מאזן האנרגיה של כדור הארץ הוא מושג בסיסי להבנת מערכת האקלים של הפלנטה שלנו.זה מתייחס לאיזון בין האנרגיה המתקבלת מהשמש לאנרגיה, והאנרגיה המוקרן חזרה לחלל.מאזן זה חיוני לשמירה על הטמפרטורה של כדור הארץ ולתמוך בחיים.כאשר המערכת נמצאת באיזון, הטמפרטורה הממוצעת של כדור הארץ נשארת יציבה יחסית לאורך תקופות ארוכות.

מה זה Energy Balance?

איזון אנרגיה כולל שני מרכיבים עיקריים: אנרגיה קלט ותפוקה.הקלט מגיע בעיקר מקרינת השמש, בעוד הפלט מורכב אנרגיה שאבדה באמצעות תהליכים שונים.הקרינה נטו בחלק העליון של האווירה קובעת האם כדור הארץ מתחמם או קירור. קרינה סולארית גלית קצרה גלית (בעיקר אור גלוי) נספגת על ידי פני השטח, או משתקפת חזרה לחלל.

אנרגיה אינפוט: קרינה סולארית

השמש היא המקור העיקרי לאנרגיה עבור כדור הארץ.קרינת השמש מגיעה לאטמוספירה והמשטח של כדור הארץ, שם היא נספגת, משתקפת או מועברת.הבנת כיצד האנרגיה הזו נספגת היא קריטית לתפיסת האיזון האנרגטי.ההההורי הכולל בזרם של האטמוספירה, כ-1361 וואט למטר מרובע (W/m2), הידוע בשם LTF:0solarirreaplereas, רק למחזור אווירי של כדור הארץ, רק על פני כדור הארץ, ו-3402, כאשר הוא רק מופץ באופן קבוע, כאשר הוא פועל על פני כדור הארץ.

חוסר יכולת

חלק משמעותי של אנרגיה סולארית נספג על ידי פני כדור הארץ, התחממות האדמה, האוקיינוסים והאטמוספירה. כ-48% מהקרינה הסולארית הנכנסת נספגת על פני השטח, בעוד האווירה סופגת עוד 23%.29% הנותרים משתקפת חזרה לחלל.האנרגיה שנספגת על ידי משטח הדחף evaporation, נפיחות, פליטות גליות ארוכות.

הרהורים

כמה אנרגיה סולארית משתקפת בחזרה לחלל על ידי עננים, חלקיקים אטמוספריים (ארוסולים), ואת פני האדמה, במיוחד קרח ושלג.משקל זה נמדד על ידי FLT:0albedophFLT:1 ; הממוצע העולמי albedo הוא בערך 0.29, כלומר 29% של קרינה סולארית נכנסת משתקף.

Transmission

אנרגיה סולארית יכולה גם לעבור דרך האווירה מבלי להיספג או משתקף.רוב האור אולטרה סגול וגלוי עובר דרך האווירה להגיע אל פני השטח, אם כי האוזון סופג הרבה של עננים וחום מים השפעה חזקה שידור, עם עננים עבים חסימת שבריר גבוהה של אור השמש ו cirrus דק המאפשר יותר באמצעות.הפצה ספקית של חומר קרינה סולארית גם: על 44% הוא גלוי, 49%, קרוב אולטרה סגול.

אנרגיה בחוץ: קרינה טרסטרופלית ואובדן חום

ברגע שכדור הארץ סופג אנרגיה סולארית, הוא בסופו של דבר מפיץ את האנרגיה הזו בחזרה לחלל בצורת קרינה אינפרא אדום.תהליך זה חיוני לשמירה על הטמפרטורה של כדור הארץ.המשטח והאטמוספירה פולטים קרינה גלית ארוכה בהתאם לטמפרטורה שלהם, לאחר חוק סטפאן-בולצמן. הטמפרטורה הממוצעת של כ-288 ק"ק (15 מעלות צלזיוס) מייצרת פליטה בגובה של כ-10 מיקרומטר, באזור התת-אדום.

קרינה בלתי נשכחת

כדור הארץ פולט אנרגיה בצורת קרינה אינפרא אדום, אשר בורח לחלל, עוזר לקרר את כדור הארץ.עם זאת, גזי חממה סופגים ומציינים מחדש כמה מהקרינה היוצאת הזו, מלוכדים חום באווירה התחתונה.אפקט החממה הטבעי הזה מעלה את טמפרטורת פני השטח הממוצעת של כדור הארץ בכ-3 מעלות צלזיוס, מ- 18 מעלות צלזיוס ועד ל-15 מעלות צלזיוס הנוכחי ללא חיים, כפי שאנו יודעים שעדיין לא קיים בין הטמפרטורות הנטודות.

הדבקה ו-Latent Heat

חום מועבר מן פני האדמה אל האווירה באמצעות זיהום, שבו אוויר חם עולה ושקע אוויר קריר.זה חום הגיוני פלוקס נע אנרגיה ישירות לתוך האווירה.בנוסף, קירור evaporative (שפעת חום עקבי) מעביר כמויות גדולות של אנרגיה כאשר מים מתנוססים מאוקיינוסים, אגמים, וצמחייה. כאשר זו אטמוספירה גבוהה יותר באווירה, זה כמעט משחרר חום ומניעה את כל תבניות הנשימה.

