Ünite 3: Işık ve Sıcaklık

Işık

Yeryüzünün en önemli ışık kaynağı güneştir. Güneş , Dünya atmosfer sisteminde oluşan fiziksel olaylar için gerekli temel enerjinin %99’undan fazlasının kaynağıdır. Güneş ışınları yeryüzünün ısı dengesini düzenleyen ve hava olayları için gerekli enerjiyi sağlayan iklim elemanıdır. Dünya, gelen enerjiyi dengelemek için ortalama olarak aynı miktardaki enerjiyi termal radyasyon biçiminde uzaya geri yaymalıdır. Bu termal radyasyonun miktarı yüzey sıcaklığına bağlıdır. Yüzey sıcaklığı arttıkça yayılan radyasyon miktarı da artar.

Işınların dalga boyları kısaldıkça içerdikleri enerji miktarı artar. Ultraviyole ışınlar genellikle zararlı etkilerde bulunurken, viyole ve mavi ışınların bitkilerin bünyelerinin oluşumunu ve fototropi adı verilen ışığa karşı yönelme olayında etkilidir. Kızılötesi ışınlar ısıtmada rol oynarken, mavi ve kırmızı ışınlar fotosentez olayında önemli materyallerdir.

Güneş Işınlarının Atmosferdeki Hareketi

Güneş ışınları atmosferde karşılaştıkları cisimlerin özelliklerine göre dağılma , emilme ve yansımaya uğrar.

• Dağılma : Işığın dalga boyunu değiştirmeden ya da başka bir enerji şekline dönüşmeden yolunu değiştirmesidir. Atmosfere giren kısa dalga boylu ışınların , uzun dalga boylu ışınlara göre daha fazla dağılması nedeniyle yeryüzünden bakıldığında gökyüzü mavi renkte görünür.
• Emilme : Su buharı, karbondioksit ve ozon emilmeye neden olan elemanlardır. Uzun dalga boylu ışınlar ve ultraviyole ışınlar çok emilen ışınlardır.
• Yansıma : Gelen güneş ışınlarının bir yüzeye çarptıktan sonra , geliş açısına eşit bir açıyla yüzeyden uzaklaşması olarak adlandırılır.

Dalga boyunda herhangi bir değişiklik olmaksızın uzaya yansıtılan solar radyasyon miktarı yüzeyin albedosu olarak adlandırılmaktadır.

Aydınlanma Sürelerine Göre İklim Bölgeleri

Güneş ışınlarının yeryüzüne farklı gelmesi ve yeryüzünde farklı aydınlanma süreleri ve mevsimlerin oluşmasının nedenleri dünyanın güneş çevresindeki yörüngesinin eliptik olması , kendi çevresindeki dönüşünün 1 günde gerçekleşmesi dünya ekseninin yörünge düzlemine göre eğik olmasıdır. Yeryüzünün aydınlanma sürelerine göre Tropikal Kuşak , ılıman kuşak ve kutup kuşağı olmak üzere üç iklim bölgesi meydana gelmiştir.

• Tropikal kuşak : Güne ışınları yılda bir kez (Kuzey yarımkürede olan ) 21 Haziranda kuzey eylemine (23° 27') göre dik gelmesine Yengeç Dönencesi denmektedir. 21 Aralık tarihinde 23 °27' güney yarımküredeki güney eylemine dik gelmesine ise Oğlak Dönencesi adı verilir. Güneş ışınları Yengeç Dönencesine dik geldiği gün (21 Haziran) Kuzey Yarım Kürede yaz mevsimi , Güney Yarım Kürede ise kış mevsimi başlar. Yaz Gündönümü adı verilen bu tarihten sonra Kuzey Yarım Kürede günler kısalır, Güney Yarım Kürede ise uzamaya başlar. Yengeç ve Oğlak Dönenceleri arasında kalan bölgeye Tropikal Kuşak ( gece ve gündüz uzunluklarının 13,5 ile 10,5 saat arasında değişir) adı verilmektedir.
• Ilıman kuşak : Ilıman kuşak Yengeç ve Oğlak dönenceleriyle kutup enlemleri arasında kalan bölgeleridir.
• Kutup Kuşağı : Kutup bölgesi enlemi ile kutup noktası yani 90° enlem arasında kalan bölgeleridir. Bu kuşakta güneşlenme mevsimlere göre değişmektedir. Kutup noktasına doğru gün uzunluğu artmaktadır.

Sıcaklık

Isı bir cismin moleküllerinin hareket halinde oluşuyla sahip olduğu enerji toplamıdır. Sıcaklık ise cismin elektromanyetik dalgalar yoluyla yaptığı etkidir. Özetle ısı var olan potansiyel güç, sıcaklık da bu gücün kinetik enerjisidir. Isı birimi kalori sıcaklık birimi ise derecedir. Yeryüzü ile atmosfer arasındaki ısı iletimi, kondüksiyon, radyasyon ve konveksiyon olmak üzere 3 biçimde gerçekleşir.

• Kondüksiyon : Molekülden moleküle ısı geçişinin bir cismin içinde veya birbiriyle temasta bulunan farklı sıcaklığa sahip isi cismin arasında sıcaklık dengeleninceye kadar molekül hareketi olmaksızın gerçekleşmesidir. Bu noktada cismin iletkenliği önemlidir. Katı cisimlerin iletkenliği yüksek, sıvı ve gazların iletkenlikleri ise düşüktür.
• Radyasyon : Radyasyon, güneşten gelen ısı enerjisinin elektromanyetik dalgalarla ve aracı bir madde olmaksızın bir ortamdan diğerine iletilmesidir. Güneş radyasyonunun dünya yüzeyi tarafından nasıl emdiğini kara ve deniz yüzeyine göre farklılaşır. Güneş battıktan sonra dünyadan atmosfere radyasyonla ısı iletimi kuvvetli bir biçimde ortaya çıkar. Açık havalarda bulutlu havalara oranla yüksektir. Bulutlu havalarda sıcaklıkta önemli bir azalma gözlenmezken ,açık havalarda sıcaklık don tehlikesi yatacak ölçüde düşebilmektedir.
• Konveksiyon : Konveksiyon, ısının akışkanlarının hareketi ile iletilmesidir. Kütle değişimiyle maddelerin özellikleri de değişmektedir. Kütle değişimi rüzgarsız bir ortamda ve yalnızca sıcaklık farkı ile meydana gelirse Termik Konveksiyon, rüzgar yardımıyla meydana gelirse Dinamik Konveksiyon adı verilir.

Atmosferin Isınması

Dünya kendi ekseni etrafında dönüşü sonucu gece ile gündüz, güneş çevresinde dönüşü sonucu ise mevsimler oluşur. Dünyanın güneşe en yakın olduğu tarih 3 Ocak olup , günberi olarak adlandırılır. Dünyanın güneşe en uzak olduğu tarih ise 4 Temmuz olup gün öte olarak adlandırılmaktadır.

Atmosferin ısınması kondüksiyon ve konveksiyon hareketleriyle enerjinin atmosfere iletimi sonucu gerçekleşmektedir. Atmosferin ısınmasını etkileyene faktörler yerkürenin özelliklerine bağlı faktörler, atmosferden kaynaklanan faktörler ve yüzey özelliklerine bağlı faktörler olarak sınıflandırılabilir.

Yerkürenin Özelliklerine Bağlı Faktörler : Bu faktörler içerisinde güneş ışınlarının geliş açısı ve aydınlatma süresi yer almaktadır. Güneş ışınlarının geliş açısı ne kadar dikse ,ısınma o ölçüde fazladır. Dik gelen ışığın aydınlatma alanı küçük, yansıma oranı düşüktür.

Atmosfere ulaşan ışınların geri yansıması ve emilmesi, yeryüzünün özelliklerine bağlıdır. Yeryüzünün eğimi ve yönü en önemli özellikleridir. Güneye bakan yamaçlarda ışığın geliş açısı 90° ye yakındır. Kuzey Yarım Kürede güneye bakan yamaçlar daha çok , kuzeye bakan yamaçlar daha az güneş alır. Yüzey şekillerinin neden olduğu bu farklı ısınma ve güneşlenme olayına bakı etkisi adı da verilmektedir.

Tüm bu faktörlerin etkisi ile yatay ve düşey yönde farklı sıcaklık dağılımları gözlenmektedir.

• Yatay Sıcaklık Dağlımı : Dünyadaki ya da dar bir bölgedeki sıcaklık dağılımının grafiksel gösterilmesi amacıyla belirli zamanlarda aynı sıcaklık değerlerine sahip noktaların birleştirilmesiyle oluşturulan eğrilere izoterm adı verilmektedir. İzotermler gerçek ve düzeltilmiş olarak ikiye ayrılır. Ölçüm yapılan istasyonlardaki gerçek sıcaklık değerleri verilmesiyle gerçek izotermler , sıcaklık değerlerinin deniz seviyesine göre düzeltilip , yüksekliklerin de gösterilmesiyle düzeltilmiş izoterm eğrileri oluşturulur.
• Düşey Sıcaklık Dağlımı : Gradiyent sıcaklık değişimi , adiyabatik sıcaklık değişimi ve inverziyon olmak üzere üçe ayrılır.
  a. Gradiyent Sıcaklık Değişimi : Atmosferde yukarıya doğru çıkıldıkça gaz yoğunluğu ve hava basıncındaki azalmaya bağlı olarak meydana gelen sıcaklık azalmasıdır.
  b. Adiyabatik Sıcaklık Değişimi : Yükselen hava kütlelerinde hacim genişlemesi sonucu soğuma, alçalan hava kütlelerinde de sıkışmaya bağlı hacim azalması sonucu bir ısınma oluşur. Bu olaya adiyabatik sıcaklık değişimi denir. Hava kütlesi genişlemek için enerjiye ihtiyaç duyar. Bu enerjiyi kendi ısıl çevresinden aldığı için ortam sıcaklığında bir düşüş gözlenir. Hava kütlesindeki hacimsel genişleme ve daralma kuru hava koşullarında oluşursa “kuru adiyabatik sıcaklık değişimi”, nemli hava koşullarında oluşuyorsa “nemli adiyabatik sıcaklık değişimi “ olarak adlandırılır.
  c. İnverziyon : Kış aylarında ve geceleri yerkürenin bazı bölümlerinde yükseklik artışıyla birlikte sıcaklık azalması yerine artışı görülmesine denir. İnverziyon toprak yüzeyinden başlar ise toprak inverziyonu , toprak yüzeyinden daha yukarılarda oluşursa yükseklik inverziyonu adı verilir.

Günlük Sıcaklık Değişimi ve Etkili Faktörler

Atmosferdeki sıcaklık değişimi ile yeryüzündeki güneşlenme değişimi arasında bir paralellik görülür. Ancak bazı gecikmeler nedeniyle sıcaklık gün içerisinde en yüksek değere öğle saatlerinde değil öğleden kısa bir süre sonra ulaşır. En düşük değer ise güneşin doğmasına yakın ya da doğuşundan az sonra görülür. Günlük sıcaklık değişimini bulutluluk , yağış , rüzgar , nem , enlem derecesi , kara ve deniz dağılımı , arazinin topoğrafik yapısı gibi faktörler etkilemektedir. Hava bulutlu iken günlük maksimum sıcak değeri düşer , minimum değer yükselir. Bu sonucunda bu değerler birbirine yaklaşır. Deniz rüzgarlarının etkisindeki yerlerde maksimum ve minimum sıcaklık değerleri birbirine yakındır. Denizden karaya doğru esen rüzgarlar kışın sıcaklığı arttırır, yazın ise azaltır. Karadan deniz doğru esen rüzgarlar ise kışın sıcaklığı azaltır, yazın ise arttırır. Nem bir yerin ısınmasını ve soğumasını önlediğinden sıcaklık farkı azalır.

Topraktaki günlük sıcaklık değişiminin en yüksek olduğu bölge aydınlanmanın daha yüksek olduğu toprak üst düzeyidir. Toprak yüzeyinde öğle saatlerinde en yüksek , güneş doğmadan az önce ise en düşük sıcaklık görülür. Toprakta günlük sıcaklık değişimi derinlikle ters orantılıdır. Toprak sıcaklığındaki değişimi bakı ve eğim , toprağın sürülmesi , toprak tekstürü ve organik madde miktarı etkilemektedir. Suyun özgür ısısının yüksek olması nedeniyle ısınma ve soğuma yavaş olmaktadır. Bu nedenle denize yakın bölgelerde günlük sıcaklık farkı da düşük olmaktadır.

Yıllık Sıcaklık Değişimi ve Etkili Faktörler

Yıllık sıcaklık değişim eğrilerinin oluşturulmasında aylık ortalama sıcaklıklar kullanılmaktadır. Güneşlenme durumu , enlem derecesi ile kara ve deniz dağılımı yıllık sıcaklık farklılıkları görülür ve enlem derecelerine paralel olarak artar. Ancak en yüksek sıcaklık farkı kutupları yerine yukarı enlem derecelerinin karasal bölgelerinde ve yüksek bölümlerinde görülür. Su alanlarında karalara göre sıcaklık farklılıkları daha azdır. Toprak yıllık sıcaklık değişimi , günlük sıcaklık değişimine benzerdir. Toprak derinliklerine inildikçe yıllık sıcaklık farkı azalmaktadır.

Sıcaklık Ölçümleri ve Hesaplama Yöntemleri

Hava sıcaklı , toprağın ve güneş ışınlarının doğrudan etkisi olmayan yerlerde termometre ile ölçülmektedir. Bu nedenle sıcaklık ölçümlerinde yerden iki metre yükseklikte beyaz boyalı termometre odacıkları kullanılmaktadır. Günlük sıcaklık ortalamalarının hesaplanmasında bölgeler ve ülkeler arası karşılaştırma yapabilmek için güneş ışınlarının aynı açılarla düştü yerel saatlerde yerel saatlerde yapılan ölçümler kullanılır.

En düşük ve en yüksek sıcaklıkları ölçme için minimum ve maksimum termometreler , toprak sıcaklığını ölçmek için de toprak termometreleri kullanılır.

Sıcaklık ve Bitkisel Üretim

Sıcaklık , bitkideki biyolojik tepkileri kontrol eden fiziksel ve kimyasal süreçlerini , bitki bünyesindeki gaz ve sıvıları difüzyon oranını , bitki besin maddelerinin çözünürlüğünü yönetir. Bitkilerin canlı dokuları 50 ° C üzerindeki toprakta ölürken ,düşük sıcaklıklar besin elementleri alımını engeller. 1 ° C ise bitki topraktan nem alamaz. Yüksek bitkiler 0 – 60 ° C arasındaki sıcaklıkta , kültür bitkileri ise 10- 40 ° C de büyüyebilirler.

Bitkiler gündüz yüksek gece düşük sıcaklık ister. Bu sıcaklık isteklerine ve sıcaklık değişimlerine gösterdikleri tepkiye termoperiyodizm adı verilir.