Вы, наверное, помните, как ваши учителя естествознания в начальной школе объясняли, что энергию нельзя ни создать, ни уничтожить. Это фундаментальное свойство Вселенной.
Однако энергия может быть преобразована. Когда солнечные лучи достигают Земли, они преобразуются в случайные движения молекул, которые вы ощущаете как тепло. В то же время Земля и атмосфера отправляют радиацию обратно в космос. Баланс между входящей и исходящей энергией известен как «энергетический бюджет» Земли.
Наш климат определяется этими потоками энергии. Когда количество поступающей энергии превышает количество уходящей энергии, планета нагревается.
Это может произойти несколькими способами, например, когда морской лед, который обычно отражает солнечную радиацию обратно в космос, исчезает, а темный океан вместо этого поглощает эту энергию. Это также происходит, когда парниковые газы накапливаются в атмосфере и улавливают часть энергии, которая в противном случае улетучилась бы.
Такие ученые, как я , измеряют энергетический баланс Земли с 1980-х годов, используя инструменты на спутниках, в воздухе и океанах, а также на земле. Вы узнаете больше об этих измерениях и энергетическом бюджете Земли, когда 9 августа будет выпущен отчет Межправительственной группы экспертов ООН по изменению климата .
Но до тех пор давайте более подробно рассмотрим, как течет энергия, и что энергетический бюджет говорит нам о том, как и почему нагревается планета.
Балансировка энергии Солнца
Практически вся энергия климатической системы Земли поступает от Солнца. Лишь крошечная часть проводится вверх из недр Земли .
В среднем планета получает 340,4 Вт солнечного света на квадратный метр . Вся солнечная погода приходится на дневную сторону, а в полдень по местному времени их количество намного выше.
Из этих 340,4 Вт на квадратный метр:
- 99,9 Вт отражаются обратно в космос облаками, пылью, снегом и поверхностью Земли.
- Остальные 240,5 Вт поглощаются - около четверти атмосферой, а остальное - поверхностью планеты. Это излучение преобразуется в тепловую энергию в системе Земля. Почти вся эта поглощенная энергия соответствует энергии, излучаемой обратно в космос. Крошечный остаток - 0,6 Вт на квадратный метр - накапливается по мере глобального потепления. Это может показаться не таким уж большим, но все складывается.
Атмосфера поглощает много энергии и излучает ее в виде излучения как в космос, так и обратно на поверхность планеты. Фактически, поверхность Земли получает почти вдвое больше радиации от атмосферы, чем от прямого солнечного света. Это в первую очередь потому, что солнце нагревает поверхность только днем, а теплая атмосфера там круглосуточно.
Вместе энергия, достигающая поверхности Земли от Солнца и из атмосферы, составляет около 504 Вт на квадратный метр. Около 79 процентов этого количества испускается с поверхности Земли. Оставшаяся поверхностная энергия идет на испарение воды и нагревание воздуха, океанов и суши.
Крошечный остаток между входящим солнечным светом и исходящим инфракрасным светом связан с накоплением в воздухе парниковых газов, таких как углекислый газ. Эти газы прозрачны для солнечного света, но непрозрачны для инфракрасных лучей - они поглощают и излучают большое количество инфракрасных лучей обратно вниз.
В ответ температура поверхности Земли должна увеличиваться до тех пор, пока не будет восстановлен баланс между входящей и исходящей радиацией.
Что это означает для глобальной температуры?
Удвоение количества углекислого газа добавит 3,7 Вт тепла на каждый квадратный метр Земли. Представьте себе старомодные лампы накаливания, расположенные через каждые 3 фута (0,9 метра) по всему миру, оставленные включенными навсегда.
При нынешних темпах выбросов к середине века уровни парниковых газов увеличатся вдвое по сравнению с доиндустриальными уровнями.
Ученые-климатологи подсчитали, что добавление такого количества тепла к миру могло бы нагреть климат Земли примерно на 5 градусов по Фаренгейту (3 градуса по Цельсию) . Для предотвращения этого потребуется замена сжигания ископаемого топлива, основного источника выбросов парниковых газов, другими видами энергии.
Эта статья переиздана из The Conversation по лицензии Creative Commons. Вы можете найти оригинальную статью здесь .
Скотт Деннинг - профессор атмосферных наук в Государственном университете Колорадо. Он получил финансирование от NOAA, NASA, Национального научного фонда и Министерства энергетики США.