קרינה גלית Longwave

גזים ועננים ירוקים פולטים גם קרינה אינפרא אדום חזרה אל פני השטח - תהליך שנקרא מטה קרינה גלית ארוכה.זה מוסיף לאנרגיה שנספסת על פני השטח, תורם לאפקט החממה.אווירה חמה יותר, חממה יותר פולטת קרינה יותר כלפי מטה, עוד התחממות פני השטח.זה משוב מרכזי ברגישות אקלים.

התפקיד של Greenhouse Gases

גזי החממה ממלאים תפקיד משמעותי במאזן האנרגיה של כדור הארץ.הם גוזלים חלק מהקרינה האינפרה אדומה היוצאת, מונעים ממנה לברוח לחלל ובכך להתחממות כדור הארץ.לכל גז יש ספקטרום ספיגה מסוים וחיי אטמוספריים, המשפיעים על תרומתו לרדיפת קרינה.הגזים החתורופיים החשובים ביותר הם פחמן דו-חמצני, מתאן, תחמוצת-חמצני, גזים, פלואורדמים, וגזים.

פחמן די

פחמן דו חמצני (CO2) שוחרר משריפת דלקים מאובן, מחיקה, ופעילויות אנושיות אחרות.ריכוזו גדל מ-280 ppm בזמנים טרום-תעשייתיים ליותר מ 420 ppm היום. CO2 הוא גז חממה ארוך-טווח דומיננטי, האחראי על כ-66% מסך ההגנות הרדיואקטיביות הכוללות מגזי חממה ממוזגים היטב.

מתאן

מתאן (CH4) נפלט במהלך הייצור וההובלת פחם, שמן וגז טבעי, כמו גם מבעלי חיים ושיטות חקלאיות אחרות.ריכוז האטמוספרי שלו הוכפל יותר מאשר מאז ימי קדם-תעשייתיים.למרות שלמתאן יש חיים קצרים יותר (כ-12 שנים) מאשר CO2, פוטנציאל ההתחממות הגלובלית שלו מעל 100 שנים הוא בערך 28 פעמים גדול יותר.

מים Vapor

ווטר וואטאור הוא גז חממה בשפע ביותר, והריכוז שלו עולה ככל שהטמפרטורה של כדור הארץ עולה.זה יוצר LT:0 משוב חיובי לולאה FLT:1: אוויר חם יותר מחזיק יותר מים פנוי, אשר מלכודות יותר חום, המוביל אפילו יותר התחממות.בניגוד CO2, ריכוזי מים להסתגל במהירות לשינויים טמפרטורה, כך שהוא נחשב משוב ישיר יותר מאשר ישירות.

Nitrous Oxide ו- Gases אחרים

⁇ ⁇ ⁇ (N2O) הוא פולט מן ההפריים החקלאיים והתהליכים התעשייתיים.פוטנציאל ההתחממות שלו הוא בערך 265 פעמים של CO2 מעל 100 שנים, והוא נשאר באווירה במשך יותר ממאה שנים. גזים פלואומדומים, כגון הידרופלורבוממנים (HFCs) ו perfluorocarbons (PFCs), הם סינתטיים וחזקים מאוד - אלפי פעמים חזק יותר מאשר פחמן CV2F) הם רק מדדים יותר מאשר חומרים גדולים יותר מאשר חומרים מ-A.

גורמים המשפיעים על איזון אנרגיה

גורמים מסוימים משפיעים על מאזן האנרגיה של כדור הארץ, כולל תהליכים טבעיים ופעילויות אנושיות.הבנת גורמים אלה מסייעת לחזות שינויים בדפוסי האקלים והמזג האוויר.הם יכולים להיות מקובצים במכונות קרינה (הנהגים שמשנים את הקרינה נטו) ומשובים (מגיבים כי הם מגבירים או מטים את השינוי).

אפקט Albedo

הרהורים של פני האדמה משפיעים על כמות האנרגיה הסולארית נספגת.משטחים אפלים קולטים יותר אנרגיה, בעוד משטחים קלים משקפים אותה.שינויים בכיסוי הקרקע בשל פיזור, חקלאות או אורבניזציה יכולים לשנות את albedo האזורי והעולמי. לדוגמה, המרת יער ליבוללנד מגבירה את albedo באזורים מסוימים, אך יורדת במקומות אחרים בהתאם לכיסוי השלג.

