พลังงานแสงอาทิตย์ส่งผลต่อชั้นบรรยากาศของโลกอย่างไร

ดวงอาทิตย์ให้พลังงานแก่เกือบทุกอย่างที่เกิดขึ้นบนโลก นักวิทยาศาสตร์จากห้องปฏิบัติการฟิสิกส์บรรยากาศและอวกาศกล่าวไว้อย่างชัดเจนว่า "การแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์ให้พลังงานแก่พลวัตของการไหลเวียน เคมี และปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนและเชื่อมโยงกันอย่างแน่นแฟ้น บรรยากาศ มหาสมุทร น้ำแข็ง และแผ่นดินที่รักษาสภาพแวดล้อมบนบกเป็นที่อยู่อาศัยของมนุษย์" กล่าวอีกนัยหนึ่ง ทุกสิ่งที่เกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศเกิดขึ้นเพราะแสงอาทิตย์ พลังงาน. สิ่งนี้สามารถแสดงให้เห็นได้ด้วยตัวอย่างเฉพาะ

แสงแดดกระทบพื้นโลกโดยตรงมากที่สุดใกล้เส้นศูนย์สูตร พลังงานแสงอาทิตย์ส่วนเกินที่ถูกดูดซับนั้นทำให้อากาศ พื้นดิน และน้ำร้อนขึ้น ความร้อนจากดินและน้ำจะถูกส่งกลับขึ้นไปในอากาศ ทำให้ร้อนยิ่งขึ้นไปอีก อากาศร้อนขึ้น บางสิ่งบางอย่างต้องเข้ามาแทนที่ อากาศที่เย็นกว่าจากทางเหนือและทางใต้จะพัดเข้ามา นั่นทำให้เกิดกระแสลม ซึ่งเป็นวงจรจากเส้นศูนย์สูตรขึ้นและแยกไปทางเหนือและใต้ จากนั้นเย็นลงและตกลงสู่พื้นผิวและย้อนกลับทิศทางเพื่อมุ่งหน้าไปยังเส้นศูนย์สูตรอีกครั้ง เพิ่มผลกระทบของการหมุนของโลกและคุณจะได้รับลมค้า -- การไหลของอากาศอย่างต่อเนื่องบนพื้นผิวโลก แม้ว่าลมจะเปลี่ยนแปลงไปตามการหมุนของโลก แต่สิ่งสำคัญคือต้องตระหนักว่าลมไม่ได้เกิดจากการหมุนของโลก หากไม่มีพลังงานแสงอาทิตย์ก็จะไม่มีลมค้าขายหรือกระแสลมแรง

ความยาวคลื่นของพลังงานแสงอาทิตย์บางช่วงมีพลังมากพอที่จะแยกโมเลกุลออกจากกัน พวกเขาทำเช่นนี้โดยให้พลังงานมากกับอิเล็กตรอนที่ยิงออกมาจากโมเลกุล นั่นคือกระบวนการที่เรียกว่าไอออไนเซชัน และอะตอมที่มีประจุบวกที่ถูกทิ้งไว้เบื้องหลังเรียกว่าไอออน ในชั้นบรรยากาศด้านบน 80 กิโลเมตร (50 ไมล์) เหนือผิวน้ำ โมเลกุลของออกซิเจนจะดูดซับ ความยาวคลื่นอัลตราไวโอเลต -- ความยาวคลื่นรังสีดวงอาทิตย์ระหว่าง 120 ถึง 180 นาโนเมตร (พันล้าน เมตร) เนื่องจากแสงแดดสร้างไอออนที่ระดับความสูงนั้น ชั้นบรรยากาศนั้นจึงเรียกว่าไอโอโนสเฟียร์ แสงแดดส่งผลกระทบต่อชั้นบรรยากาศของโลก แต่ผลข้างเคียงคือบรรยากาศดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตที่เป็นอันตรายนี้

เหนือพื้นผิวประมาณ 25 กิโลเมตร (15 ไมล์) บรรยากาศมีความหนาแน่นมากกว่าในบรรยากาศรอบนอก นี่คือความหนาแน่นสูงสุดของโมเลกุลโอโซน โมเลกุลออกซิเจนปกติประกอบด้วยออกซิเจนสองอะตอม โอโซนประกอบด้วยออกซิเจนสามอะตอม ไอโอสเฟียร์ดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต 120 ถึง 180 นาโนเมตร โอโซนด้านล่างดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตจาก 180 ถึง 340 นาโนเมตร มีความสมดุลตามธรรมชาติเพราะแสงอัลตราไวโอเลตแยกโมเลกุลโอโซนออกเป็นโมเลกุลออกซิเจนสองอะตอมและออกซิเจนอะตอมเดียว แต่เมื่ออะตอมเดี่ยวชนกับโมเลกุลออกซิเจนอื่น แสงอัลตราไวโอเลตช่วยให้พวกมันรวมตัวกันเพื่อสร้างโมเลกุลออกซิเจนใหม่ อีกครั้งที่เรื่องบังเอิญที่มีความสุขคือโฟโตเคมีที่เกิดขึ้นที่ชั้นโอโซนดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตจำนวนมาก มิฉะนั้นจะถูกส่งไปยังโลกและก่อให้เกิดอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต

องค์ประกอบที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งของบรรยากาศคือไอน้ำ ไอน้ำนำความร้อนได้ง่ายกว่าก๊าซ ดังนั้นการหมุนเวียนของไอน้ำจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อสภาพอากาศ นอกจากนี้ยังมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อสิ่งมีชีวิตบนโลก เนื่องจากน้ำจากมหาสมุทรได้รับความร้อนจากแสงแดดเพื่อลอยขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศที่ลมพัดผ่านพื้นดิน เมื่อน้ำเย็นลงจะกลับคืนสู่ผิวน้ำเหมือนฝน การเคลื่อนที่ของหน้าพายุส่วนใหญ่เป็นผลมาจากการชนกันระหว่างมวลอากาศที่มีปริมาณน้ำต่างกัน ทุกลมกระโชก ทุกพายุที่คุณเคยเห็น พายุทอร์นาโดและเฮอริเคนทุกลูกจึงขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์