Тепловой баланс Земли крайне важный фактор который делает планету пригодной для жизни.
Тот факт, что наше планетарное тело может реагировать на незначительные изменения количества поступающего излучения для поддержания достаточно стабильной температуры, является результатом теплового баланса Земли. Это явление также тесно связано с потоками солнечной энергии. По сути, вся энергия, которую Земля получает исходит от Солнца.
Это равновесие поддерживается несколькими различными механизмами.
Происхождение энергии
Земля получает большое количество энергии от Солнца, более 1,7 х 10 в 17 степени джоулей каждую секунду и именно эти ресурсы приводят к теплой, жизнеспособной планете. Только определенное количество ресурсов поглощается атмосферой и используется для обогрева Земли. Около 70% поглощается планетой, а остальные 30% отражаются различными поверхностями, такими как облака, лед и пустыни. Солнце это источник энергии для климата и биосферы.
Входящая и исходящая мощность на примере энергетического баланса Земли с входящими и исходящими значениями составляет 341 Вт/м2.
Если бы все было входящим и поглощенным, то температура бы поднялась почти на 1 миллион градусов Цельсия за миллиард лет. Таким образом, крайне важно, чтобы планеты отражали некоторое тепло в космическое пространство. Поскольку Земля окружена вакуумом космического пространства, она не может потерять энергию через проводимость или конвекцию. Вместо этого Земля излучает в космос только электромагнитным излучением. В типичной планетарной температуре эта энергия льется в пространство как электромагнитный спектр в инфракрасной части.
Фактически, все объекты с температурой излучают определенную форму излучения, а инфракрасное излучение в космос происходит за счет вклада планетарной поверхности и атмосферы.
Как работает температурный баланс?
Тепловой баланс Земли соблюдается если уравновешиваются потери с получением для своего окружения.
Известно, что более горячие объекты излучают больше излучения, чем более холодные объекты и, таким образом, более горячая планета будет сбрасывать больше энергии в космос, чем холодная. Это означает, что должна существовать определенная температура, при которой скорость инфракрасного излучения в пространство равна скорости поглощения энергии от Солнца. Если бы по какой-либо причине планета стала жарче, тепла улетучилось бы больше, пока планета не остынет до равновесия. Точно также, если бы планета внезапно стала холоднее, она потеряла бы тепло медленнее и, таким образом, прогрелась бы до тех пор, пока не произойдет равновесия.
Этот балансировочный акт потоков солнечной и земной энергии определяет энергетический баланс (и равновесную температуру) планеты. Этот тепловой баланс Земли является основным сдерживающим фактором для климата и зависимости исходящей инфракрасной энергии от температуры.
Поскольку радиационное равновесие является краеугольным камнем физики климата, следует, что климатологи очень заинтересованы в концепции энергетического баланса Земли. При изменении климата, например путем сжигания ископаемых видов топлива, увеличивается концентрация CO2 в атмосфере. Поэтому необходимо понимать что нарушаются поступающие и исходящие потоки тепла. Ученые знают какие изменения температуры требуются для того, чтобы вся планета находилась в энергетическом балансе.
Причины изменения климата
Изменения в составе атмосферы могут изменить температуру при которой наша планета балансирует. Изменение состава атмосферы изменяет значения поглощенной и отраженной энергии. Изменение таких факторов мало, но значительно влияет на энергетический или тепловой баланс Земли и на изменение климата. Этот энергетический дисбаланс продолжает расти в результате человеческой деятельности. Суть изменения климата в дисбалансе — больше энергии поступает, чем покидает Землю.
