הבנת האיזון באנרגיה של כדור הארץ: קרינה סולארית ואקלים

המושג הבסיסי של תקציב האנרגיה של כדור הארץ

תקציב האנרגיה של כדור הארץ מייצג את האיזון העדין בין אנרגיה נכנסת מהשמש לאנרגיה היוצאת המתקרנת חזרה לחלל.מאזן זה שולט ביציבות האקלים והטמפרטורה של כדור הארץ לאורך תקופות ארוכות.במהות, כמות הקרינה השמש שנספגת על ידי כדור הארץ חייבת להיות בערך שווה לקרינת אינפרא אדום תרמית הנפלטת על ידי כדור הארץ כדי לשמור על אקלים יציב יחסית.כאשר איזון זה משבש, חוויות כדור הארץ או מגמות קירור - שינויי אקלים.

קרינה השמש מגיעה לפסגה של האווירה של כדור הארץ בממוצע של כ-1361 וואט למ"ר (W/m2), קבוע הידוע בשם FLT:0solar irph1:1 עם זאת, כי כדור הארץ הוא spherical, אנרגיה זו מופץ על פני השטח כולו, וכתוצאה מכך הוא ממוצע של כ-340 / m2, בערך 30%, או בערך 100m, כמו כדור הארץ, 000, 000 אדום, הוא נקרא שטח בהיר, ו- 2.

כדור הארץ פולט אנרגיה חזרה לחלל בעיקר כל קרינה אינפרא אדום גלית.עם זאת, גזי חממה באווירה, כולל מים פנויים, פחמן דו חמצני, מתאן, סופג וגירוש חלק מהקרינה הזו, מלוכדים חום ומחמים את פני השטח - תופעה המכונה פליטת מים:0 טבעי אפקט חממה 1 מעלה את טמפרטורת פני כדור הארץ ל-15 מעלות צלזיוס (F), בהשוואה לדלקים אורמתים טבעיים, לא היו שינויים באטמוספירה (או גזים), או גזים).

קרינה סולארית: הנהג העיקרי של אקלים

קרינה סולארית היא מקור האנרגיה הבסיסי שמניע את מערכת האקלים של כדור הארץ.It משתרע על מגוון רחב של הספקטרום האלקטרומגנטי, עם רוב האנרגיה מרוכז באור גלוי, כמו גם אולטרה סגולט (UV) ואורך גל כמעט בלתי צפוי.ריאציות בפלט סולארי להתרחש על פני מספר רחב של אזורי זמן, ממחזור השמש של 11 שנים לשינויים ארוכי טווח הקשורים לפרמטרים של כדור הארץ.

למרות שמחזור השמש של 11 שנים גורם תנודות בקריאת השמש של כ-0.1%, שינויים אלה הם קטנים יחסית בהשוואה להשפעות אנתרוגניות על האקלים. להיפך, וריאציות במסלול כדור הארץ ונטיה אקסקלית, הידוע בשם FLT:0MilankovichkwanFLT:1, לשנות את ההפצה והעוצמה של קרינה סולארית מעל מאות שנים אלה היו שינויים בין-כוכביים.

Albedo ו- Surface Reflection

(FLT:0) AlbedophFLT:1 מגדיר את השבריר של קרינה סולארית שמשתקף על ידי פני השטח והאטמוספירה של כדור הארץ.זה משתנה במידה רבה בהתאם לסוג פני השטח והתנאים. שלג טרי וקרח יכולים לשקף עד 90% מאור השמש הנכנס, בעוד יערות צפופים משקפים רק כ -10-15%, ואוקיאנוסים פתוחים משקפים בערך 6 עד 10%.

ככל שהטמפרטורות הגלובליות עולות, היקף השלג והקרח יורד, חשיפת פני האדמה הכהה או פני האוקיינוס.זה מגביר את ספיגת הקרינה הסולארית, התחממות מחדש בלולאת משוב חיובית הנקראת FLT:0ice-albedo משוב (ראה להלן) משוב זה תורם באופן משמעותי להתפרצות הארקטית, שם אזורים הקוטביים חמים בערך פי שניים מהממוצע העולמי, עם השלכות עמוקות על פני הים ותבניות האקלים העולמיות.

עננים ואירוסולם: Modulators מורכב

עננים וארוסולמים מפעילים השפעות מורכבות על תקציב האנרגיה של כדור הארץ, ופועלים כמו גם סוכני קירור והתחממות בהתאם לנכסים שלהם ולגובה שלהם.נמוך, עננים עבים נוטים לשקף חלק משמעותי של קרינה סולארית נכנסת, ובכך קירור פני השטח. בניגוד, עננים גבוהים ורחושיים דקים מאפשרים את רוב הקרינה הסולארית באמצעות מלכודות קרינה גלית ממושכת, לתרום להתחממות.

בסך הכל, ההשפעה נטו של עננים כיום מביאה לקירור קל של כדור הארץ.עם זאת, שינויי האקלים יכולים לשנות את מאפייני הענן, הכיסוי וההפצה, תוך הצגת אי ודאות ניכרת לתחזיות עתידיות של אקלים.לדוגמה, שינויים בגובה ענן או סוג יכולים להגביר או להקטין את מגמות ההתחממות.

חלקיקים דקות מושעה באווירה - שמקורם ממקורות טבעיים כמו התפרצויות געשיות, אבק המדבר ורסס הים, כמו גם פעילויות אנושיות כגון בעירה דלק מאובנים וביומסה בוערת. חלק מהארוסולמות, כגון sulfates, לשקף אור שמש ישירות ולשפר את הרהורים שלהם, ובכך קירור האווירה שחורה (soot), סופגת קרינה סולארית, התחממות השמש, ולהפחית את ההשפעה האטומה של אנרגיה קצרת גבולות הרחם שלהם.

אפקט Greenhouse ו-Ricative Forcing

אפקט FLT:0.000.greenhouse EffectFLT:1 חיוני לשמירה על האקלים ההרגלי של כדור הארץ. vapor מים הוא גז חממה בשפע ביותר, ואחריו פחמן דו חמצני (CO2), מתאן (CH4), תחמוצת חנקנית (N2O), ואוזון (O3). גזים אלה סופגים קרינה אינפרא אדום באורכי גל ספציפיים ואנרגיה חוזרת לכל הכיוונים, כולל חזרה למעשה למלכודת חום.

מאז המהפכה התעשייתית, פליטות אנתרוגניות הגבירו את ריכוזי CO2, CH4 ו-N2O באופן משמעותי את ההעצמתה של אפקט החממה הטבעי היא הגורם העיקרי להתחממות הגלובלית האחרונה.שינויים בגזי חממה אחרים, כגון chlorofluorocarbons (CFCs) ותחליפים (HCFCs), תורמים גם לרדיפת, אם כי במידה פחותה.

(ה) [ה]ה]:0 [החילה] של החילה [ה] [ה] [ה]] [ה]]] [ה]] [ה]][ה]]]][ה]]], היא זו שמציינת את השינוי ב[[המאה ה-20]], ו[[192]], ב[[192]], ב[[1924]], וב[[1924]],]], [[1924]],]], [[1924]],]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]],]],]]]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924

משככי כאבים במערכת האקלים

מנגנוני הפחתת הקרנות הראשוניות (החיובים) או צמצום (הפידבקים שליליים) התגובה האקלימית המתקבלת.אחד המשובים החיוביים החזקים ביותר הוא ה-FLT:0water vaporevaFLT:1: כמו האווירה החמה, היא מחזיקה יותר מים פנויים, אשר עצמה היא גז חזק, המוביל להתחממות נוספת.

(ב) [15] ויקרא י"א): "גם התגברות ההתחממות, כאשר קרח מתכווץ משקף את פני השטח ומגדיל את ספיגת השמש.

משובים נוספים כרוכים במחזור הפחמן.לדוגמה, thawing permafrost משחרר פחמן דו חמצני ומתאן, מגביר את ההתחממות באופן דומה, התחממות האוקיינוסים עלולה לספוג פחות CO2, להפחית את תפקידם כמו כיור פחמן. משובים אלה מציגים אי-ליניאנס וחוסר ודאות לתוך תחזיות אקלים, אך הם קריטיים להבנת מסלולים עתידיים פוטנציאליים.

גורמים טבעיים ואנתרופוסופיים המשפיעים על האיזון

תקציב האנרגיה של כדור הארץ מושפע משילוב של ריקנות טבעית ופעילויות אנושיות.התמדה השפעות אלה חיונית למחקרי תגמול אקלים ולעיצוב אסטרטגיות הפחתה יעילות.

אפשרויות טבעיות

התפרצויות געשיות יכולות לשנות באופן זמני את מאזן האנרגיה על ידי הזרקת דו תחמוצת הלולפור לתוך הסטרטוספרה, שבו היא יוצרת sulfate aerosolate רפלקטיבית אשר להפחית את הקרינה הסולארית הקרובה. לדוגמה, ההתפרצות של הר פינטובו גרמה לירידה של טמפרטורה גלובלית של כ-0.5 מעלות צלזיוס במשך השנים הבאות.

אי-הוריות השמש משתנה מעט מעל מחזור השמש של 11 שנים, אך שינויים אלה הם קטנים ולא מספיקים כדי להסביר מגמות התחממות לאחרונה. ואכן, מאז שנות ה-60, פלט השמש הציגה מגמה מופחתת קלה, כפי שתועדו על ידי FLT:0 תצפיות מזג האוויר של נאס"א תצפיות האקלים ראט"א 1 [תופעות] של חוסר איזון פנימי, כגון אל ניניו-דרום אוסוציאל (O), חלוקה מחדש בתוך מערכת חוסר איזון אנרגיה ארוך, אך לא גורם חוסר איזון אוויר ארוך.

נהגי Anthropogenic

פעילות אנושית שינתה באופן דרמטי את תקציב האנרגיה, בעיקר באמצעות פליטת גזי חממה ארוכים מבעירה של דלק מאובנים, מחיקה, חקלאות ותהליכים תעשייתיים.שינויים בשימוש הקרקע גם משפיעים על פני השטח אלבדו; לדוגמה, החלפת יערות עם שדות חקלאיים בדרך כלל מגבירה את הרהורים, אשר יכול להפעיל אפקט קירור צנוע.

בנוסף, חלקיקי פחמן שחורים מהבעירה לא שלמה סופגים אור שמש ומחמם את האווירה ישירות.זיהום אווירי משריפת פחם וביומסה חלקית מהתחממות חממה על ידי התחממות השמש, אבל אפקט "מסום" זה זמני וצפוי להפחית את תקנות איכות האוויר להפחית פליטות אוויריות.

האוקיינוס: הגדול ביותר בעולם

כיסוי 71% משטח כדור הארץ, האוקיינוסים יש אינרציה תרמית מסיבית לשרת כמו מאגר החום העיקרי של כדור הארץ.שכבות העליונות של חנות האוקיינוס חום כמו האווירה כולה, המאפשר להם לספוג ולחלוק מחדש כמויות עצומות של אנרגיה.

מאז שנות ה-70, האוקיינוסים קלטו יותר מ-90% מהחום העודף שנלכד על ידי ריכוזי גזי חממה מוגברים, כפי שדיווחו על ידי FLT:0 National Oceanic ו- Aאטמוספירה Administration (NOAA) irFLT:1 .החום הזה תופס מתון התחממות אטמוספירטיבית אך יש לו השלכות משמעותיות: התרחבות תרמית תורמת לעלייה ברמת הים, מים זורמים אל תוך אלמוגים ושיבושים, ומזג אווירי, ומזג אווירי, ומזג אווירי, ושינויים באוקיינוס העולמיים.

Ocean Heat Transport and Global Climate

זרמי האוקיינוס ממלאים תפקיד מכריע בהפצת חום מאזורים קוהטוריים כלפי הקוטבים, ובכך להשפיע על האקלים האזורי.ה-FLT:0) Atlantic Merid Overturning Circulation (AMOC)BuildFLT:1 הוא מרכיב מרכזי, העברת מים חמים צפונה וחזרה מים קרים דרומה עמוק.

פרויקט מודלים אקלים שהגביר את קלט המים המתוקים מגלי קרח מגרינלנד יכול להחליש או לשבש את ה- AMOC. שינוי כזה עלול לגרום להתמוטטות אזורית פתאומית בצפון האוקיינוס האטלנטי למרות ההתחממות הגלובלית המתמשכת, מה שממחיש את האינטראקציה המורכבת בין דינמיקות האוקיינוס לבין תקציב האנרגיה של כדור הארץ.

