Возможно, вы помните, как ваши учителя физики в начальной школе рассказывали вам, что энергия не может быть создана или уничтожена. Это основа физики.
Однако энергию можно преобразить. Когда солнечные лучи достигают Земли, они преобразуются в случайные молекулярные движения, которые вы ощущаете как тепло. В то же время излучение Земли и ее атмосферы выбрасывается в космос. "Энергетический бюджет" Земли - это баланс между поступающей и уходящей энергией.
Этот перенос энергии влияет на наш климат. Земля нагревается, когда количество поступающей энергии превышает количество уходящей энергии.
Это может происходить по-разному, в том числе когда морской лед, который обычно отражает солнечную радиацию обратно в космос, тает, и темная вода поглощает энергию. Это также происходит, когда парниковые газы накапливаются в атмосфере, задерживая часть энергии, которая в противном случае излучалась бы наружу.
Давайте сперва рассмотрим подробнее, как течет энергия и что энергетический бюджет говорит нам о том, как и почему происходит потепление на планете.
Балансировка энергии солнца
Практически вся энергия в климатической системе Земли поступает от солнца. Лишь незначительная часть поступает вверх из недр Земли.
В среднем планета получает 340,4 ватта солнечного света на квадратный метр. Все солнечное излучение приходится на дневную сторону, и в полдень показатели значительно выше.
Из этих 340,4 ватт на квадратный метр:
• Облака, пыль, снег и поверхность Земли отражают 99,9 ватт обратно в космос.
• Оставшиеся 240,5 ватт поглощаются, причем примерно четверть приходится на атмосферу, а оставшаяся часть - на поверхность планеты. В системе Земли это излучение преобразуется в тепловую энергию. Почти вся поглощенная энергия возвращается в космос в виде энергии. Глобальное потепление вызвано небольшим остатком - 0,6 ватта на квадратный метр. Это может показаться не очень много, но все это собирается.
Атмосфера поглощает большое количество энергии и излучает ее в космос, а также обратно на поверхность планеты. На самом деле, атмосфера излучает почти в два раза больше радиации, чем прямой солнечный свет на поверхности Земли. Это связано с тем, что солнце нагревает поверхность только днем, тогда как теплая атмосфера находится там весь день.
Энергия солнца и атмосферы, достигающая поверхности Земли, составляет примерно 504 ватта на квадратный метр. Около 79 процентов этой энергии излучается поверхностью Земли. Испарение воды и нагрев воздуха, океанов и суши поглощают оставшуюся энергию поверхности.
Небольшая разница между входящим солнечным светом и выходящим инфракрасным обусловлена скоплением в атмосфере парниковых газов, таких как углекислый газ. Эти газы прозрачны для видимого света, но непрозрачны для инфракрасных лучей, поглощая и испуская обратно большое количество инфракрасных фотонов.
Чтобы восстановить баланс между входящим и исходящим излучением, температура поверхности Земли должна повыситься.
Как это влияет на глобальное потепление?
Удвоение количества углекислого газа добавит 3,7 ватта тепла на каждый квадратный метр Земли. Представьте себе старомодные ночники с лампами накаливания, расставленные через каждые 3 фута (0,9 метра) по всему миру и оставленные включенными навсегда.
При нынешних темпах выбросов уровень парниковых газов удвоится по сравнению с доиндустриальным уровнем к середине века.
По расчетам климатологов, такое количество тепла приведет к потеплению климата Земли примерно на 5 градусов по Фаренгейту (3 градуса по Цельсию). Для предотвращения этого потребуется заменить сжигание ископаемого топлива, являющегося основным источником выбросов парниковых газов, другими видами энергии.
Последствия глобального потепления
Если к 2100 году средняя глобальная температура поверхности Земли повысится на 1,5-2,5 градуса Цельсия (2,7-4,5 градуса по Фаренгейту), огромное количество видов растений и животных окажется под угрозой исчезновения. При потеплении более чем на 4,5 °C (8,1 °F) - уровень, который может быть достигнут в сценариях МГЭИК с более высокими выбросами - оценка потери видов возрастает до 40%. Вымирание на 40% наверняка вызовет значительные изменения в пищевых сетях экосистем и окажет негативное влияние на функционирование экосистем.
Изменения в различных сезонных процессах, таких как более раннее образование листьев на деревьях, более раннее озеленение растительности, изменение времени откладки яиц и вылупления птенцов, а также сдвиги в сезонных миграциях птиц, рыб и других мигрирующих животных, вероятно, произойдут в результате потепления поверхности в регионах с умеренным климатом. Изменения в сезонной структуре морского льда в экосистемах высоких широт представляют опасность для таких хищников, как белые медведи и моржи, которые полагаются на трещиноватый морской лед для своей кормовой деятельности. Также в высоких широтах сочетание потепления вод, сокращения морского льда, изменения солености и циркуляции океана, вероятно, приведет к сокращению или перераспределению популяций водорослей и планктона. В результате рыба и другие организмы, питающиеся водорослями и планктоном, могут оказаться под угрозой. На суше повышение температуры и изменение характера осадков и частоты засух, вероятно, приведет к изменению моделей нарушения среды пожарами и вредителями.
Понравилась статья? Поставь лайк, и подпишись на канал чтобы читать о самых интересных вещах!!
