Table of Contents

מאזן האנרגיה של כדור הארץ: כיצד אנרגיה נכנסת ויוצאת

מערכת האקלים של כדור הארץ פועלת באמצעות איזון אנרגיה מכוונן היטב, שבו קרינה סולארית נכנסת מנוגדת לקרינה הארצית היוצאת החוצה.מאזן זה, המכונה לעתים קרובות תקציב האנרגיה של כדור הארץ, הוא בסיסי בקביעת טמפרטורות גלובליות ודפוסי אקלים.כאשר יותר אנרגיה נכנסת למערכת מאשר משאירה אותה, כדור הארץ חם; כאשר יותר אנרגיה מגיעה, זה איזון דינמי מושפע כל הזמן על ידי תהליכים אנושיים יותר ויותר שינוי האקלים, וחיזוי פעולות דרמטיות.

הבנת יסודות תקציב האנרגיה של כדור הארץ

בלב תקציב האנרגיה של כדור הארץ נמצא האינטראקציה בין קרינה סולארית גלית קצרה לבין קרינה כדור הארץ גלית ארוכה.השמש פולטת אנרגיה בעיקר באורכי גל גלויים אולטרה סגול, אשר נספגים בעיקר על ידי פני כדור הארץ והאווירה.בתגובה, כדור הארץ פולט אנרגיה חזרה לחלל בצורת קרינה אינפרא אדום.

קרינה השמש הנכנסת

ההפחדה הסולארית הכוללת שמגיעה לכדור הארץ היא בערך 1,361 W/m2, הידועה כקבוע השמש.עם זאת, מכיוון שכדור הארץ הוא כדור ומסתובב מדי יום, האנרגיה הזו נמצאת בממוצע על פני השטח כולו ועל פני הזמן, וכתוצאה מכך ממוצע יעיל של כ-340 W/m2 בחלק העליון של האווירה.

קרינה גלית Longwave

כדור הארץ פולט אנרגיה בעיקר כקרינת אינפרא אדום תרמי, אשר תלויה בטמפרטורת פני השטח על פי חוק סטפאן-בולצמן.זה קרינה גלי ארוך מתמשכת (OLR) ממוצעים כ 239 W/m2 בחלק העליון של האווירה תחת תנאים מוקדמים, איזון האנרגיה הסולארית הנספסת.

תהלוכות מפתח ותהליכים המשפיעים על תקציב האנרגיה

סליחות, רפידות, ו Scattering in the Atmosphere

קרינה השמש עוברת אינטראקציות מורכבות ברגע שהיא נכנסת לאטמוספירה של כדור הארץ.כ-23% נספגת על ידי גזים אטמוספריים כגון אוזון ומחסימת מים, ועל ידי עננים כ-47% מגיע אל פני כדור הארץ, שם היא נספגת או משתקפת.עננים משפיעים באופן ייחודי על תקציב האנרגיה על ידי השמש הנכנסת, אשר מקרר את כדור הארץ, ומחמת קרינה אינפרא אדום, אשר מחמם אותו או מגובה ממוצע, אם כי הוא נמצא בעננים, אם כי הוא משתנה, עם רמת קירור, עם רמת ענן, עם רמת אור השמש, עם רמת אור השמש, אם כי היא משתנה, ואפקטים, אם כי היא משתנה, אם כי היא משתנה, עם רמת קירור גבוהה, עם רמת ענן, עם רמת הסביבה, עם רמת קירור גבוהה, עם רמת ענן, עם השפעה גלובלית, עם השפעה גלובלית, אם כי היא משתנה, עם השפעה גלובלית, עם השפעה גלובלית, עם רמת ענן, עם השפעה גלובלית, עם רמת הסביבה, עם רמת קירור, אם כי היא משתנה, עם רמת קירור, עם רמת אור השמש הקרובה, עם השפעה, אם כי היא משתנה, אם כי היא משתנה, אם כי היא משתנה, עם השפעה, עם השפעה נמוכה, אם כי היא משתנה, אם כי היא משתנה, אם כי היא משתנה

פני השטח אלבדו וריאציות שלה

אלבדו מתאר את הרהורים של פני כדור הארץ והוא גורם קריטי בתקציב האנרגיה.משטחים כמו שלג טרי וקרח יכולים לשקף עד 90% של אנרגיה סולארית נכנסת, בעוד האוקיינוסים והיערות הכהים סופגים את הקרינה הקרובה ביותר, עם ערכי אלבדו מתחת ל -10%.שינויים בשימוש באדמה, כגון דריסה ועירוריזציה, כמו גם היתוך קרח, לשנות את albed הגלובלי וכמות האנרגיה השמש נספגת יותר, כמו גם מתחמי חום חזק יותר, כמו גם מתחמי.

