小学校の理科の先生が、エネルギーは生成も破壊もできないと説明したことをおそらく覚えているでしょう。それが宇宙の基本的な性質です。
ただし、エネルギーは変換できます。太陽の光線が地球に到達すると、それらはあなたが熱として感じる分子のランダムな動きに変換されます。同時に、地球と大気は放射線を宇宙に送り返しています。入ってくるエネルギーと出て行くエネルギーのバランスは、地球の「エネルギー収支」として知られています。
私たちの気候は、これらのエネルギーの流れによって決定されます。入ってくるエネルギーの量が出て行くエネルギーよりも多いとき、惑星は暖まります。
これは、通常は太陽放射を宇宙に反射して戻す海氷が消え、代わりに暗い海がそのエネルギーを吸収する場合など、いくつかの方法で発生する可能性があります。また、温室効果ガスが大気中に蓄積し、そうでなければ放射されたはずのエネルギーの一部を閉じ込めたときにも発生します。
私のような科学者は、1980年代から、衛星、空中および海洋、地上の機器を使用して地球のエネルギー収支を測定してきました。国連気候変動に関する政府間パネルの報告書が8月9日に発表されると、これらの測定値と地球のエネルギー収支について詳しく知ることができます。
しかしそれまでは、エネルギーがどのように流れるか、そしてエネルギー収支が地球がどのようにそしてなぜ温暖化しているかについて私たちに何を教えてくれるかを詳しく見てみましょう。
太陽からのエネルギーのバランスをとる
地球の気候システムの事実上すべてのエネルギーは太陽から来ています。地球の内部から上向きに伝導されるのはごくわずかです。
平均して、惑星は平方メートルあたり340.4ワットの日光を受け取ります。すべての日光は日中の側に降り、その数は地元の正午にはるかに高くなります。
その340.4ワット/平方メートルのうち：
- 99.9ワットは、雲、ほこり、雪、および地球の表面によって宇宙に反射されます。
- 残りの240.5ワットは、大気によって約4分の1が吸収され、残りは惑星の表面によって吸収されます。この放射は、地球システム内で熱エネルギーに変換されます。この吸収されたエネルギーのほとんどすべては、宇宙に放出されたエネルギーと一致します。わずかな残留物（1平方メートルあたり0.6ワット）が地球温暖化として蓄積します。それはあまり聞こえないかもしれませんが、それは合計されます。
大気は多くのエネルギーを吸収し、それを放射線として宇宙に放出し、惑星の表面に戻します。実際、地球の表面は、直射日光からの放射のほぼ2倍の量の放射を大気から受けます。これは主に、太陽が日中のみ表面を加熱し、暖かい雰囲気が24時間年中無休であるためです。
合わせて、太陽と大気から地球の表面に到達するエネルギーは、1平方メートルあたり約504ワットです。地球の表面はその約79パーセントを放出します。残りの表面エネルギーは、水を蒸発させ、空気、海、陸を暖めます。
入射する太陽光と発信する赤外線の間のわずかな残留物は、空気中の二酸化炭素などの温室効果ガスの蓄積によるものです。これらのガスは太陽光に対しては透明ですが、赤外線に対しては不透明です。これらのガスは、多くの赤外線を吸収して放出します。
地球の表面温度は、入ってくる放射と出ていく放射のバランスが回復するまで、それに応じて上昇する必要があります。
これは地球の気温にとって何を意味しますか？
二酸化炭素を2倍にすると、地球の1平方メートルごとに3.7ワットの熱が追加されます。全世界で3フィート（0.9メートル）ごとに配置された昔ながらの白熱常夜灯を想像してみてください。
現在の排出率では、温室効果ガスのレベルは、世紀の半ばまでに産業革命前のレベルから2倍になるでしょう。
気候科学者は、これだけの熱を世界に加えると、地球の気候が華氏約5度（摂氏3度）暖まると計算しています。これを防ぐには、温室効果ガスの主要な排出源である化石燃料の燃焼を他の形態のエネルギーに置き換える必要があります。
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スコットデニングは、コロラド州立大学の大気科学の教授です。彼は、NOAA、NASA、全米科学財団、および米国エネルギー省から資金提供を受けています。
