Energiabudjetti

Kaiken maapallolle tulevan ja sieltä lähtevän energian huomioon ottaminen auttaa meitä ymmärtämään, miksi planeetta lämpenee. Tätä energian kirjanpitoa kutsutaan maapallon säteilybudjetiksi. Tällainen säteily ei ole sellaista, joka tulee atomipommeista tai ydinvoimaloista. Sen sijaan se on sähkömagneettista säteilyä. Se on enimmäkseen näkyvää valoa ja infrapunasäteilyä.

Oheinen kaavio osoittaa, mihin energia menee. Kaavion numerot ovat watteja neliömetriä kohti (W/m2 tai W-m-2). Kuvittele, että asetat maahan yhden metrin kertaa yhden metrin kokoisen neliön. Mittaa nyt, kuinka paljon aurinkoenergiaa putoaa tuohon neliöön joka sekunti. Siitä tässä on kyse. Maan ilmakehän yläosaan tulevan auringonvalon keskimääräinen energia on noin 341,3 W/m2.

Yläpuolella: Maahan tuleva auringonvalo on vasemmalla. Maasta poispäin lähtevä infrapunasäteily on oikealla. (Kuva: K. Trenberth, J. Fasullo ja J. Kiehl)

Tuleva ja lähtevä energia

Vähemmän kuin puolet saapuvasta auringonvalosta lämmittää maata. Loppu heijastuu pois kirkkaan valkoisista pilvistä tai jäästä tai absorboituu ilmakehään. Maahan pääsevä auringonvalo lämmittää maapallon pintaa. Lämmin maa ja valtameret säteilevät infrapunasäteilyä, jonka tunnemme lämpönä. Tämä infrapunasäteily tai lämpö siirtyy takaisin ylöspäin ilmakehän läpi. Kasvihuonekaasut pidättävät suurimman osan siitä ja estävät sitä poistumasta yhtä nopeasti kuin se saapui. Jonkin ajan kuluttua infrapunasäteily vuotaa takaisin avaruuteen.

Suurimmaksi osaksi Maahan auringonvalona tuleva energia on yhtä suuri kuin infrapunana lähtevä energia. Jos näin ei ole, Maa lämpenee tai jäähtyy. Viime aikoina energiatalous ei ole ollut tasapainossa. Kun ilmakehään lisätään kasvihuonekaasuja, ne sitovat enemmän lämpöä lähelle planeettaa ja maapallo lämpenee.

Maan pinta vaikuttaa kirjanpitoon

Monet eri asiat peittävät maapalloa, kuten maaperä, kivet, vesi, metsät, lumi ja hiekka. Tällaisilla materiaaleilla on erilaisia tapoja käsitellä planeetallemme tulevaa aurinkoenergiaa. Tummanväriset pinnat, kuten meri ja metsät, heijastavat hyvin vähän niihin pääsevää aurinkoenergiaa. Planeetan pinnan vaaleat osat, kuten lumi ja jää, heijastavat lähes kaiken niihin pääsevän aurinkoenergian.

Pinnan heijastaman energian määrää kutsutaan albedoksi. Albedo mitataan asteikolla nollasta yhteen (tai joskus prosentteina).

• Erittäin tummien värien albedo on lähellä nollaa (tai lähellä 0 %:a).
• Erittäin vaaleiden värien albedo on lähellä yhtä (tai lähellä 100 %:a).

Koska suuri osa maan pinnasta ja meristä on tummien värien sävyisiä, niiden albedo on alhainen. Ne imevät suuren osan niihin kohdistuvasta aurinkoenergiasta ja heijastavat siitä vain pienen osan. Metsien albedo on alhainen, lähes 0,15. Lumi ja jää sen sijaan ovat väriltään hyvin vaaleita. Niiden albedo on hyvin korkea, jopa 0,8 tai 0,9, ja ne heijastavat suurimman osan niihin kohdistuvasta aurinkoenergiasta ja absorboivat hyvin vähän.

Kaikkien näiden erilaisten pintojen albedoa yhdessä kutsutaan planeetan albedoksi. Maapallon planetaarinen albedo on noin 0,31. Se tarkoittaa, että noin kolmannes Maahan tulevasta aurinkoenergiasta heijastuu avaruuteen ja noin kaksi kolmasosaa absorboituu. Kuun albedo on 0,07, mikä tarkoittaa, että vain 7 % sille saapuvasta energiasta heijastuu.

Jos maapallon ilmasto on kylmempi ja planeetalla on enemmän lunta ja jäätä, enemmän auringon säteilyä heijastuu takaisin avaruuteen ja ilmasto viilenee entisestään. Toisaalta, kun lämpeneminen aiheuttaa lumen ja jään sulamista, tummempi maapallon pinta ja valtameret paljastuvat ja vähemmän auringon säteilyä heijastuu ulos avaruuteen aiheuttaen vielä enemmän lämpenemistä. Tätä kutsutaan jää-albedopalautteeksi.

Pilvillä on myös tärkeä vaikutus albedoon. Niillä on korkea albedo ja ne heijastavat suuren määrän aurinkoenergiaa avaruuteen. Erilaiset pilvityypit heijastavat erilaisia määriä aurinkoenergiaa. Jos pilviä ei olisi, maapallon keskimääräinen albedo puolittuisi.