עבור התמוטטות ראייה עמוקה של פלוקסים אנרגיה אלה, ה-FLT:0 NASA Earth ObservatoryigtureFLT:1 מספק משאבים מקיפים ונתונים מעודכנים.

Greenhouse Gases ואפקט Greenhouse משופר

גזי החממה (GHGs) באופן טבעי מסדירים את הטמפרטורה של כדור הארץ על ידי ספוגה והפחתה מחדש של קרינה אינפרא אדום.עם זאת, פעילויות אנושיות הגבירו באופן משמעותי את ריכוזי מפתח GHGs, מה שמגביר את אפקט החממה ויצירת חוסר איזון אנרגיה שמניע את ההתחממות הגלובלית.

רובן גזי החממה ותפקידיהם

  • (FLT:0)Carbon Dioxide (CO2): FIRLT:1) גז חממה הארוך העיקרי, עם רמות אטמוספיריות עולה מ-280 חלקים למיליון (ppm) במהלך התקופה הטרום-תעשייתית ליותר מ-420 ppm נכון ל- 2025.עלייה זו נובעת בעיקר עקב בעירה של דלק מאובנים, פיזור, ושינויים בשימוש ביבשה.
  • (FLT:0) מאטאן (CH4): FLT:1 גז חממה חזק עם פוטנציאל התחממות עולמי מעל 25 פעמים כי של CO2 מעל 100 שנים, אם כי הוא נשאר באווירה במשך כעשור. מקורות כוללים חקלאות (במיוחד בעלי חיים), מיצוי דלק מאובנים, צינורות אדמה, וריכוזי מתאן הוכפלו יותר מ-1750.
  • (ב) [0] Oxide (N2O: ⁇ ] 1:1 מושעה חקלאית, תהליכים תעשייתיים, וביומסה בוערת, N2O יש השפעות התחממות החממה ותורמים לפירוק האוזון הסטריטוספירי.
  • (FLT:0) מים Vapormia: 1FLT:1 גז חממה שופע ורב עוצמה, אבל הריכוז נשלט על ידי טמפרטורה ולא פליטות ישירות. ווטר וואטור פועל בעיקר כ משוב, הפחתת ההתחממות יזמה על ידי GHGs אחרים.
  • (FLT:0)Ozone (O3) ו-Halocarbons:BuildFLT:1 ), אוזון טרופי, שנוצר על ידי תגובות כימיות מעורבים מזהמים, הוא גז חממה קצר מועד. Halocarbons, כולל chlorofluorocarbons (CFCs) ו הידרופלונופחמימנים (HFCs), הם תרכובות סינתטיות עם פוטנציאל התחממות גבוה מאוד.

רדיטיבית פורקינג והשלכותיו הקלמטיות

רדיטיבי מכריח (RF) לכמת את השינוי בשטף האנרגיה בחלק העליון של האווירה בשל גורם ספציפי, המובא ב- W/m2. RF חיובי מוביל להתחממות, בעוד RF שלילי גורם קירור.על פי הפאנל הבין-ממשלתי על שינויי אקלים (IPCC) דו"ח ששית', הערכה אנתרוגניתרופית יצרה RF חיובי כולל של כ-2.72 W/2 ב-2019 ביחס ל-1750, עם 2 מיליון דולר בלבד,2, לעומת 2.

לקבלת עדכונים בזמן אמת על ריכוזי גזי חממה ועל מגמותיהם, ראה את המעבדה לניטור גלובלי (FLT:0NOAA Global Monitoring Laboratory) 1

גורמים טבעיים ואנתרופוסופיים משפיעים על קרינה סולארית

אורביטל: מילנקווביץ' מעגלי

מסלול כדור הארץ סביב השמש משתנה במשך עשרות אלפי שנים בשל וריאציות אקסצנטריות, הטיה אקסקלית (שלמות), וקדמה. מחזורי מילנקווביץ' אלה מבססים את ההפצה והעוצמה של קרינה סולארית, נהיגה בתקופות קרחוניות ושבריריות בין-גזעיות במהלך מיליוני השנים האחרונות, כדור הארץ הוא בשלב בין-גזעי, ושינויים מסלול לבדם היה מתקרר בהדרגה על פני כדור הארץ החריף לאורך אלפי השנים האחרונות.

