يعتمد اختلاف درجة الحرارة من القطب إلى خط الاستواء على طاقة الشمس والطاقة المحتجزة في أنظمة الأرض. كانت هناك أوقات لم تكن فيها الأرض تحتوي على أغطية جليدية قطبية أو صحاري ، وكانت هناك أوقات كان فيها الجليد قد دفن جزءًا كبيرًا من سطح الأرض.
حتى التغييرات الصغيرة في توازن طاقة الأرض تؤثر على درجة الحرارة عند خط الاستواء والقطبين وكل مكان بينهما.
طقس الاستواء
يتلقى خط الاستواء أشعة الشمس الأكثر مباشرة وبالتالي الأكثر طاقة شمسية. بشكل عام ، المنطقة المناخية الواقعة بين 15 درجة شمالاً و 15 درجة جنوباً (15 درجة شمالاً و 15 درجة جنوباً) لديها متوسط درجات حرارة أعلى من 64 درجة فهرنهايت (18 درجة مئوية). الفرق في درجات الحرارة بين النهار والليل بشكل عام أكبر من الفرق في درجات الحرارة بين أدفأ وأبرد شهور خط الاستواء. تؤثر أنماط الارتفاع والطقس مثل العواصف الرعدية على درجات حرارة خط الاستواء المحلي أيضًا.
خلال فصل الصيف ، يبلغ متوسط درجة الحرارة في القطب الشمالي 32 درجة فهرنهايت (0 درجة مئوية) بينما تبلغ درجة الحرارة عند القطب الجنوبي -18 درجة فهرنهايت (-28.2 درجة مئوية). خلال فصل الشتاء ، يبلغ متوسط درجة الحرارة في القطب الشمالي -40 درجة فهرنهايت (-40 درجة مئوية) ولكن متوسط درجة الحرارة في القطب الجنوبي -76 درجة فهرنهايت (-60 درجة مئوية). تتحكم الجغرافيا في اختلاف درجات الحرارة بين القطبين الشمالي والجنوبي.
يقع القطب الشمالي في المحيط بينما يقع القطب الجنوبي على كتلة قارية محاطة بالمحيط. تكون مياه البحر الموجودة أسفل الغطاء الجليدي في القطب الشمالي أكثر دفئًا من الجليد وتسخن الهواء فوقها. ومع ذلك ، فإن الكتلة الأرضية لأنتاركتيكا تقلل من تأثير المحيط. متوسط ارتفاع القارة القطبية الجنوبية ، حوالي 7500 قدم (2.3 كيلومتر) ، يقلل أيضًا من درجة الحرارة في القطب الجنوبي.
انحناء الأرض ودرجة حرارتها
يتسبب انحناء الأرض في انتشار طاقة الشمس على مساحات أكبر مع زيادة خط العرض. كلما زادت مساحة الأرض التي تنتشر فيها الطاقة ، انخفضت الطاقة لكل وحدة مساحة.
في النهاية ، تعتمد درجة الحرارة في منطقة ما على كمية طاقة الشمس التي تصل إلى السطح في تلك المنطقة. كمية الطاقة الشمسية في منطقة معينة أكبر عند خط الاستواء منها في منطقة متساوية عند القطبين ، وهذا هو السبب في أن درجة حرارة خط الاستواء أكثر دفئًا من درجات الحرارة القطبية.
الإمالة المحورية وطاقة الشمس
يميل محور الأرض حوالي 23.5 درجة من الوضع الرأسي بالنسبة لمستوى مدار الأرض حول الشمس. هذا الميل المحوري يعني أنه خلال رحلة الأرض حول الشمس ، يتلقى القطبان كميات متفاوتة من ضوء الشمس. ومع ذلك ، يتلقى خط الاستواء ضوء شمس ثابتًا نسبيًا طوال العام. يعني اتساق الطاقة أن درجة حرارة خط الاستواء تظل ثابتة نسبيًا طوال العام.
من ناحية أخرى ، تتلقى المناطق القطبية كمية أقل من طاقة الشمس ولا تتلقى هذه الطاقة إلا لجزء من السنة. في خطوط العرض أعلى من 60 درجة شمالاً و 60 درجة جنوباً تنتشر طاقة الشمس على مساحات واسعة بسبب انحناء الأرض والميل المحوري. انخفاض الطاقة لكل وحدة مساحة يعني انخفاض درجات الحرارة الإجمالية.
يعني الميل المحوري أن كل قطب يتلقى ضوءًا ثابتًا من الشمس خلال فصل الصيف عندما يكون القطب متجهًا نحو الشمس. ومع ذلك ، خلال فصل الشتاء ، لا يتلقى القطب أي ضوء من الشمس على الإطلاق لأن القطب يميل بعيدًا عن الشمس.
الغلاف الجوي والمحيطات ودرجة الحرارة
في حين أن الاختلاف بين متوسط درجة حرارة خط الاستواء ودرجات حرارة القطبين قد يبدو شديدًا ، فإن الفرق سيكون أكبر بكثير بدونه الغلاف الجوي للأرض. سيصبح خط الاستواء شديد الحرارة ويصبح القطبان أكثر برودة. تقود الطاقة الشمسية أنماط الطقس في خط الاستواء ، وتمتص الحرارة في العواصف الرعدية وتنقل الحرارة من الغلاف الجوي إلى المحيط كمطر.
تسبب التيارات الحرارية في الغلاف الجوي أنماط الرياح التي تحرك الحرارة من خط الاستواء نحو القطبين. تيارات المحيط تدفئها طاقة الشمس وتحمل الحرارة من خط الاستواء نحو القطبين أيضًا. يؤدي تبخر المياه السطحية والأمطار وغيرها من الأمطار والرياح وتيارات المحيطات إلى تحريك الهواء الدافئ نحو القطبين وجلب الهواء البارد نحو خط الاستواء.