The Energy Budget

Accounting for all the energy that enters and leaves the Earth system helps us understand why the planet is warming. Deze berekening van energie staat bekend als het stralingsbudget van de aarde. Dit soort straling komt niet van atoombommen of kerncentrales. Het is elektromagnetische straling. Het is vooral zichtbaar licht en infrarode straling.

Het diagram hieronder laat zien waar de energie naartoe gaat. De getallen op het diagram zijn watts per vierkante meter (W/m2 of W-m-2). Stel je voor dat je een vierkant van een meter bij een meter op de grond legt. Meet nu hoeveel zonne-energie er elke seconde op dat vierkant valt. Dat is waar we het hier over hebben. De gemiddelde energie van zonlicht dat de bovenkant van de atmosfeer van de aarde bereikt, bedraagt ongeveer 341,3 W/m2.

Boven: Zonlicht dat op de aarde valt, staat links. Infrarode straling die van de aarde weggaat, is rechts te zien. (Afbeelding: K. Trenberth, J. Fasullo, en J. Kiehl)

Inkomende en uitgaande energie

Minder dan de helft van het invallende zonlicht verwarmt de aarde. De rest wordt weerkaatst door helderwitte wolken of ijs, of wordt geabsorbeerd door de atmosfeer. Het zonlicht dat de grond bereikt, verwarmt het aardoppervlak. De warme grond en oceanen geven infrarode (IR) straling af, die wij voelen als warmte. Die IR-straling of warmte verplaatst zich weer omhoog door de atmosfeer. Het grootste deel ervan wordt door broeikasgassen tegengehouden, waardoor ze niet zo snel kunnen ontsnappen als ze zijn aangekomen. Na een tijdje lekt de IR-straling terug de ruimte in.

In de meeste gevallen is de energie die als zonlicht naar de aarde komt gelijk aan de energie die als IR weggaat. Als dat niet zo is, warmt de aarde op of koelt ze af. De laatste tijd is het energiebudget niet in evenwicht. Als we broeikasgassen aan de atmosfeer toevoegen, houden ze meer warmte vast in de buurt van de planeet en warmt de aarde op.

Aardoppervlak beïnvloedt de boekhouding

Veel verschillende dingen bedekken de aarde, zoals aarde, rotsen, water, bossen, sneeuw en zand. Dergelijke materialen gaan op verschillende manieren om met de zonne-energie die op onze planeet terechtkomt. Donkergekleurde oppervlakken, zoals oceanen en bossen, weerkaatsen heel weinig van de zonne-energie die er terechtkomt. Lichtgekleurde delen van het planeetoppervlak, zoals sneeuw en ijs, weerkaatsen bijna alle zonne-energie die tot bij hen komt.

De hoeveelheid energie die door een oppervlak wordt weerkaatst, wordt albedo genoemd. Albedo wordt gemeten op een schaal van nul tot één (of soms als een percentage).

• Zeer donkere kleuren hebben een albedo dicht bij nul (of dicht bij 0%).
• Zeer lichte kleuren hebben een albedo dicht bij één (of dicht bij 100%).

Omdat een groot deel van het landoppervlak en de oceanen donker van kleur zijn, hebben ze een laag albedo. Zij absorberen een groot deel van de zonne-energie die hen bereikt, en weerkaatsen slechts een klein deel ervan. Bossen hebben een laag albedo, in de buurt van 0,15. Sneeuw en ijs zijn daarentegen zeer licht van kleur. Zij hebben een zeer hoog albedo, wel 0,8 of 0,9, en weerkaatsen de meeste zonne-energie die hen bereikt, en absorberen heel weinig.

Het albedo van al deze verschillende oppervlakken samen wordt het planetaire albedo genoemd. Het planetaire albedo van de aarde is ongeveer 0,31. Dat betekent dat ongeveer een derde van de zonne-energie die de aarde bereikt, naar de ruimte wordt weerkaatst en ongeveer tweederde wordt geabsorbeerd. Het albedo van de maan is 0,07, wat betekent dat slechts 7% van de energie die de maan bereikt, wordt weerkaatst.

Als het klimaat op aarde kouder is en er meer sneeuw en ijs op de planeet ligt, wordt meer zonnestraling teruggekaatst naar de ruimte en wordt het klimaat nog koeler. Aan de andere kant, als door opwarming sneeuw en ijs smelten, komen donkerder gekleurde aardoppervlakken en oceanen bloot te liggen en wordt minder zonne-energie naar de ruimte teruggekaatst, waardoor het nog warmer wordt. Dit staat bekend als de ijs-albedo terugkoppeling.

Ook wolken hebben een belangrijk effect op het albedo. Ze hebben een hoog albedo en weerkaatsen een grote hoeveelheid zonne-energie naar de ruimte. Verschillende soorten wolken weerkaatsen verschillende hoeveelheden zonne-energie. Als er geen wolken waren, zou het gemiddelde albedo van de aarde met de helft afnemen.