Jak energia słoneczna wpływa na atmosferę Ziemi

Słońce dostarcza energii do niemal wszystkiego, co dzieje się na Ziemi. Naukowcy z Laboratorium Fizyki Atmosfery i Fizyki Kosmicznej jasno to określili: „Promieniowanie słoneczne zasila złożoną i ściśle powiązaną dynamikę cyrkulacji, chemię i interakcje między atmosferę, oceany, lód i ląd, które utrzymują środowisko lądowe jako siedlisko ludzkości”. Innymi słowy, prawie wszystko, co dzieje się w atmosferze, dzieje się z powodu słońca energia. Można to zademonstrować na kilku konkretnych przykładach.

Światło słoneczne uderza w Ziemię najbardziej bezpośrednio na równiku i w jego pobliżu. Zaabsorbowana tam dodatkowa energia słoneczna ogrzewa powietrze, ziemię i wodę. Ciepło z ziemi i wody wracają do powietrza, jeszcze bardziej je ogrzewając. Gorące powietrze unosi się. Coś musi zająć jego miejsce, więc do środka wdziera się chłodniejsze powietrze z północy i południa. To tworzy przepływ powietrza - obwód od równika w górę i rozdzielający się na północ i południe, a następnie ochładzanie się i opadanie z powrotem na powierzchnię i odwrócenie kierunku, aby ponownie skierować się w stronę równika. Dodajmy efekty rotacji Ziemi i otrzymamy pasaty – stały przepływ powietrza po powierzchni Ziemi. Nawet jeśli wiatry są modyfikowane przez obrót Ziemi, ważne jest, aby zdać sobie sprawę, że nie są one tworzone przez obrót Ziemi. Bez energii słonecznej nie byłoby pasatów ani strumieni strumieniowych.

Niektóre długości fal energii słonecznej są wystarczająco silne, aby rozdzielić cząsteczki. Robią to, dając elektronowi tak dużo energii, że wystrzeliwuje on prosto z cząsteczki. Jest to proces zwany jonizacją, a dodatnio naładowane atomy, które pozostają po nim, nazywane są jonami. W górnych warstwach atmosfery, 80 kilometrów (50 mil) nad powierzchnią, cząsteczki tlenu pochłaniają długości fal ultrafioletowych -- długości fal promieniowania słonecznego od 120 do 180 nanometrów (miliardowych części metr). Ponieważ światło słoneczne wytwarza jony na tej wysokości, ta warstwa atmosfery nazywana jest jonosferą. Światło słoneczne wpływa na atmosferę Ziemi, ale efektem ubocznym jest pochłanianie przez atmosferę tego niebezpiecznego promieniowania ultrafioletowego.

Około 25 kilometrów (15 mil) nad powierzchnią atmosfera jest znacznie gęstsza niż w jonosferze. Oto najwyższa gęstość cząsteczek ozonu. Regularne cząsteczki tlenu składają się z dwóch atomów tlenu; ozon składa się z trzech atomów tlenu. Jonosfera pochłania promieniowanie ultrafioletowe od 120 do 180 nanometrów, a znajdujący się pod nią ozon pochłania promieniowanie ultrafioletowe od 180 do 340 nanometrów. Istnieje naturalna równowaga, ponieważ światło ultrafioletowe dzieli cząsteczkę ozonu na dwuatomową cząsteczkę tlenu i pojedynczy atom tlenu; ale kiedy pojedynczy atom zderza się z inną cząsteczką tlenu, światło ultrafioletowe pomaga im połączyć się, tworząc nową cząsteczkę tlenu. Znowu szczęśliwym zbiegiem okoliczności jest to, że fotochemia zachodząca w warstwie ozonowej pochłania dużo promieniowania ultrafioletowego, które w przeciwnym razie dotarłoby na Ziemię i stworzyłoby zagrożenie dla żywych organizmów.

Kolejnym krytycznym składnikiem atmosfery jest para wodna. Para wodna przenosi ciepło łatwiej niż gazy, dlatego cyrkulacja pary wodnej ma kluczowe znaczenie dla pogody. Ma również kluczowe znaczenie dla życia na Ziemi, ponieważ woda z oceanów jest podgrzewana przez światło słoneczne, aby wznieść się do atmosfery, gdzie wiatr wieje nad ląd. Gdy woda ostygnie, wraca na powierzchnię jako deszcz. Ruch frontów burzowych jest w dużej mierze wynikiem zderzeń mas powietrza o różnej zawartości wody. Każdy podmuch wiatru, każda burza, jaką kiedykolwiek widziałeś, każde tornado i huragan były napędzane energią słoneczną.