อะไรทำให้เกิดความร้อนในบรรยากาศ?

บรรยากาศได้รับความร้อนจากกระบวนการที่ซับซ้อนหลายอย่าง แต่แหล่งที่มาของความร้อนในบรรยากาศเกือบทั้งหมดคือดวงอาทิตย์ ในท้องถิ่น อากาศอาจได้รับความร้อนจากกระบวนการที่ไม่อาศัยแสงแดดโดยตรง เช่น ภูเขาไฟระเบิด ฟ้าผ่า ป่า ไฟไหม้หรือกิจกรรมของมนุษย์ เช่น การผลิตไฟฟ้าและอุตสาหกรรมหนัก แต่แหล่งความร้อนเหล่านี้ไม่มีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับพลังงานแสงอาทิตย์ รังสี

ดวงอาทิตย์แผ่พลังงานออกไปทุกทิศทุกทางในรูปของความร้อน แสง และการแผ่รังสี พลังงานนี้สามารถให้ความร้อนแก่วัตถุได้ในระยะทางที่เหลือเชื่อ ความร้อนจากแสงอาทิตย์เกิดขึ้นเมื่อรังสีดวงอาทิตย์กระทบกับโมเลกุลของวัสดุบางชนิดและถูกดูดซับ รังสีดวงอาทิตย์กระทบวัสดุสะท้อนแสงและสะท้อนออกไปโดยไม่ดูดซับความร้อนมากนัก วัสดุโปร่งใสช่วยให้รังสีดวงอาทิตย์ผ่านได้โดยไม่ต้องแลกเปลี่ยนความร้อน

ชั้นบรรยากาศของโลกมีทั้งแบบสะท้อนแสงหรือโปร่งแสง ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของรังสีที่มันเผชิญ ส่งผลให้ชั้นบรรยากาศได้รับความร้อนโดยตรงจากรังสีดวงอาทิตย์เพียงเล็กน้อย พลังงานแสงอาทิตย์สะท้อนกลับเข้าไปในอวกาศหรือปล่อยให้ผ่านไปโดยที่พลังงานไม่ถูกดูดซับ พลังงานที่มากขึ้นสะท้อนให้เห็นจากเมฆและสารประกอบทางเคมี เช่น โอโซน พลังงานของดวงอาทิตย์เพียงประมาณ 54 เปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่ผ่านชั้นบรรยากาศไปถึงพื้นผิว

เมื่อรังสีดวงอาทิตย์มาถึงพื้นผิวโลก พื้นดินและแหล่งน้ำจะดูดซับเกือบทั้งหมด มีเพียงประมาณ 4 เปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่สะท้อนกลับเข้าไปในอวกาศ พื้นผิวเหล่านี้ร้อนขึ้นโดยการดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ วัตถุอุ่นเริ่มแผ่รังสีอินฟราเรดคลื่นยาว หากไม่มีชั้นบรรยากาศ พลังงานนี้จะแผ่ออกสู่อวกาศ

เนื่องจากองค์ประกอบทางเคมีของชั้นบรรยากาศโลก รังสีอินฟราเรดส่วนใหญ่ที่ปล่อยออกมาจากพื้นผิวที่อบอุ่นไม่เคยไปถึงอวกาศ รังสีสะท้อนหรือดูดซับโดยสารประกอบที่เรียกว่าก๊าซเรือนกระจกแทน เมื่อสารเหล่านี้ดูดซับรังสีอินฟราเรดจากพื้นผิว บรรยากาศจะร้อนขึ้น พลังงานที่สะท้อนกลับมายังโลกจะทำให้พื้นผิวอุ่นขึ้น ทำให้โลกปล่อยรังสีอินฟราเรดออกมามากขึ้น ทำให้เกิดวัฏจักรที่ช่วยให้บรรยากาศและพื้นผิวอุ่นขึ้น