Bạn có thể nhớ các giáo viên khoa học cấp lớp của bạn giải thích rằng năng lượng không thể được tạo ra cũng như không bị phá hủy. Đó là một thuộc tính cơ bản của vũ trụ.
Tuy nhiên, năng lượng có thể được chuyển hóa. Khi các tia sáng mặt trời đến Trái đất, chúng được biến đổi thành các chuyển động ngẫu nhiên của các phân tử mà bạn cảm thấy như nhiệt. Đồng thời, Trái đất và bầu khí quyển đang gửi bức xạ trở lại không gian. Sự cân bằng giữa năng lượng đến và đi được gọi là "ngân sách năng lượng" của Trái đất.
Khí hậu của chúng ta được xác định bởi các dòng năng lượng này. Khi lượng năng lượng đi vào nhiều hơn năng lượng đi ra, hành tinh sẽ ấm lên.
Điều đó có thể xảy ra theo một số cách, chẳng hạn như khi băng biển thường phản xạ bức xạ mặt trời trở lại không gian biến mất và thay vào đó đại dương tối sẽ hấp thụ năng lượng đó. Nó cũng xảy ra khi các khí nhà kính tích tụ trong bầu khí quyển và giữ lại một số năng lượng mà nếu không sẽ bức xạ đi.
Các nhà khoa học như tôi đã đo lường ngân sách năng lượng của Trái đất từ những năm 1980 bằng cách sử dụng các công cụ trên vệ tinh, trong không khí và đại dương, và trên mặt đất. Bạn sẽ được nghe nhiều hơn về các phép đo đó và ngân sách năng lượng của Trái đất khi báo cáo của Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu của Liên hợp quốc được công bố vào ngày 9 tháng 8.
Nhưng cho đến lúc đó, chúng ta hãy xem xét kỹ hơn cách năng lượng di chuyển và ngân sách năng lượng cho chúng ta biết về cách thức và lý do hành tinh nóng lên.
Cân bằng năng lượng từ mặt trời
Hầu như tất cả năng lượng trong hệ thống khí hậu của Trái đất đều đến từ mặt trời. Chỉ một phần nhỏ được dẫn lên từ bên trong Trái đất .
Trung bình, hành tinh này nhận được 340,4 watt ánh nắng mặt trời trên mỗi mét vuông . Tất cả ánh nắng mặt trời đều giảm vào ban ngày, và con số này cao hơn nhiều vào buổi trưa tại địa phương.
Trong số 340,4 watt trên một mét vuông:
- 99,9 watt bị phản xạ trở lại không gian bởi mây, bụi, tuyết và bề mặt Trái đất.
- 240,5 watt còn lại được hấp thụ - khoảng một phần tư bởi khí quyển và phần còn lại bởi bề mặt hành tinh. Bức xạ này được chuyển thành nhiệt năng trong hệ thống Trái đất. Hầu như tất cả năng lượng hấp thụ này được kết hợp với năng lượng phát ra trở lại không gian. Một lượng nhỏ còn lại - 0,6 watt trên mét vuông - tích tụ khi trái đất nóng lên. Điều đó nghe có vẻ không nhiều, nhưng nó bổ sung.
Bầu khí quyển hấp thụ rất nhiều năng lượng và phát ra nó dưới dạng bức xạ cả vào không gian và trở xuống bề mặt hành tinh. Trên thực tế, bề mặt Trái đất nhận được lượng bức xạ từ khí quyển nhiều gấp đôi so với ánh nắng trực tiếp. Điều đó chủ yếu là do mặt trời chỉ làm nóng bề mặt vào ban ngày, trong khi bầu không khí ấm áp ở trên đó 24/7.
Cùng với nhau, năng lượng đến bề mặt Trái đất từ mặt trời và từ khí quyển là khoảng 504 watt trên mét vuông. Bề mặt Trái đất phát ra khoảng 79% lượng đó ra ngoài. Phần năng lượng bề mặt còn lại đi vào nước bay hơi và làm ấm không khí, đại dương và đất liền.
Phần còn lại rất nhỏ giữa ánh nắng mặt trời chiếu vào và tia hồng ngoại đi ra là do sự tích tụ của các khí nhà kính như carbon dioxide trong không khí. Những chất khí này trong suốt đối với ánh sáng mặt trời nhưng mờ đục đối với tia hồng ngoại - chúng hấp thụ và phát ra rất nhiều tia hồng ngoại ngược lại.
Nhiệt độ bề mặt Trái đất phải tăng lên để đáp ứng cho đến khi sự cân bằng giữa bức xạ tới và đi được khôi phục.
Điều này có ý nghĩa gì đối với nhiệt độ toàn cầu?
Lượng carbon dioxide tăng gấp đôi sẽ làm tăng thêm 3,7 watt nhiệt cho mỗi mét vuông của Trái đất. Hãy tưởng tượng những chiếc đèn ngủ bằng sợi đốt kiểu cũ đặt cách nhau 3 feet (0,9 mét) trên toàn thế giới, sẽ tồn tại mãi mãi.
Với tốc độ phát thải hiện tại, mức khí nhà kính sẽ tăng gấp đôi so với mức tiền công nghiệp vào giữa thế kỷ này.
Các nhà khoa học khí hậu tính toán rằng việc thêm nhiều nhiệt này vào thế giới sẽ làm khí hậu Trái đất ấm lên khoảng 5 độ F (3 độ C) . Để ngăn chặn điều này đòi hỏi phải thay thế đốt nhiên liệu hóa thạch, nguồn phát thải khí nhà kính hàng đầu, bằng các dạng năng lượng khác.
Bài viết này được xuất bản lại từ The Conversation theo giấy phép Creative Commons. Bạn có thể tìm thấy bài báo gốc ở đây .
Scott Denning là giáo sư khoa học khí quyển tại Đại học Bang Colorado. Ông đã nhận được tài trợ từ NOAA, NASA, Quỹ Khoa học Quốc gia và Bộ Năng lượng Hoa Kỳ.
