Приобретая лучистую энергию от Солнца, земная поверхность, нагреваясь, делается и сама источником лучеиспускания. Но это излучение совсем другого порядка, чем солнечное.
Протяженность волны радиации, излучаемой нагретым телом, зависит от его температуры. А так как температура земной поверхности не превосходит нескольких десятков градусов выше нуля, то она излучает весьма долгие волны — невидимые инфракрасные лучи.
Земное излучение измеряется в тех же единицах, что и солнечное — в малых калориях.
Все тела, имеющие температуру выше полного нуля (—273 градуса), являются источниками излучения, причем интенсивность излучения зависит не только от температуры тела, но и от физических особенностей излучающих поверхностей.
Между всеми окружающими нас телами, имеющими различную температуру, происходит постоянный обмен лучеиспусканием.
В один момент с утратой тепла излучением земная поверхность приобретает некое количество его от излучения самой атмосферы, другими словами сверху вниз. Так как в общем случае температура поверхности Почвы выше температуры воздуха, то в следствии действия этих двух потоков получается постоянный уход тепла излучением от земной поверхности в воздух и в мировое пространство.
Поясним это примером, изображенным на рис. 15. Предположим, что температура поверхности Почвы 20 градусов, а температура небесного свода 10 градусов. Исходя из этого, возможно вычислить, что Почва излучает к небесному своду с каждого квадратного сантиметра поверхности в одну 60 секунд 0,616 калории, а небесный свод излучает к Почва 0,536 калории. Мы видим, что в следствии действия этих двух потоков радиации любой квадратный сантиметр земной поверхности теряет в 1 60 секунд 0,080 калории.
Предположим, что при данной же температуре небесного свода на поверхности Почвы лежит обнаженный человек, как это не редкость, к примеру, при приеме солнечных ванн. Температуру поверхности кожи возможно принять равной 30 градусам. Тогда мы возьмём, что 1 квадратный сантиметр кожи человека в одну 60 секунд излучает 0,704 калории. Вычитая из этого числа приход излучением от небесного свода 0,536 калории, приобретаем, что тело человека теряет излучением в 1 60 секунд с каждого квадратного сантиметра кожи 0,168 калории.
Поверхность кожи взрослого человека в среднем можно считать равной 1,6 квадратного метра, излучающая поверхность лежащего человека будет 0,8 квадратного метра, либо 8000 квадратных сантиметров. Полагая, что любой квадратный сантиметр кожи теряет в 1 60 секунд 0,168 калории, получается, что в этих условиях в 1 60 секунд человек будет терять 1344 калории; в случае, если человек будет лежать полчаса, то за это время его тело утратит 40 340 калорий.
Из сообщённого ясно, что утрата излучением от земной поверхности в воздух идет непрерывно днем и ночью.
Не считая температуры земной поверхности, величина излучения зависит кроме этого от прозрачности воздуха: чем прозрачнее воздух, тем интенсивнее теплопотеря излучением.
Установлено, что озон, находящийся в воздухе на высотах от 20 до 50 километров, поглощает около 25 процентов величины земного излучения; водяные пары кроме этого задерживают около 25 процентов земного излучения. Так, добрая половина излучения Почвы не имеет возможности уйти в мировое пространство и задерживается воздухом. Благодаря этим двум газам воздух оказывает на Землю большой «оранжерейный» эффект.
Величина земного излучения в большинстве случаев мала и изменяется от нескольких тысячных до 15—18 сотых калории, весьма редко достигая 0,2 калории. Но не обращая внимания на собственную маленькую величину, действуя непрерывно днем и ночью, она может давать большой тепловой эффект. Громаднейшие размеры земного излучения получаются при хорошей прозрачности и безоблачном небе воздуха; высокие тучи, как, к примеру, перистые, мало воздействуют на величину излучения; напротив, облака нижнего яруса очень сильно уменьшают излучение, довольно часто доводят его до нуля.
Так, по аналогии с людской телом мы можем вычислять, что воздух играется как бы роль простыни, а тучи являются хорошим одеялом, предохраняющим Почву от охлаждения.
Остановимся сейчас на балансе лучистой энергии. Для каждого места на земном шаре существует приход радиации в виде прямой радиации и солнечной радиации, облаками и рассеянной атмосферой, и уход радиации в виде земного излучения. В то время, когда небо безоблачно, то налицо все три вида радиации.
В случае, если небо абсолютно покрыто тучами, то прямой солнечной радиации нет; приход обусловливается лишь рассеянной радиацией, а земное излучение существенно уменьшено либо кроме того отсутствует.
Тучи уменьшают либо совсем прекращают приток солнечной радиации, увеличивают в большинстве случаев приход рассеянной радиации, очень сильно уменьшают земное излучение либо кроме того прекращают его.
При отсутствии туч земное излучение с течением времени изменяется мало и зависит от температуры поверхности Почвы и от прозрачности воздуха. Солнечная и рассеянная радиация изменяются еще в зависимости от высоты Солнца над горизонтом, а их приход за день связан с длительностью дня.
Так, чтобы получить приходо-расход лучистой энергии для какого-нибудь места, нужно вести постоянный учет всех трех видов радиации.
Учитывая баланс от дня ко дню и для разных мест земного шара, мы можем подойти к решению вопроса о балансе лучистой энергии и для земного шара в целом. Но к настоящему времени, к сожалению, мы имеем такое незначительное количество наблюдений, что выяснить приходо-расход для земного шара на основании ярких наблюдений ученые еще не смогут и ограничиваются до тех пор пока приближенным способом.