Какъв е енергийният бюджет на Земята?

Терминът „енергиен бюджет на Земята“ е измислен, за да се отнася до енергията, която планетата получава от Слънцето, използвана по цялата земя, и след това се връща обратно в космоса. Слънцето осигурява цялата енергия, която се използва в земята, въпреки че повечето от слънчевата енергия никога не достига повърхността на планетата. Топлината, която Земята получава, преминава в пет различни компонента на околната среда: живи същества като растения и животни, земната кора, земните водни тела, атмосферата и леда. Поради формата на планетата, количеството енергия, което удари земната повърхност, е значително неравномерно, като някои области получават значително по-голямо количество топлина от други. Формата на Земята го прави и така, че полярните зони получават значително по-малко топлина, отколкото районите, които са по-близо до екватора. Научните изследвания показват, че всеки квадратен метър на земната повърхност получава и връща около 240 вата енергия от слънцето. Количеството топлинна енергия, получена от Земята и излъчена обратно в пространството, е близко до това да бъде балансирано, докато Земята почти се приближава до състояние на радиационно равновесие.

Входяща топлинна енергия

Земята получава слънчева енергия под формата на късовълново излъчване. Входящата енергия може да взаимодейства със земната среда по три различни начина: разсейване, поглъщане и отражение. Ако слънчевата радиация удари земната повърхност, без да претърпи някой от тези три процеса, тя се нарича пряка слънчева радиация.

разсейване

Когато слънчевата енергия е разпръсната, тя влиза в контакт с малки частици като газови молекули, които след това променят посоката на слънчевите лъчи, без да променят дължината на вълната. Разсейването зависи от много фактори като дължината на вълната на излъчването, както и размера на молекулите, които разсейват радиацията. Основният ефект от разсейването е, че намалява количеството топлинна енергия, достигаща до земната повърхност. Разсейването е отговорно и за това, че земното небе е синьо. Разпръснатото слънчево лъчение, което удари земната повърхност, се нарича дифузно слънчево лъчение.

абсорбция

Друг начин, по който слънчевата енергия взаимодейства със земната среда, е чрез абсорбция. Учените описват абсорбцията като процес, чрез който веществото поема слънчевата радиация, след което се превръща в топлинна енергия. След като материалът генерира топлинна енергия, по-късно той я излъчва обратно в околната среда чрез дълги вълни.

размисъл

Слънчевата радиация може също да се отрази, когато тя взаимодейства с частици в земята. Отражението настъпва, когато слънчевата светлина удари частица и се пренасочва в атмосферата. Основното отражение на отражението е, че намалява количеството топлина, достигащо до земната повърхност. Отражението обикновено се случва в облаците, където водните капки пресичат и пренасочват слънчевите лъчи.

Изходяща топлинна енергия

Земята изпраща енергия в космоса под формата на дълги вълни, които обикновено имат ниски количества енергия. Енергията, изпращана от Земята, обикновено е под формата на инфрачервена радиация. Частиците в околната среда абсорбират част от енергията, излъчвана от земята, докато облаците отразяват и някои. Изходящата радиация е от основно значение за енергийния бюджет на Земята, тъй като е сумата от енергията от Земята към атмосферата. Изходящата радиация също играе важна роля в парниковия ефект, тъй като газове като въглероден диоксид и метан поглъщат радиацията, увеличавайки количеството топлина в атмосферата. Друг ефект от абсорбцията от тези газове е, че той води до увеличаване на температурата на земната повърхност. Учените посочват, че по-високата концентрация на парникови газове може да доведе до глобално затопляне.

Енергиен дисбаланс в Земята

В случай, че енергията влезе в земята и енергията, която напуска планетата, не са равни, Земята печели или губи енергия. Има два основни начина да се провери дали Земята печели енергия, губи я или е в равновесие. Един от начините е чрез използването на непряко измерване. В случай на енергийна промяна на земята, тя ще засегне различни компоненти на земната среда като океаните. За измерване на промяната се използват океански устройства, известни като argo floats. Друг метод, който може да се използва, е чрез директно измерване главно чрез използване на сателити. Сателитите, които измерват енергийния дисбаланс, използват технологията, разработена от НАСА, и следят количеството топлина, която Земята получава, както и количеството, което Земята излъчва.

Парников ефект

Газовете, които съставляват най-значителния процент от земната атмосфера, са кислород и азот, които взаимодействат нито с входящата слънчева радиация, нито с топлинното излъчване от земята в космоса. Земната атмосфера, обаче, също съдържа вещества като водни пари и други газове, които абсорбират топлинно излъчване на специфични дължини на вълните. Пет до шест процента от енергията, която Земята излъчва, се абсорбира от веществата и увеличаването на тяхната концентрация в атмосферата води до по-висока степен на абсорбция. Основното въздействие на стандартния парников ефект е, че повишава температурата на Земята, което прави Земята по-топла, отколкото би било, ако се разчита само на слънцето за отопление.

Изменението на климата

Климатът на Земята може да се промени поради природни фактори или поради влиянието на хората. Природните фактори, които водят до промяна на земния климат, включват вулканични изригвания и промени в яркостта на слънцето, които или увеличават, или намаляват количеството слънчева енергия, достигаща до земната повърхност. Редица човешки дейности допринасят пряко или косвено за промяната на климата на Земята, като например освобождаването на замърсители в атмосферата, както и обезлесяването. Климатичните промени имат пряко въздействие върху енергийния бюджет на Земята.

Икономически въздействия на изменението на климата

Един от секторите, които са съществено засегнати от промените в климатичните модели на земята, е селскостопанският сектор. Поради промените, някои региони изпитват по-малко дъжд, отколкото обикновено, което води до провал на реколтата. В други райони валежите са по-високи от средните, което води до унищожаване на културите в стопанствата. Въздействието на тези събития е, че намалява добивите на култури, което затруднява земеделските стопани да изкарват прехраната си и създават недостиг на храна. Друг ефект от изменението на климата е, че той ще доведе до значително увеличаване на случаите на топлинни вълни, някои от които могат да доведат до смърт, намалявайки частта от населението, способна да допринесе за икономиката.