كيف تتلقى الأرض الحرارة من الشمس؟

تشع الشمس الطاقة في كل الاتجاهات. يتبدد معظمها في الفضاء ، لكن الجزء الضئيل من طاقة الشمس الذي يصل إلى الأرض يكفي لتسخين الكوكب ودفع نظام الطقس العالمي عن طريق تسخين الغلاف الجوي والمحيطات. التوازن الدقيق بين كمية الحرارة التي تتلقاها الأرض من الشمس والحرارة التي تشعها الأرض مرة أخرى في الفضاء يجعل من الممكن للكوكب أن يحافظ على الحياة.

يتم إنشاء الإشعاع الشمسي عن طريق تفاعلات الاندماج النووي في لب الشمس ، مما يؤدي إلى إصدار كمية كبيرة من الإشعاع الكهرومغناطيسي ، في الغالب على شكل ضوء مرئي. هذا الإشعاع هو الطاقة التي تسخن الأرض. يصدر سطح الشمس حوالي 63 مليون واط من الطاقة لكل متر مربع. بحلول الوقت الذي تصل فيه الطاقة إلى الأرض ، بعد السفر لمسافة 150 مليون كيلومتر ، أو 93 مليون ميل ، لقد تقلص إلى 1،370 واط لكل متر مربع في الجزء العلوي من الغلاف الجوي المواجه للشمس مباشرة.

يمكن للإشعاع الكهرومغناطيسي ، بما في ذلك الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية ، أن ينتقل عبر فراغ الفضاء. تتطلب أشكال الطاقة الأخرى وسائط مادية للتحرك خلالها. على سبيل المثال ، تحتاج الطاقة الصوتية إلى الهواء أو مادة أخرى لتنتقل ، وطاقة الأمواج في المحيطات تحتاج إلى الماء. ومع ذلك ، يمكن للطاقة الشمسية أن تنتقل من الشمس إلى الأرض دون الحاجة إلى مادة فيزيائية لنقل الطاقة. تتيح هذه الميزة للطاقة الكهرومغناطيسية للأرض إمكانية تلقي الطاقة الشمسية ، بما في ذلك الحرارة.

ترتد بعض الطاقة الشمسية التي تصل إلى الأرض عن الغلاف الجوي والغيوم وتعود إلى الفضاء. يتلقى سطح الأرض حوالي نصف الإشعاع الشمسي القادم. تأخذ الطاقة الشمسية شكل الحرارة والضوء المرئي وكذلك الأشعة فوق البنفسجية ، وهي نوع الطاقة التي تسبب حروق الشمس. الطاقة تمتصها المادة ، بما في ذلك الهواء والماء والصخور والمباني والأرصفة والكائنات الحية ، ونتيجة لذلك يتم تسخين المادة. لا تسخن الأرض بالتساوي ، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن بعض المناطق تتلقى إشعاعًا شمسيًا أكثر من غيرها. تدفع الاختلافات في الطاقة الرياح وتيارات المحيط عبر الكوكب بأسره.

إذا استقبلت الأرض الطاقة الشمسية باستمرار دون أي وسيلة لفقدان الطاقة ، فستزداد سخونة باستمرار. تشع الأرض الحرارة مرة أخرى في الفضاء ، مما يمنع ارتفاع درجة حرارة الكوكب. كمية الحرارة المعاد إشعاعها حساسة لنوع الغازات في الغلاف الجوي ؛ تمتص بعض الغازات الحرارة بشكل أكثر فعالية من غيرها وتتداخل مع إعادة الإشعاع. أحد هذه الغازات هو ثاني أكسيد الكربون. مع زيادة تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، تتغير موازنة حرارة الأرض ، مع زيادة الطاقة مخزنة في الغلاف الجوي وانبعاث حرارة أقل في الفضاء ، وهي ظاهرة تُعرف باسم الدفيئة تأثير.