Wie nimmt die Erde Wärme von der Sonne auf?

Die Sonne strahlt Energie in alle Richtungen ab. Das meiste davon zerstreut sich in den Weltraum, aber der winzige Bruchteil der Sonnenenergie, der die Erde erreicht, reicht aus, um den Planeten zu erwärmen und das globale Wettersystem durch Erwärmung der Atmosphäre und der Ozeane anzutreiben. Das empfindliche Gleichgewicht zwischen der Wärmemenge, die die Erde von der Sonne erhält, und der Wärme, die die Erde in den Weltraum abstrahlt, ermöglicht es dem Planeten, Leben zu erhalten.

Sonnenstrahlung entsteht durch Kernfusionsreaktionen im Kern der Sonne, die dazu führt, dass eine große Menge elektromagnetischer Strahlung, meist in Form von sichtbarem Licht, emittiert wird. Diese Strahlung ist die Energie, die die Erde erwärmt. Die Sonnenoberfläche emittiert etwa 63 Millionen Watt Energie pro Quadratmeter. Bis die Energie die Erde erreicht, nachdem sie 150 Millionen Kilometer oder 93 Millionen Meilen zurückgelegt hat, an der Spitze der Atmosphäre, die der Sonne direkt zugewandt ist, ist sie auf 1.370 Watt pro Quadratmeter gesunken.

Elektromagnetische Strahlung, einschließlich sichtbarem Licht, Infrarotstrahlung, ultraviolettem Licht und Röntgenstrahlen, kann durch das Vakuum des Weltraums wandern. Andere Energieformen benötigen ein physisches Medium, um sich zu bewegen. Schallenergie braucht zum Beispiel Luft oder einen anderen Stoff, um übertragen zu werden, und die Wellenenergie der Ozeane braucht Wasser. Sonnenenergie kann jedoch von der Sonne zur Erde wandern, ohne dass eine physikalische Substanz zur Übertragung der Energie erforderlich ist. Diese Eigenschaft der elektromagnetischen Energie ermöglicht es der Erde, Sonnenenergie, einschließlich Wärme, zu empfangen.

Ein Teil der Sonnenenergie, die auf der Erde ankommt, prallt von der Atmosphäre und den Wolken ab und zurück in den Weltraum. Die Erdoberfläche erhält etwa die Hälfte der einfallenden Sonnenstrahlung. Die Sonnenenergie nimmt die Form von Wärme und sichtbarem Licht sowie ultravioletter Strahlung an, der Energieart, die Sonnenbrand verursacht. Die Energie wird von Materie, einschließlich Luft, Wasser, Gesteinen, Gebäuden, Gehwegen und Lebewesen, aufgenommen und dadurch erwärmt. Die Erde erwärmt sich nicht gleichmäßig, hauptsächlich weil einige Gebiete mehr Sonneneinstrahlung erhalten als andere. Die Energieunterschiede treiben die Winde und Meeresströmungen über den gesamten Planeten.

Wenn die Erde ständig Sonnenenergie bekäme, ohne Energie zu verlieren, würde sie immer heißer. Die Erde strahlt Wärme zurück in den Weltraum und verhindert so eine Überhitzung des Planeten. Die Menge der zurückgestrahlten Wärme hängt von der Art der Gase in der Atmosphäre ab; einige Gase absorbieren Wärme effektiver als andere und stören die Rückstrahlung. Eines dieser Gase ist Kohlendioxid. Wenn die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre zunimmt, ändert sich der Wärmehaushalt der Erde mit mehr Energie in der Atmosphäre gespeichert und weniger Wärme in den Weltraum abgestrahlt, ein Phänomen, das als Treibhaus bekannt ist bewirken.