Budżet energetyczny

Obliczanie całej energii, która wchodzi i wychodzi z systemu ziemskiego pomaga nam zrozumieć, dlaczego planeta się ociepla. To rozliczenie energii jest znane jako budżet promieniowania Ziemi. Ten rodzaj promieniowania nie pochodzi z bomb atomowych czy elektrowni jądrowych. Jest to raczej promieniowanie elektromagnetyczne. Jest to głównie światło widzialne i promieniowanie podczerwone.

Poniższy diagram pokazuje, gdzie trafia energia. Liczby na diagramie to waty na metr kwadratowy (W/m2 lub W-m-2). Wyobraź sobie, że na ziemi leży kwadrat o wymiarach jeden metr na jeden metr. Teraz zmierz ile energii słonecznej pada na ten kwadrat w każdej sekundzie. Właśnie o tym tutaj mówimy. Średnia energia ze światła słonecznego docierającego do górnej części atmosfery Ziemi wynosi około 341,3 W/m2.

Powyżej: Światło słoneczne docierające do Ziemi znajduje się po lewej stronie. Promieniowanie podczerwone oddalające się od Ziemi jest po prawej stronie. (Obraz: K. Trenberth, J. Fasullo, and J. Kiehl)

Energia przychodząca i wychodząca

Mniej niż połowa przychodzącego światła słonecznego ogrzewa ziemię. Reszta jest odbijana przez jasne, białe chmury lub lód, albo jest pochłaniana przez atmosferę. Światło słoneczne, które dociera do ziemi, ogrzewa powierzchnię Ziemi. Ciepła ziemia i oceany wydzielają promieniowanie podczerwone (IR), które odczuwamy jako ciepło. To promieniowanie podczerwone lub ciepło przemieszcza się z powrotem w górę przez atmosferę. Większość z nich jest zatrzymywana przez gazy cieplarniane, co uniemożliwia im opuszczenie atmosfery tak szybko, jak ją opuściły. Po pewnym czasie promieniowanie IR wycieka z powrotem w przestrzeń.

W przeważającej części, energia przychodząca na Ziemię jako światło słoneczne równa się energii wychodzącej jako IR. Jeśli tak nie jest, Ziemia ogrzewa się lub ochładza. Ostatnio budżet energetyczny nie został zrównoważony. Gdy dodajemy gazy cieplarniane do atmosfery, zatrzymują one więcej ciepła w pobliżu planety i Ziemia się ogrzewa.

Powierzchnia Ziemi wpływa na rachunkowość

Wiele różnych rzeczy pokrywa Ziemię, takich jak gleba, skały, woda, lasy, śnieg i piasek. Materiały takie jak te mają różne sposoby radzenia sobie z energią słoneczną, która dociera do naszej planety. Ciemno zabarwione powierzchnie, jak ocean i lasy, odbijają bardzo mało energii słonecznej, która do nich dociera. Jasne kolorowe części powierzchni planety, takie jak śnieg i lód, odbijają prawie całą energię słoneczną, która do nich dociera.

Ilość energii odbijanej przez powierzchnię nazywana jest albedo. Albedo jest mierzone w skali od zera do jednego (lub czasami jako procent).

• Bardzo ciemne kolory mają albedo bliskie zeru (lub bliskie 0%).
• Bardzo jasne kolory mają albedo bliskie jednemu (lub bliskie 100%).

Ponieważ duża część powierzchni lądów i oceanów ma ciemny kolor, mają one niskie albedo. Pochłaniają one dużą ilość energii słonecznej, która do nich dociera, odbijając tylko niewielką jej część. Lasy mają niskie albedo, bliskie 0,15. Śnieg i lód, z drugiej strony, są bardzo jasne w kolorze. Mają bardzo wysokie albedo, tak wysokie jak 0,8 lub 0,9, i odbijają większość energii słonecznej, która do nich dociera, pochłaniając bardzo niewiele.

Albedo wszystkich tych różnych powierzchni łącznie nazywane jest albedo planetarnym. Planetarne albedo Ziemi wynosi około 0,31. Oznacza to, że około jedna trzecia energii słonecznej, która dociera do Ziemi jest odbijana w przestrzeń kosmiczną, a około dwie trzecie jest pochłaniane. Albedo Księżyca wynosi 0,07, co oznacza, że tylko 7% energii, która dociera do niego jest odbijana.

Jeśli klimat Ziemi jest chłodniejszy i jest więcej śniegu i lodu na planecie, więcej promieniowania słonecznego jest odbijane z powrotem w przestrzeń kosmiczną i klimat staje się jeszcze chłodniejszy. Z drugiej strony, gdy ocieplenie powoduje, że śnieg i lód topnieją, ciemniejsze kolory powierzchni Ziemi i oceanu są odsłonięte, a mniej energii słonecznej jest odbijane do przestrzeni kosmicznej, powodując jeszcze większe ocieplenie. Jest to znane jako sprzężenie zwrotne lód-albedo.

Chmury mają również ważny wpływ na albedo. Mają one wysokie albedo i odbijają dużą ilość energii słonecznej w przestrzeń kosmiczną. Różne rodzaje chmur odbijają różne ilości energii słonecznej. Gdyby nie było chmur, średnie albedo Ziemi spadłoby o połowę.

.