คุณอาจจำครูวิทยาศาสตร์ระดับประถมศึกษาของคุณอธิบายว่าพลังงานไม่สามารถสร้างหรือทำลายได้ นั่นเป็นคุณสมบัติพื้นฐานของจักรวาล
อย่างไรก็ตาม พลังงานสามารถเปลี่ยนแปลงได้ เมื่อรังสีของดวงอาทิตย์มาถึงโลก พวกมันจะเปลี่ยนเป็นการเคลื่อนที่แบบสุ่มของโมเลกุลที่คุณรู้สึกว่าเป็นความร้อน ในเวลาเดียวกัน โลกและชั้นบรรยากาศกำลังส่งรังสีกลับคืนสู่อวกาศ ความสมดุลระหว่างพลังงานขาเข้าและขาออกเรียกว่า "งบประมาณพลังงาน" ของโลก
ภูมิอากาศของเราถูกกำหนดโดยกระแสพลังงานเหล่านี้ เมื่อปริมาณพลังงานที่เข้ามามากกว่าพลังงานที่ออกไป โลกก็จะร้อนขึ้น
ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้สองสามวิธี เช่น เมื่อน้ำแข็งในทะเลที่ปกติสะท้อนรังสีดวงอาทิตย์กลับคืนสู่อวกาศหายไปและมหาสมุทรมืดดูดซับพลังงานนั้นแทน นอกจากนี้ยังเกิดขึ้นเมื่อก๊าซเรือนกระจกสะสมในชั้นบรรยากาศและดักจับพลังงานบางส่วนที่อาจแผ่ออกไป
นักวิทยาศาสตร์อย่างฉันได้วัดงบประมาณพลังงานของโลกมาตั้งแต่ปี 1980 โดยใช้เครื่องมือบนดาวเทียม ในอากาศและในมหาสมุทร และบนพื้นดิน คุณจะได้ยินข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการวัดเหล่านั้นและงบประมาณด้านพลังงานของโลกเมื่อรายงานของคณะกรรมการระหว่างรัฐบาลว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศแห่งสหประชาชาติเผยแพร่ในวันที่ 9 สิงหาคม
แต่ก่อนหน้านั้น เรามาดูกันดีกว่าว่าพลังงานไหลเวียนอย่างไร และงบประมาณด้านพลังงานบอกเราว่าอย่างไรและทำไมโลกถึงร้อนขึ้น
ปรับสมดุลพลังงานจากดวงอาทิตย์
พลังงานเกือบทั้งหมดในระบบภูมิอากาศของโลกมาจากดวงอาทิตย์ มีเพียงเศษเสี้ยวเล็กๆ ที่เคลื่อนขึ้นจากภายในโลก
โดยเฉลี่ยดาวเคราะห์ได้รับ 340.4 วัตต์ของแสงแดดต่อตารางเมตร แสงแดดทั้งหมดตกอยู่ที่ฝั่งกลางวัน และตัวเลขจะสูงขึ้นมากในตอนเที่ยงของท้องถิ่น
จากจำนวนนั้น 340.4 วัตต์ต่อตารางเมตร:
- 99.9 วัตต์สะท้อนกลับเข้าไปในอวกาศด้วยเมฆ ฝุ่น หิมะ และพื้นผิวโลก
- ส่วนที่เหลืออีก 240.5 วัตต์จะถูกดูดซับ - ประมาณหนึ่งในสี่โดยชั้นบรรยากาศและส่วนที่เหลือโดยพื้นผิวของดาวเคราะห์ รังสีนี้ถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนภายในระบบโลก พลังงานที่ดูดซับเกือบทั้งหมดนี้จับคู่กับพลังงานที่ปล่อยออกมาสู่อวกาศ เศษเหลือเล็กน้อย - 0.6 วัตต์ต่อตารางเมตร - สะสมเป็นภาวะโลกร้อน นั่นอาจฟังดูไม่มากนัก แต่มันเพิ่มขึ้น
ชั้นบรรยากาศดูดซับพลังงานจำนวนมากและปล่อยออกเป็นรังสีทั้งในอวกาศและกลับสู่พื้นผิวโลก อันที่จริง พื้นผิวของโลกได้รับรังสีจากชั้นบรรยากาศเกือบสองเท่าของแสงแดดโดยตรง สาเหตุหลักเป็นเพราะดวงอาทิตย์ทำให้พื้นผิวร้อนเฉพาะในตอนกลางวัน ในขณะที่บรรยากาศอบอุ่นอยู่ที่นั่นทุกวันตลอด 24 ชั่วโมง
เมื่อรวมกันแล้วพลังงานที่เข้าถึงพื้นผิวโลกจากดวงอาทิตย์และจากชั้นบรรยากาศจะอยู่ที่ประมาณ 504 วัตต์ต่อตารางเมตร พื้นผิวโลกปล่อยพลังงานออกไปประมาณ 79 เปอร์เซ็นต์ พลังงานพื้นผิวที่เหลืออยู่จะระเหยกลายเป็นน้ำและทำให้อากาศ มหาสมุทร และพื้นดินอุ่นขึ้น
สิ่งตกค้างเล็กๆ ระหว่างแสงแดดที่เข้ามาและอินฟราเรดที่ส่งออกนั้นเกิดจากการสะสมของก๊าซเรือนกระจกเช่น คาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศ ก๊าซเหล่านี้โปร่งใสต่อแสงแดดแต่ทึบแสงต่อรังสีอินฟราเรดพวกมันดูดซับและปล่อยรังสีอินฟราเรดจำนวนมากกลับลงมา
อุณหภูมิพื้นผิวโลกต้องเพิ่มขึ้นในการตอบสนองจนกว่าความสมดุลระหว่างการแผ่รังสีขาเข้าและขาออกจะกลับคืนมา
สิ่งนี้หมายความว่าอย่างไรสำหรับอุณหภูมิโลก?
การเพิ่มคาร์บอนไดออกไซด์เป็นสองเท่าจะเพิ่มความร้อน 3.7 วัตต์ให้กับทุกตารางเมตรของโลก ลองนึกภาพไฟกลางคืนแบบเก่าที่ส่องแสงระยิบระยับซึ่งอยู่ห่างออกไปทุกๆ 3 ฟุต (0.9 เมตร) ทั่วโลก ทิ้งไว้ตลอดกาล
ในอัตราการปล่อยก๊าซเรือนกระจกในปัจจุบัน ระดับก๊าซเรือนกระจกจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าจากระดับก่อนยุคอุตสาหกรรมภายในกลางศตวรรษ
นักวิทยาศาสตร์ภูมิอากาศคำนวณว่าการเพิ่มความร้อนมากนี้ไปทั่วโลกจะอุ่นสภาพภูมิอากาศของโลกโดยประมาณ 5 องศาฟาเรนไฮต์ (3 องศาเซลเซียส) การป้องกันสิ่งนี้จะต้องแทนที่การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลซึ่งเป็นแหล่งปล่อยก๊าซเรือนกระจกชั้นนำด้วยพลังงานรูปแบบอื่น
บทความนี้เผยแพร่ซ้ำจากThe Conversationภายใต้สัญญาอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ คุณสามารถค้นหาบทความต้นฉบับที่นี่
Scott Denningเป็นศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์บรรยากาศที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐโคโลราโด เขาได้รับทุนจาก NOAA, NASA, National Science Foundation และกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา
