Az energiaháztartás

A Föld rendszerébe belépő és onnan távozó összes energia számbavétele segít megérteni, miért melegszik a bolygó. Az energiának ezt az elszámolását a Föld sugárzási költségvetésének nevezzük. Ez a fajta sugárzás nem az atombombákból vagy atomerőművekből származó sugárzás. Ehelyett elektromágneses sugárzásról van szó. Ez főként látható fény és infravörös sugárzás.

Az alábbi ábra mutatja, hová megy az energia. A diagramon szereplő számok watt per négyzetméter (W/m2 vagy W-m-2). Képzeljünk el egy egy méterszer egy méteres négyzetet a földön. Most mérjük meg, hogy másodpercenként mennyi napenergia esik erre a négyzetre. Erről van szó. A Föld légkörének tetejére érkező napfény átlagos energiája körülbelül 341,3 W/m2.

Fentebb: A Földre érkező napfény a bal oldalon. A Földtől távolodó infravörös sugárzás a jobb oldalon. (Kép: K. Trenberth, J. Fasullo és J. Kiehl)

Bejövő és kimenő energia

A beérkező napfény kevesebb mint fele melegíti a földet. A maradékot a fényes fehér felhők vagy a jég visszaveri, vagy elnyeli a légkör. A talajra jutó napfény felmelegíti a Föld felszínét. A meleg talaj és az óceánok infravörös (IR) sugárzást bocsátanak ki, amelyet hőnek érzünk. Ez az IR-sugárzás vagy hő visszakerül a légkörbe. Nagy részét az üvegházhatású gázok csapdába ejtik, megakadályozva, hogy olyan gyorsan távozzon, mint ahogyan érkezett. Egy idő után az IR-sugárzás visszaszivárog az űrbe.

A legtöbb esetben a Földre napfény formájában érkező energia megegyezik az IR formájában távozó energiával. Ha nem így van, a Föld felmelegszik vagy lehűl. Az utóbbi időben az energiaháztartás nincs egyensúlyban. Ahogy a légkörbe üvegházhatású gázokat juttatunk, azok több hőt zárnak be a bolygó közelében, és a Föld felmelegszik.

A Föld felszíne befolyásolja az elszámolást

A Földet sokféle dolog borítja, például talaj, kőzetek, víz, erdők, hó és homok. Az ilyen anyagok különböző módon kezelik a bolygónkra jutó napenergiát. A sötét színű felületek, mint az óceánok és az erdők, nagyon keveset tükröznek vissza a hozzájuk jutó napenergiából. A bolygónk felszínének világos színű részei, mint a hó és a jég, a hozzájuk érkező napenergia szinte teljes egészét visszaverik.

A felszín által visszavert energia mennyiségét albedónak nevezzük. Az albedót nullától egyig terjedő skálán (vagy néha százalékban) mérik.

• A nagyon sötét színek albedója közel nulla (vagy közel 0%).
• A nagyon világos színek albedója közel egy (vagy közel 100%).

Mivel a szárazföldi felszín és az óceánok nagy része sötét színű, ezért alacsony az albedójuk. A hozzájuk érkező napenergia nagy részét elnyelik, és csak kis részét verik vissza. Az erdők albedója alacsony, közel 0,15. A hó és a jég viszont nagyon világos színű. Nagyon magas albedójuk van, akár 0,8 vagy 0,9 is lehet, és a hozzájuk érkező napenergia nagy részét visszaverik, és csak nagyon keveset nyelnek el.

Az összes ilyen különböző felület együttes albedóját bolygónk albedójának nevezzük. A Föld bolygó albedója körülbelül 0,31. Ez azt jelenti, hogy a Földre jutó napenergia körülbelül egyharmada visszaverődik az űrbe, és körülbelül kétharmada elnyelődik. A Hold albedója 0,07, ami azt jelenti, hogy a hozzá érkező energiának csak 7%-a verődik vissza.

Ha a Föld éghajlata hidegebb, és több hó és jég van a bolygón, akkor több napsugárzás verődik vissza az űrbe, és az éghajlat még hűvösebb lesz. Másrészt, ha a felmelegedés hatására a hó és a jég elolvad, a sötétebb színű földfelszín és az óceán szabaddá válik, és kevesebb napenergia verődik vissza a világűrbe, ami még nagyobb felmelegedést okoz. Ezt nevezik jég-albedo visszacsatolásnak.

A felhők is fontos hatással vannak az albedóra. Magas albedójuk van, és nagy mennyiségű napenergiát ver vissza az űrbe. A különböző típusú felhők különböző mennyiségű napenergiát tükröznek vissza. Ha nem lennének felhők, a Föld átlagos albedója a felére csökkenne.