna possível a vida na Terra. A quantidade de luz solar recebida na superfície terrestre é afectada pela reflectividade da superfície, o ângulo do Sol, a saída do Sol e as variações cíclicas da órbita da Terra em torno do Sol.

A ciência básica da energia solar e o papel que ela desempenha no clima da Terra pode ser compreendida pelos alunos do ensino médio, mas as complexidades do equilíbrio energético da Terra continuam a ser uma área de investigação científica activa. Assim, este tópico é elementar e complexo.

Este princípio está relacionado com o Princípio da Alfabetização Energética 2: Os processos físicos na Terra são o resultado do fluxo de energia através do sistema Terra.

Mostrar aos estudantes a mecânica básica do sistema climático

Entender o papel da radiação solar no sistema climático da Terra pode ajudar-nos a compreender conceitos importantes como:

As causas das estações do ano.

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Esta figura mostra a inclinação do eixo da Terra, que causa as estações do ano. (Nota: Distância e diâmetro NÃO à escala.)

As estações são causadas pela inclinação do eixo da Terra. O eixo inclinado significa que as partes norte e sul da Terra não recebem quantidades iguais de radiação solar (energia por unidade de área). Quando o hemisfério sul é inclinado em direção ao sol, é verão no hemisfério sul e inverno no hemisfério norte. (Princípio 1c)

As razões pelas quais a idade do gelo ocorre.

As idades do gelo foram causadas por mudanças na distribuição da radiação solar recebida sobre a superfície da Terra. O caminho da órbita da Terra não é constante. Variações na trajetória orbital da Terra fazem com que a radiação solar que chega a qualquer ponto da superfície da Terra mude. (Princípio 1d)

Como a quantidade de energia emitida pelo Sol (luminosidade do Sol) muda ao longo do tempo.

A saída do sol não é constante. Sua luminosidade (energia total emitida pelo sol) tem aumentado ao longo do tempo geológico, e varia ligeiramente em escalas de tempo mais curtas.

Por que o aquecimento climático recente não foi causado por aumentos na produção de energia solar.

A produção de energia solar não mudou o suficiente nas últimas décadas para explicar os aumentos de temperatura que foram observados durante este mesmo período. (Princípio 1e)

A maioria das formas de energia que os seres humanos utilizam é derivada da energia solar.

Muitas formas de energia que os humanos usam, em última análise, derivam da radiação solar, tais como alimentos, hidrocarbonetos (tais como petróleo e gás natural), energia eólica, energia hidroeléctrica e, claro, energia solar.

Ajudando os alunos a compreenderem estas ideias

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Esta figura mostra uma visão de 1.000.000 anos das variações na órbita da Terra (chamados ciclos de Milankovitch), e o efeito resultante na forçagem solar. A curva inferior mostra os ciclos das idades recentes do gelo.

Ao longo da maioria dos programas e padrões de educação científica, o papel do sol no fornecimento de energia ao sistema terrestre está incluído, mas muitas vezes de uma forma desarticulada. As estações e sua importância na condução de padrões climáticos sazonais e migração de animais podem ser ensinadas na escola primária e depois não revisitadas por muitos anos, se é que não foram revisitadas.

Mais ainda, estudantes de todas as idades, incluindo estudantes universitários e adultos, têm dificuldade em compreender o que causa as estações. Além da inclinação axial, fatores que entram em jogo nos modelos mentais das pessoas incluem a crença de que a Terra orbita o Sol em um caminho elíptico alongado; confusão sobre o tamanho relativo, movimento e distância da Terra do Sol; como a luz viaja; a duração da revolução da Terra ao redor do Sol; e até mesmo o período de rotação. Uma estratégia para mitigar esse equívoco comum é assegurar que as “razões para as estações do ano” sejam adequadamente abordadas no ensino médio, quando os alunos têm formação suficiente em geometria e física para compreender os conceitos (McCaffrey & Buhr, 2008).

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A quantidade de energia solar recebida pela Terra tem seguido o ciclo natural de 11 anos de pequenos altos e baixos do Sol, sem aumento líquido desde os anos 50. Durante o mesmo período, a temperatura global subiu acentuadamente. Portanto, é extremamente improvável que o Sol tenha causado a tendência de aquecimento global observada ao longo do último meio século. Imagem da NASA.

Um equívoco persistente é que o nosso recente aquecimento climático é devido a mudanças na energia de entrada do Sol, em vez de aumentos das emissões de gases de efeito estufa. Isto pode ser resolvido examinando os registros da produção solar e comparando-os com os registros de temperatura global. Os dados mostram claramente que a irradiação solar não está correlacionada com a temperatura da Terra.

Excelentes explicações para isso podem ser encontradas na Skeptical Science: Sol e Clima: Movendo-se em Direções Opostas e com um gráfico da Bloomberg: O que está realmente aquecendo o mundo? Este gráfico envolvente é feito com dados da NASA e saída de modelos.

