Sie erinnern sich wahrscheinlich an Ihre naturwissenschaftlichen Lehrer in der Grundschule, die erklärt haben, dass Energie weder erzeugt noch zerstört werden kann. Das ist eine grundlegende Eigenschaft des Universums.
Energie kann jedoch umgewandelt werden. Wenn die Sonnenstrahlen die Erde erreichen, werden sie in zufällige Bewegungen von Molekülen umgewandelt, die Sie als Wärme fühlen. Gleichzeitig senden Erde und Atmosphäre Strahlung zurück ins All. Das Gleichgewicht zwischen der ein- und ausgehenden Energie wird als "Energiehaushalt" der Erde bezeichnet.
Unser Klima wird von diesen Energieströmen bestimmt. Wenn die Energiemenge, die hereinkommt, größer ist als die Energie, die ausgeht, erwärmt sich der Planet.
Dies kann auf verschiedene Weise geschehen, beispielsweise wenn Meereis, das normalerweise die Sonnenstrahlung zurück in den Weltraum reflektiert, verschwindet und der dunkle Ozean stattdessen diese Energie absorbiert. Es passiert auch, wenn sich Treibhausgase in der Atmosphäre ansammeln und einen Teil der Energie einfangen, die sonst abgestrahlt worden wäre.
Wissenschaftler wie mich haben die Messung der Energiehaushalt der Erde seit den 1980er Jahren Instrumente auf Satelliten, in der Luft und der Ozeane, und auf dem Boden verwendet wird . Sie werden mehr über diese Messungen und das Energiebudget der Erde erfahren, wenn der Bericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses der Vereinten Nationen für Klimaänderungen am 9. August veröffentlicht wird.
Aber bis dahin werfen wir einen genaueren Blick darauf, wie Energie fließt und was uns der Energiehaushalt darüber sagt, wie und warum sich der Planet erwärmt.
Ausgleichende Energie von der Sonne
Praktisch die gesamte Energie im Klimasystem der Erde stammt von der Sonne. Nur ein winziger Bruchteil wird aus dem Erdinneren nach oben geleitet .
Im Durchschnitt erhält der Planet 340,4 Watt Sonnenschein pro Quadratmeter . Der gesamte Sonnenschein fällt auf die Tagesseite, und die Zahlen sind am lokalen Mittag viel höher.
Davon 340,4 Watt pro Quadratmeter:
- 99,9 Watt werden von Wolken, Staub, Schnee und der Erdoberfläche zurück ins All reflektiert.
- Die restlichen 240,5 Watt werden absorbiert – etwa ein Viertel von der Atmosphäre und der Rest von der Oberfläche des Planeten. Diese Strahlung wird im Erdsystem in Wärmeenergie umgewandelt. Fast die gesamte absorbierte Energie wird durch Energie ausgeglichen, die zurück in den Weltraum emittiert wird. Ein winziger Rest – 0,6 Watt pro Quadratmeter – sammelt sich als globale Erwärmung an. Das klingt vielleicht nicht nach viel, aber es summiert sich.
Die Atmosphäre absorbiert viel Energie und gibt sie als Strahlung sowohl in den Weltraum als auch zurück an die Oberfläche des Planeten ab. Tatsächlich erhält die Erdoberfläche fast doppelt so viel Strahlung von der Atmosphäre wie von direkter Sonneneinstrahlung. Das liegt vor allem daran, dass die Sonne die Oberfläche nur tagsüber erwärmt, während die warme Atmosphäre dort rund um die Uhr herrscht.
Zusammen beträgt die Energie, die von der Sonne und der Atmosphäre die Erdoberfläche erreicht, etwa 504 Watt pro Quadratmeter. Etwa 79 Prozent davon gibt die Erdoberfläche wieder ab. Die verbleibende Oberflächenenergie fließt in die Verdunstung von Wasser und die Erwärmung von Luft, Ozeanen und Land.
Der winzige Rest zwischen einfallendem Sonnenschein und ausgehendem Infrarot ist auf die Ansammlung von Treibhausgasen wie Kohlendioxid in der Luft zurückzuführen. Diese Gase sind für Sonnenlicht transparent, aber für Infrarotstrahlen undurchlässig – sie absorbieren und emittieren viele Infrarotstrahlen nach unten.
Als Reaktion darauf muss die Erdoberflächentemperatur steigen, bis das Gleichgewicht zwischen ein- und ausgehender Strahlung wiederhergestellt ist.
Was bedeutet das für die globalen Temperaturen?
Eine Verdoppelung des Kohlendioxids würde jedem Quadratmeter der Erde 3,7 Watt Wärme hinzufügen . Stellen Sie sich altmodische glühende Nachtlichter vor, die alle 3 Fuß (0,9 Meter) über der ganzen Welt verteilt sind und für immer eingeschaltet bleiben.
Bei der derzeitigen Emissionsrate würden sich die Treibhausgaskonzentrationen bis Mitte des Jahrhunderts gegenüber dem vorindustriellen Niveau verdoppeln.
Klimawissenschaftler berechnen, dass das Hinzufügen von so viel Wärme zur Welt das Erdklima um etwa 3 Grad Celsius erwärmen würde . Um dies zu verhindern, müsste die Verbrennung fossiler Brennstoffe, die wichtigste Quelle für Treibhausgasemissionen, durch andere Energieformen ersetzt werden.
Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz neu veröffentlicht. Den Originalartikel finden Sie hier .
Scott Denning ist Professor für Atmosphärenwissenschaften an der Colorado State University. Er wurde von der NOAA, der NASA, der National Science Foundation und dem US-Energieministerium gefördert.
