A Föld sugárzási mérlege egy koncepció, mely annak a megértésében segít, hogy mennyi energiát kap a Föld a Naptól, és hogy a Föld rendszere mennyi energiát sugároz vissza az űrbe. Ha a Föld-rendszer (a Föld felszíne, atmoszférája, óceánjai és jégtömege) több napenergiát tart vissza, mint amennyit visszasugároz az űrbe, a Föld melegedni fog. Ha a Föld-rendszer több energiát sugároz az űrbe, mint amennyit átvesz a Naptól, a Föld hűlni fog.
A tudósok úgy gondolnak a sugárzási mérlegre, mint egy libikókára vagy egyensúlyi helyzetre. Ha a Föld több energiát tart vissza a Naptól, a Föld melegedik és több infravörös energiát sugároz ki. Ez hozza egyensúlyba a Föld sugárzási mérlegét. Ha a Föld többet sugároz ki ebből az energiából, mint amennyit elnyel, a Föld lehűl. Ahogy hűl, a Föld kevesebb sugárzást kezd kibocsátani. Ez a változás szintén a sugárzási mérleget igyekszik egyensúlyba hozni.
Az elnyelt napfény megemeli a Föld hőmérsékletét. A kibocsátott sugárzás vagy hő lejjebb viszi a hőmérsékletet. Mikor az elnyelt napfény és kisugárzott hő egyensúlyba kerül egymással, akkor a Föld hőmérséklete nem változik – a sugárzási mérleg egyensúlyba kerül.
A sugárzási mérleg alapvető elemei:
Beérkező napenergia
Visszaverődött napenergia
A Föld által kisugárzott energia
A beérkező napsugárzást elnyeli a Föld felszíne, a vízpára, a gázok és a légköri részecskék az atmoszférában. Ez a beérkező napsugárzás visszaverődik a Föld felszínéről, a felhőkről és az atmoszféráról. Az energia, ami elnyelődik, azt a Föld-légkör rendszer kisugározza, mint hosszúhullámú sugárzást. Az itt látható diagram további részleteket tartalmaz.
A Föld sugárzási mérlege
Az energia behatol, visszaverődik, elnyelődik, és kisugárzódik a Föld rendszere által, ezek a Föld sugárzási mérlegének az összetevői. Az energiamegmaradás fizikai elve alapján ez a sugárzási mérleg adja a magyarázatot az egyensúlyra a beérkező sugárzás, amely szinte teljes mértékben napsugárzás, és a kilépő sugárzás, amely részben visszavert napsugárzás, és részben a Föld rendszere, beleértve az atmoszférát, által kibocsátott sugárzás között. Egy olyan mérleg, amely nincsen egyensúlyban, okozhatja az atmoszféra hőmérsékletének növekedését vagy csökkenését, és előbb-utóbb hatást gyakorol a klímánkra. Az energiának az az egysége, amit ennek a bejövő és kimenő sugárzásnak a mérésére használnak, a watt per négyzetméter (W/m2).
BEÉRKEZŐ NAPSUGÁRZÁS
A bejövő ultraviola, látható, és egy korlátozott résznyi infravörös energia (ezeket együtt „rövidhullámú sugárzásnak” szokták nevezni) utazik a Napból a Föld klíma rendszerébe. Ennek a beérkező sugárzásnak egy részét a felhők visszaverik, egy részét az atmoszféra elnyeli, és egy része eléri a Föld felszínét. A nagyobb részecskék az atmoszférában interakcióba kerülnek a sugárzással, és elnyelik azt, mely által az atmoszféra melegedését idézik elő. A hő, melyet ez az elnyelődés eredményez, hosszúhullámú infravörös sugárzásként verődik vissza, melynek egy része kisugározódik az űrbe.
ELNYELT ENERGIA
A napsugárzás, mely áthatol a Föld atmoszféráján, vagy visszaverődik a hóról, jégről, vagy egyéb világos felületekről, vagy a Föld felszíne elnyeli azt.
Kibocsátott HOSSZÚHULLÁMÚ sugárzás
A hő, melyet a bejövő rövidhullámú sugárzás elnyelése eredményez, hosszúhullámú sugárzásként kerül kibocsátásra. A felmelegedett felsőbb atmoszférából származó sugárzás, együtt azzal a kisebb mennyiséggel, mi a Föld felszínéről származik, kisugárzódik az űrbe. A kibocsátott hosszúhullámú sugárzás legnagyobb része melegíti az alsóbb atmoszférát, amely pedig melegíti bolygónk felszínét.
ÜVEGHÁZHATÁS
Az üvegház gázok az atmoszférában (mint a vízpára és széndioxid) nyelik el a legtöbb hosszúhullámú infravörös sugárzást, melyet a Föld bocsát ki, ami melegíti az alsóbb atmoszférát. Viszont, a felmelegedett atmoszféra hosszúhullámú sugárzást bocsát ki, melynek egy része a Föld felszínére sugárzódik, melegen tartva bolygónkat, ami az általános élethez szükséges. Az üvegház gázok növekvő koncentrációja, mint a széndioxid és metán, növeli az atmoszféra alsóbb rétegeinek hőmérsékletét, megfékezve a kifelé irányuló sugárzás-kibocsátás útját, amely „globális felmelegedéshez” vezet, vagy szélesebb körben, globális klímaváltozáshoz.
SUGÁRZÁS ÉS A KLÍMA RENDSZER
A tudósoknak ahhoz, hogy megértsék a klímaváltozást, meg kell határozni, hogy mi okozza a változást a Föld sugárzási mérlegében. A „Felhők és a Föld sugárzási energia rendszere” (The Clouds and the Earth's Radiant Energy System) (CERES) műszer a NASA Aqua és Terra szatellitjeinek fedélzetén a visszaverődött rövidhullámú sugárzást, és az űrbe kibocsátott hosszúhullámú sugárzást méri, elég pontosan ahhoz, hogy a tudósok meg tudják határozni a Föld teljes sugárzási mérlegét. Más NASA műszerek a Föld klímarendszerében más szempontokból történt változásokat monitorozzák – mint a felhők, levegőben található részecskék, és a felszín visszaverő képessége – és a tudósok ezeknek a sugárzási mérleggel kapcsolatos sokféle interakcióját vizsgálják.
(Forrás: mynasadata.larc.nasa.gov, science.nasa.gov; itt oktatási célból szerepelnek a szövegek.)
(A képek forrásai: mynasadata.larc.nasa.gov, science.nasa.gov)
0 Comments