מסקנות של תקציב אנרגיה מאוזן

חוסר איזון האנרגיה החיובי הנוכחי בחלק העליון של האווירה, מוערך בכ- 0.9 W/m2, מניע שינויים עמוקים ונפוצים במערכת האקלים.שינויים אלה כוללים עלייה בטמפרטורות הממוצע העולמיות, אירועים תכופים וקיצוניים יותר, המיסו את גליונות הקרח והקרחונים, רמות הים הגואה, ושיבושים למערכת האקולוגית ברחבי העולם.

עליית הטמפרטורות ומזג האוויר הקיצוני

טמפרטורות פני השטח הגלובליות עלו בערך 1.1 מעלות צלזיוס מעל לרמות טרום-תעשייתיות, עם אזורי קרקע התחממות מהר יותר מאשר האוקיינוסים וקווי הרוח הגבוהים התחממות מהירה יותר מאשר באזורים טרופיים.האנרגיה הנוספת מאיצה את המחזור ההידרולוגי, מה שמוביל למשקעים כבדים יותר והצפה באזורים מסוימים, תוך גרימת לבצורת חמורה יותר באחרים.

גלי חום הופכים חמים יותר ויותר ממושכים, והתדירות של רוכבי אופניים טרופיים אינטנסיביים (קטגורי 4 ו-5 הוריקנים) גדלה, מודלקת על ידי טמפרטורות פני האוקיינוס החמים יותר.ה-FLT:0IPCC 6th Assessment ReportFLT:1 קובע בביטחון גבוה כי שינויים אלה הם במידה רבה מיוחסים לעוצמה רדיוטיבית אנושית.

Sea-Level Rise and Ecosystem Disruption

עלייה ברמת הים מונעת בעיקר משני תהליכים: התרחבות תרמית של מי הים כפי שהיא חמה והיתוך של קרח מבוסס קרקע כגון קרחונים וגליונות קרח בגרינלנד ואנטארקטיקה. מאז 1993, רמת הים הממוצעת עלתה בקצב ממוצע של כ-3.3 מ"מ בשנה, עם האצה שנצפת בעשורים האחרונים.

חומצת אוקיינוס, תוצאה נוספת של CO2 אטמוספירי מוגבר, מפחיתה את הזמינות של סטיות פחמן חיוניות עבור אורגניזמים מסגסוגת כמו אלמוגים, mollusks, וכמה מינים של פלאקטון.אירועים תכופים וחמורים יותר של אלמוגים חמורים הרסו מערכות אקולוגיות, אשר תומכים בערך רבע מכל המינים הימיים ומספקים שירותי אקולוגית קריטיים כולל דגים והגנה על החוף.

מיפוי המאזן: צעדים לקראת יציבות

אחסון יתרת האנרגיה של כדור הארץ דורש להפחית באופן משמעותי את ההגנות החיוביות הנקיות על ידי חיתוך פליטות גזי החממה.עבור מקורות אנרגיה מתחדשת כגון השמש, רוח, הידרואלקטרי, וכוח גיאותרמי הוא מרכזי במאמץ זה והוא מאיץ בכל העולם אסטרטגיות משלימה כוללים שיפור יעילות האנרגיה, תחבורה חשמלית חימום, ופיתוח טכנולוגיות פחמן לכידת ואחסון.

עידוד כיור פחמן טבעי הוא חשוב באותה מידה.הגנה ולנהל יערות, להחזיר את הרטובים, אימוץ שיטות חקלאיות רגנרטיביות, וחיזוק האדמות המופחתות מגבירות את ההשתלטות על CO2 אטמוספירי, עוזר להפחית את פליטות.

הסכמים בינלאומיים כמו הסכם FLT:0.2015Paris AgreementFLT:1 שואפים להגביל את ההתחממות הגלובלית עד 2 מעלות צלזיוס, באופן אידיאלי 1.5 מעלות צלזיוס מעל רמות טרום-תעשייתיות.השגת מטרות אלה מחייבת להגיע לפליטות CO2 של אפס עד שנת 2050.

אסטרטגיות הסתגלות כוללות בניית תשתיות יעילות לעמוד בפני מזג אוויר קיצוני, פיתוח גידול בצורת וחום עמיד בפני מזון בטוח אספקה, הגנה על מערכות אקולוגיות החוף באמצעות שיקום וניהול בר קיימא, ושיפור ניהול משאבי מים. integrating הקטנת מאמצי הסתגלות והתאמה הוא קריטי לניהול הסיכונים שמציב תקציב אנרגיה חסר איזון וקיום מערכות אנושיות וטבעיות לתוך העתיד.