אטמוספיריות ואפקטי ענן

התפרצויות געשיות יכולות להזריק אווירוסולטים לתוך הסטרטוספרה, לשקף אור השמש ולגרום קירור עולמי זמני - למשל, התפרצות הר Pinatubo של 1991 הפחיתה את הטמפרטורות הגלובליות בכ-0.5 מעלות צלזיוס למשך עד שנתיים. athropogenic aerosols מזיהום תעשייתי גם לשקף אור שמש ולשנות תכונות מיקרופיזיות בענן, לייצר אפקט קירור נטו שמפרק באופן חלקי את החממה, אך יש להם מגבלות חלליות קצרות.

אפשרויות ל-Surs Variability

ההתפרצות הכוללת של השמש משתנה מעט מעל מחזור כתמי השמש של 11 שנים, עם וריאציות סביב 0.1%, בעוד שינויים אלה יכולים להשפיע על האקלים על פני זמן קצר, תצפיות לוויין מאז 1978 לא מאשרות מגמה משמעותית לטווח ארוך בפלט סולארי שיכול להסביר את ההתחממות המתמשכת שנצפתה מאז אמצע המאה ה-20.

תהליכים להורדת אנרגיה יוצאת

טמפרטורה וחוק סטפן-בולצמן

טמפרטורת פני השטח של כדור הארץ שולטת בכמות האנרגיה האינפרה-אדום הנפלטת חזרה לחלל, לאחר חוק סטפאן-בולצמן, הקובע כי פולט קרינה עולה עם הכוח הרביעי של הטמפרטורה.תחת נסיבות רגילות, עלייה בטמפרטורות פני השטח מובילה לקרינה יוצאת דופן יותר, מתנהגת כפידבק שלילי המייצב את האקלים.

מוצרי ענן ומורכבותם

עננים משפיעים באופן משמעותי הן קרינה נכנסת והן יוצאת דופן, מה שהופך אותם לאחד המקורות הגדולים ביותר של אי ודאות במודלים אקלים.נמוך, עננים עבים בדרך כלל משקפים את השמש, קירור כדור הארץ, בעוד שענני זיררוס דקים ברמה גבוהה, נוטים למלכוד קרינה אינפרא אדום, גרימת התחממות כדור הארץ כמו עלייה גלובלית, דפוסי ענן ונכסים עשויים להשתנות, פוטנציאל להגביר או להתחממות מעצימה.

מים Vapor Feedback

טמפרטורות Warmer מגבירות את ריכוזי מים אטמוספריים, אשר בתורו מגבירים את אפקט החממה כי אדפור מים הוא GHG יעיל מאוד יעיל זה לולאת משוב חיובי זו מגבירה את ההתחממות יזמה על ידי כוחות אחרים. תצפיות מאשר כי אדפור מים אטמוספרי גדל לצד טמפרטורות עולה, מחזק את החשיבות של משוב זה בדינמיקה של אקלים.

Ice-Albedo Feedback ו-Creic Amplification

התכה של קרח ים וקרחונים חושפת משטחים כהים כגון אוקיאנוס פתוח או אדמה, אשר סופגים יותר אנרגיה סולארית מאשר קרח רפלקטיבי. משוב על הקרח הזה מאיץ את ההתחממות האזורית, במיוחד באזור הארקטי, שבו הטמפרטורות עולות פי שניים עד ארבע מהר יותר מהממוצע העולמי - תופעה המכונה העצמת הארקטי.

שינוי האקלים והאנרגיה איזון

כיום, כדור הארץ חווה חוסר איזון באנרגיה נטו מוערך בין 0.6 ל- 1.0 W/m2, כלומר יותר אנרגיה נספגת מאשר פולטת חזרה לחלל.אנרגיה עודף זו מצטברת בעיקר באוקיינוסים (מעל 90%), מה שמוביל להתחממות האוקיינוס, עלייה ברמת הים, ושינויים במערכות אקולוגיות ימיות.חלקים קטנים יותר חמים יותר את האווירה והיבשה, ותורמים להמיסת קרח.