כיסוי עננים

עננים יכולים לשקף קרינה סולארית (אפקט השקיה) וחום מלכודות (אפקט מלחמה), המשפיעים הן על קלט אנרגיה ופלט.אפקט נטו של עננים על מאזן האנרגיה הוא קירור קל הכולל, אבל זה תוצאה של איזון עדין בין השתקפות קצרה ומלכודת גלימה ארוכה.נמוך, עננים עבים (כמו strato Projectulus) נוטים להתקרר, בעוד גבוה, ciruterus כהה שינויים בעננים עתידיים של פחמן DVF הם שינויים ב-F:

פעילויות אנושיות

אורבניזציה, הדה-אסטציה וזיהום משנים את מאזן האנרגיה הטבעי על ידי שינוי פליטות גזי חממה ולהגדיל את פליטות גזי החממה. איים חום עירוניים להעלות את הטמפרטורות המקומיות על ידי החלפת משטחים עם חומרים כהים, חום-חום-כבדים. Aerosols מפליטת דלקות תעשייתיות וביומסה לשרוף יכול גם לקרר את האקלים (סולם סולפטים משקפים אור שמש) או חם (קרינה שחורה סופגת).

מטענים טבעיים

התפרצויות געשיות מזרקות דו תחמוצת sulfur לתוך הסטרטוספרה, ויצרו sulfate aerosols המשקפות אור השמש ולגרום קירור זמני.התפרצויות גדולות, כמו הר פינטובו בשנת 1991, הפחיתו את הטמפרטורות הגלובליות על ידי כ-0.5 מעלות צלזיוס במשך מספר שנים. Variations בפלט סולארי עקב מחזורי השמש גם משפיעים על האיזון, אבל הגודל הוא קטן (ב-0.2) בהשוואה ל-125 שנות אורכיפות של כדור הארץ (אורכו של 172) מאז שנות אורכיפות) מאז שנות אורכיפות ארוכות (60) מאז שנות אור השמש).

אנרגיה של כדור הארץ מאוזנת

(ההגדרה מוקדמת של מאזן האנרגיה של כדור הארץ דורשת חבילת מכשירים.משימות לוויין כמו עננים של נאס"א ומערכת האנרגיה הרדיאנט של כדור הארץ (CERES) למדוד קרינה בחלק העליון של האווירה ועל פני השטח.מדפי תוכן חום האוקיינוסים מ ארגו צף מראים כי מעל 90% מהאנרגיה הנשגבת על ידי גזי חממה הולכת להתחממות האוקיינוסים.

חוסר איזון אנרגיה

חוסר איזון באנרגיה של כדור הארץ יכול להוביל לתוצאות משמעותיות, כולל שינויי אקלים, אירועי מזג אוויר קיצוניים, ושינויים במערכות אקולוגיות.רווח האנרגיה הנקי המתמשך בעשורים האחרונים כבר יצר השפעות בלתי ניתנות לערעור.

התחממות גלובלית

פליטות גזי חממה מוגברות להוביל ליותר חום להיות לכוד באווירה, גידול טמפרטורות גלובליות.טמפרטורת פני השטח העולמית עלה על ידי 1.2 מעלות צלזיוס מאז סוף המאה ה -19. פליטות המשיכו לדחוף טמפרטורות גבוהות יותר, עם תחזיות של 1.5 מעלות צלזיוס ל 4 מעלות צלזיוס עד 2100 בהתאם למאמצי הפחתת ההתחממות הזו אינה אחידה - אזורים קוטביים מהתחממות כמה פעמים מהר יותר מהממוצע, תופעה ידועה כאפקט של הפחתת.

מזג אוויר קיצוני

שינויים במאזן אנרגיה יכולים לגרום לאירועים תכופים וחמורים יותר, כגון הוריקנים, בצורתם ושיטפונות.אווירה חמה יותר מחזיקה יותר לחות, להגביר את אירועי גשם כבדים ולהציף.טמפרטורות באוקיינוס העליון מספקות יותר אנרגיה עבור רוכבי אופניים טרופיים. במקביל, עלייה בתחושה עלולה להחמיר את הבצורת באזורים שכבר עברו לחץ מים.

השפעה על Ecosystems

טמפרטורות ותבניות מזג אוויר שונות יכולות לשבש בתי גידול ולסכן את המגוון הביולוגי.קוראל bleaching, מונע על ידי גלי חום האוקיינוס, פגע מערכות אקולוגיות שוניות ברחבי העולם. Shifts בטווח מינים, באביב הקודם פורח, והתאמה לא נכונה בזמינות מזון הם כולם מקושרים לשינוי האקלים.מערכת אקולוגית טרסטרי גם מתמודדת עם סיכון מוגבר, תמותה מבצורת ומזיקים, ועונות מתפתחות.

השלכות על מדע האקלים ומדיניות

הבנת האיזון האנרגיה של כדור הארץ חיונית לטיפול בשינוי האקלים והשפעותיו.על ידי הכרה בדינמיקה של קלט אנרגיה ופלט, אנו יכולים לחזות תרחישים עתידיים אקלים וליישם אסטרטגיות כדי להפחית את ההשפעות השליליות.המאמצים להפחית את ההנעה הרדיואקטיבית כוללים חיתוך פליטות גזי חממה, שיפור שוקי הפחמן (התראות, ניהול הקרקע), ופיתוח טכנולוגיות כמו לכידת פחמן ואחסון.בנוסף, רשתות גלובליות חייבות להמשיך לעקוב אחר מודלים של אנרגיה ולוודא כיבוד מרחוק: