Погоду и климат на Земле как и все формы жизни определяет солнечная энергия поступающая от Солнца и обеспечивая энергетический баланс.
Энергетический баланс Земли достигается тем, что если входящее и исходящее излучения равны, то климат находится в равновесии.
Этот баланс достигается или не достигается в зависимости от того как солнечная энергия взаимодействует на нашей планете с объектами посредством таких явлений, как рассеяние, отражение, поглощение и преобразование из одной формы в другую. Солнечную энергию можно хранить, транспортировать в различных формах или преобразовывать между различными видами. В целом, то, как действуют ресурсы после того, как достигают Земли играет значительную роль в климате.
Потоки солнечной энергии — это энергетические преобразования и движения, которые происходят после того, как они достигли планеты. Эти потоки описывают, как распределяется способность выполнять работу и как они взаимодействуют с объектами, определяя климатические свойства.
Как применяется на Земле
Вся энергия, которая циркулирует действует по-разному. Из всей солнечной энергии, вырабатываемой Солнцем, только 70% достигает поверхности нашей планеты каким-то образом. Как только эти 70% достигают Земли она движется в различных формах. Большая часть на потребление энергии на планете получается от нашей звезды и только 0,03% поступает из других источников. Это означает, что Солнце источник жизни на Земле, так как оно излучает наиболее доминирующий поток.
Всего на Землю «доходит» 174 000 ТВт (тераватт 10 * 10 в 11 степени ) — это примерно работа произведенная сжиганием 4 млн тонн нефти в секунду. Это небольшая часть из 410 000 000 000 000 ТВт которое выпускает наша звезда во всех направлениях, но по-прежнему много.
Таким образом, роль солнца в жизни человека основополагающая.
Хотя поток солнечной энергии является наиболее доминирующим потоком, это не единственный источник на планете. Энергия от использования ядерного топлива, а также от приливов и тепловая из центра Земли все способствует общим ресурсам. Хотя эти потоки вносят гораздо меньший вклад, они по-прежнему жизненно важны для обеспечения энергетического баланса Земли.
Солнечный поток
Из 174 000 ТВт, доставленных на Землю, среднее значение определяется как энергетический баланс на одном квадратном метре земли. Однако эта величина усредняется по всей планете. Из этой мощности, примерно 30% отражается обратно в космос с отражением из-за атмосферы, облаков, океана, суши и льдов.
Оставшиеся 120 000 ТВт или около 70% от первоначальной мощности, которая достигает поверхности нашей планеты нагревает атмосферу. В атмосфере, молекулы парниковых газов поглощают это тепло и их температура повышается. После этого поглощения, газы излучают тепло обратно во всех направлениях. Затем эта тепловая мощность излучается обратно в космическое пространство. Именно это явление нагревает поверхность через естественный парниковый эффект.
Примерно 78 300 ТВт солнечной энергии используются для поддержания тепла атмосферы , чтобы в результате чего средняя температура оставалась на уровне 15°C.
Из исходной входящей солнечной энергии примерно 23% или 40 000 ТВт уходит на испарение воды и проходит гидрологический цикл. Здесь молекулы жидкой воды поглощают входящую энергию и меняют фазу от жидкости к газу. Мощность, потребляемая для испарения этой воды, затем скрыта в движении молекул пара. Молекулы могут затем конденсироваться, создавая дождь, снег и мокрый снег, который заполняет реки через стоки и формируя облака. Облака также выпускают скрытое тепло в атмосферу.
Это позволяет использовать гидроэнергию из которых люди используют ~ 1 ТВт.
Примерно на 1% или 1700 ТВТ превращается в ветер и морские течения. Это перемещает воздух и воду по всей планете, которые передает тепло, удерживаемое при движении молекул газа или жидкости. Использование энергии ветра осуществляется ветроэнергетикой.
Очень небольшое количество, только около 0,08%, начальной солнечной энергии или 140 ТВт получается путем фотосинтеза, давая жизнь растениям. Фотосинтез позволяет растениям поглощать углерод из атмосферы в виде углекислого газа.
Из этих 140 ТВт почти вся солнечная энергия используется для жизненных сил. Растения получают свой рост от этого фотосинтеза, а затем животные либо едят растения, чтобы получить силу или едят животных, которые едят эти растения. Когда растения и животные умирают, они могут стать ископаемым топливом. Однако для этого требуется значительное время — миллионы лет.
Несмотря на то, что образование ископаемого топлива не является простым, большая часть химических ресурсов, накопленных в этих растениях и животных, распадается на тепло в атмосфере. Ресурсное топливо, используемое людьми, составляет всего около 14 ТВт.
Другие потоки
Помимо солнечной энергии, ядерный поток способствует общим ресурсам на планете. Люди используют около 1 ТВт ядерного топлива и эти ресурсы не исходят от Солнца. Это ядерное топливо осталось после взрыва, который образовал Солнечную систему. Это 1 TW является частью 0,02%, что не приходит от Солнца.
Геотермальный поток также является еще одним источником не исходящим от Солнца. Геотермальная энергия, проходящая через земную кору, составляет примерно 44 ТВт или около 0,025%.
Остальная часть мощности исходящей не от Солнца, составляет ~3 ТВт или 0,0017%, поступающих от приливных сил, действующих между Землей и Луной. Это небольшой поток известен как приливы и отливы.
Энергетический баланс Земли
Наша планета излучает из всех потоков обратно в космос в виде теплового излучения соблюдая энергетический баланс Земли. Поэтому она остается почти полностью сбалансированной с точки зрения температуры благодаря тому, как потоки взаимодействуют друг с другом когда солнечная энергия достигает Земли. Это связано с энергетическим балансом Земли. Увеличение выбросов парниковых газов, таких как углекислый газ и метан, приводит к тому, что в космос излучается немного меньше тепла, чем поступающая мощность. Эта разница составляет очень маленькую величину.
Но на протяжении нескольких десятилетий это привело к потеплению климата особенно теплых океанов, хотя это, казалось бы, незначительная сила, равная выходу примерно 1 лампочки на каждый квадратный метр поверхности Земли.
Наука солнечная геоинженерия
Солнечная геоинженерия — новая наука по смягчению последствий изменения климата из-за парниковых газов, влияющих на поступающую солнечную радиацию. Эта наука предлагает решения в том числе и геополитические вопросы сохранения климата.
Выбросы углекислого газа от сжигания угля, нефти и газа растут в течение последних десятилетий, в результате на нашей планете становится еще жарче и жарче.
Известно, что большие извержения вулканов охлаждают планету, создав множество мелких частиц в стратосфере которые отражают приходящее тепло. Идея солнечной геоинженерии состоит в постоянном пополнении слоя мелких частиц в стратосфере, имитируя вулканические последствия для рассеяния солнечного света обратно в космос.
Но теоретическая модель управления поступающей солнечной энергии пока не нашла поддержки.