Trazendo estas idéias para sua sala de aula

A radiação solar é a energia fundamental que impulsiona nosso sistema climático, e quase todos os processos climáticos e biológicos na Terra dependem da entrada solar. A energia do sol é essencial para muitos processos na Terra, incluindo o aquecimento da superfície, evaporação, fotossíntese e circulação atmosférica. Assim, examinar como o sol alimenta diferentes processos na Terra pode ser uma parte de muitos tipos de cursos de ciência. Muitos dos conceitos científicos relacionados com este princípio podem ser abordados encorajando observações sazonais, participando em programas de ciência cidadã com estudantes (como o GLOBE), e revisando periodicamente o básico de como a quantidade e intensidade da energia solar afeta o clima da Terra.

As formas como a energia do Sol impulsiona o sistema climático podem ser ensinadas a partir de um nível muito básico para cima através das abordagens científicas mais sofisticadas.

Soluções Integradoras – Os conceitos científicos que se relacionam com a radiação solar podem ser expandidos para incluir engenharia e tecnologia de energia solar, incluindo fornos solares, design solar passivo, energia solar térmica e eletricidade solar. Isto pode ajudar a sensibilizar para alternativas ao uso de combustíveis fósseis e criar um fórum para discussões sobre soluções para a mudança climática que nossa sociedade pode adotar.

Materiais didáticos da coleção CLEAN

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Esta figura mostra como o gelo branco reflete a luz solar enquanto a água mais escura do oceano absorve a luz solar. Isto é chamado albedo, ou reflectividade.

Escola média

• Globos e outros modelos físicos podem ser usados para mostrar a inclinação do eixo da Terra e como isso afecta a distribuição da luz solar durante diferentes estações, como em My Angle on Cooling: Efeitos da Distância e Inclinação.
• Introdução ao Clima da Terra – Esta lição é uma introdução ao clima da Terra e cobre os princípios-chave relativos ao clima único da Terra, atmosfera e diferenças climáticas regionais e temporais.
• Sentindo-se aventureiro? O Albedo Incrível é uma atividade prática que envolve a medição da temperatura de diferentes superfícies coloridas.

Alta escola

• O Clima: Um applet Balancing Act permite aos alunos ajustar parâmetros que afetam o balanço energético da Terra: a radiação solar de entrada, o efeito albedo, o efeito estufa e a radiação de saída.
• Os alunos podem aprender como os ciclos orbitais e a idade do gelo estão bem correlacionados com o Applet Clima dos Ciclos Milankovitch.
• Esta ferramenta de visualização interativa das estações pode se tornar a base para a exploração aberta de como a radiação solar varia com a localização e a estação do ano.
• A Influência Solar: O vídeo sobre mudança climática das Academias Nacionais pode ajudar a reforçar as evidências de que a atividade solar não está causando o aquecimento global.

Métodos Pedagógicos Relacionados:

• – Ensino de Ciência Incerta
• – Usando uma abordagem de História da Terra

College

• Orçamento do Calor da Terra é uma atividade prática de laboratório que investiga os efeitos da distância e do ângulo sobre a entrada de radiação solar, albedo, a capacidade de calor da terra e da água, e como estes causam as estações.
• Motions of the Sun Lab usa um simulador animado para permitir aos alunos manipular variáveis para compreender o movimento aparente do sol no céu.
• Observar mudanças na órbita da Terra que contribuem para a mudança climática – Esta visualização animada dos ciclos de Milankovitch pode preparar o palco para uma discussão mais avançada dos forcings climáticos.
• Uma abordagem quantitativa pode ser usada com esta introdução passo-a-passo a um modelo STELLA simples: Modelar o Balanço Energético da Terra.
• Modelar o Clima Primitivo da Terra com GEEBITT ajuda os alunos a familiarizarem-se com os processos físicos que tornaram o clima primitivo da Terra tão diferente do de hoje.

Pesquisar atividades e visuais para o ensino deste tópico

Pesquisar por nível de série: escola média do ensino médio do ensino médio do ensino superior procurar todos os níveis de série

Qual é o Papel do Sol nas Mudanças Climáticas? – A NASA oferece um olhar legível mas autoritário sobre por que a atividade solar, ciclos solares e manchas solares não estão relacionados ao aquecimento do clima de hoje. A NASA tem um post relacionado que desmistifica o mito de uma era glacial iminente.

Sol e Clima: Movendo-se em Direções Opostas Esta página do site Skeptical Science fornece respostas claras a perguntas e mal-entendidos comuns sobre as mudanças climáticas.

O que está realmente aquecendo o mundo? – Este gráfico animado compara diferentes forcings que estão agindo sobre o clima da Terra. As mudanças climáticas causadas pela variação orbital, a luminosidade do sol e as emissões vulcânicas são comparadas com o efeito das emissões de efeito estufa. O gráfico é muito envolvente e os dados são do Goddard Institute for Space Studies (GISS) da NASA.

McCaffrey & Buhr, 2008: Clarificando a Confusão Climática. – Artigo de revista de Physical Geography sobre conceitos errados comuns na ciência climática.