מנגנונים חיוביים ושליליים

  • (FLT:0) משובים חיוביים:FLT:1 (Ampl התחממות ראשונית) כוללים משוב על-גביע קרח, משוב מים, שחרור thawing permafrost שחרור מתאן ו- CO2, ולהפחית את צריכת הפחמן על ידי כיור יבשתי ואוקיינוסי.
  • (FLT:0) משככי החיוב: FLT:1 Act כדי לייצב את המערכת על ידי צמצום ההתחממות.הדוגמה העיקרית היא משוב Planck, שבו עלייה בטמפרטורות פני השטח מגבירה את פליטות אינפרא אדום לחלל.חלק מהתשובות בענן גם מספקים משוב שלילי, אך באופן כללי, משוב חיובי שולט כיום, מקטין את ההתחממות.

שינויים באקלים משקפים את האנרגיה המאוזנת

טמפרטורות פני השטח הגלובליות גדלו בערך 1.3 מעלות צלזיוס מעל רמות קדם-תעשייתיות, עם שיעור ההתחממות ההתחממות ההולכת בעשורים האחרונים.תוכן החום של האוקיינוס העליון עולה במהירות, ורמת הים עולה דרך התרחבות תרמית ושפל קרח. ים הארקטי ירד בכ-13% לעשור מאז החל ניטור לווייני בשנת 1979. אינדיקטורים אלה מפגינים מערכת של איזון אנרגיה ושינויים עמוקים.

דוח הערכת ה-FLT:0 [IPCC] השישי של הערכה (FLT:1 ), מציע סינתזה מקיפה של הבנה מדעית בנושאים אלה, כולל הערכות מפורטות של רכיבי תקציב אנרגיה ומנגנוני משוב.

אסטרטגיות למינוף אנרגיה איזון ושינוי האקלים

טיפול בחוסר איזון האנרגיה של כדור הארץ דורש מאמצים מרוכזים להפחית את פליטת גזי החממה, לשפר את שוקי הפחמן הטבעיים ולחקור התערבויות טכנולוגיות להסרת או לזרז פחמן אטמוספירי.

צמצום פליטות גז ירוק

  • (FLT:0) מעברי המעבר: FLT:1, המאשר את המעבר מדלקים מאובנים כלפי מקורות אנרגיה מתחדשים כגון השמש, הרוח, הידרואלקטרי וגיאוותרמאל הוא חיוני.
  • (FLT:0) מיטן ונטולי Oxide Mitigation:FLT:1 מטפל פליטות מתאן באמצעות זיהוי דליפה משופר ותיקון תשתיות נפט וגז, שיטות חקלאיות טובות יותר, וניהול פסולת יכול לתת יתרונות אקלים מהירים.
  • [01:0] לנד-אוזה והזרות: [ה]מגן על יערות קיימים, שיקום אדמות מוזנחות, והרחבת מאמצי האיבה וההפצה מגבירים את פליטת הפחמן, ועוזרים להפחית את פליטות הפליטה.

טכנולוגיות פחמן ו- Geoengineering Accesses

טכנולוגיות מתפתחות נועדו להסיר ישירות את CO2 מהאווירה, כגון לכידת אוויר ישירה, אנרגיה ביולוגית עם לכידת פחמן אחסון (BECCS), ומזג אוויר משופר של מינרלים. בעוד מבטיח, אפשרויות אלה ניצבות כיום בפני אתגרים הקשורים בעלות, קיבולת, והשפעות אקולוגיות פוטנציאליות.

טכניקות ניהול קרינה סולארית (SRM), כמו הזרקת אווירוסול הסטריטוספירי, יכולות להפחית באופן תיאורטי את הקרינה הסולארית הקרובה ולקרר את כדור הארץ במהירות.עם זאת, SRM אינה מתייחסת לחומצה האוקיינוס הנגרמת על ידי CO2 ונושאת סיכונים של הפרעות האקלים האזוריות ותופעות לוואי לא ידועות.

מסקנה

מאזן האנרגיה של כדור הארץ הוא שילוב דינמי של תהליכים טבעיים והשפעות אנושיות משמעותיות יותר ויותר.אכזבות לאיזון זה, בעיקר באמצעות ריכוזי גזי חממה גבוהים, מניעים שינוי אקלים מהיר עם השלכות סביבתיות וחברתיות רחבות יותר.הבנת המורכבות של פלוקס אנרגיה נכנסת ויוצאת החוצה, מנגנוני משוב, ותפקיד הפעילות האנושית הוא חיוני לפיתוח תגובות יעילות.