U herinnert zich waarschijnlijk de natuurkundeleraren op de basisschool die uitlegden dat energie niet kan worden gecreëerd of vernietigd. Dat is een fundamentele eigenschap van het universum.

Energie kan worden omgezet, echter. Als de zonnestralen de aarde bereiken, ze worden omgezet in willekeurige bewegingen van moleculen die je voelt als warmte. Tegelijkertijd, De aarde en de atmosfeer sturen straling terug de ruimte in. De balans tussen de inkomende en uitgaande energie staat bekend als het 'energiebudget' van de aarde.

Ons klimaat wordt bepaald door deze energiestromen. Als de hoeveelheid energie die binnenkomt meer is dan de energie die eruit gaat, de planeet warmt op.

Dat kan op verschillende manieren, zoals wanneer zee-ijs dat normaal zonnestraling terug de ruimte in reflecteert, verdwijnt en de donkere oceaan die energie in plaats daarvan absorbeert. Het gebeurt ook wanneer broeikasgassen zich ophopen in de atmosfeer en een deel van de energie vasthouden die anders zou zijn uitgestraald.

Wetenschappers zoals ik meten al sinds de jaren 80 het energiebudget van de aarde met behulp van instrumenten op satellieten. in de lucht en de oceanen, en op de grond. U zult meer horen over die metingen en het energiebudget van de aarde wanneer het rapport van het Intergouvernementeel Panel over klimaatverandering van de Verenigde Naties op 9 augustus wordt vrijgegeven.

Hier is een nadere blik op hoe energie stroomt en wat het energiebudget ons vertelt over hoe en waarom de planeet opwarmt.

Energie uit de zon in evenwicht brengen

Vrijwel alle energie in het klimaatsysteem van de aarde komt van de zon. Slechts een klein deel wordt omhoog geleid vanuit het binnenste van de aarde.

Gemiddeld, de planeet ontvangt 340,4 watt zonneschijn per vierkante meter. Alle zonneschijn valt aan de kant van de dag, en de aantallen zijn veel hoger op de lokale middag.

Van die 340,4 watt per vierkante meter:

• 99,9 watt wordt door wolken terug de ruimte in gereflecteerd, stof, sneeuw en het aardoppervlak.
• De resterende 240,5 watt wordt geabsorbeerd - ongeveer een kwart door de atmosfeer en de rest door het oppervlak van de planeet. Deze straling wordt binnen het aardse systeem omgezet in thermische energie. Bijna al deze geabsorbeerde energie wordt geëvenaard door energie die wordt teruggestuurd naar de ruimte. Een klein restant - 0,6 watt per vierkante meter - stapelt zich op als opwarming van de aarde. Dat klinkt misschien niet als veel, maar het klopt.

De atmosfeer absorbeert veel energie en zendt het uit als straling zowel in de ruimte als terug naar het oppervlak van de planeet. In feite, Het aardoppervlak krijgt bijna twee keer zoveel straling van de atmosfeer als van direct zonlicht. Dat komt vooral omdat de zon het oppervlak alleen overdag verwarmt, terwijl de warme sfeer daar 24/7 is.

Samen, de energie die het aardoppervlak bereikt van de zon en van de atmosfeer is ongeveer 504 watt per vierkante meter. Het aardoppervlak stoot ongeveer 79% daarvan weer uit. De resterende oppervlakte-energie gaat naar het verdampen van water en het opwarmen van de lucht, oceanen en land.

Het kleine residu tussen inkomend zonlicht en uitgaand infrarood is te wijten aan de ophoping van broeikasgassen zoals koolstofdioxide in de lucht. Deze gassen zijn transparant voor zonlicht, maar ondoorzichtig voor infraroodstralen - ze absorberen en zenden veel infraroodstralen uit.

De temperatuur van het aardoppervlak moet als reactie stijgen totdat het evenwicht tussen inkomende en uitgaande straling is hersteld.

Wat betekent dit voor de mondiale temperaturen?

Een verdubbeling van koolstofdioxide zou 3,7 watt aan warmte toevoegen aan elke vierkante meter van de aarde. Stel je ouderwetse gloeiende nachtlichten voor die om de 3 voet over de hele wereld zijn verdeeld, voor altijd gelaten.

Bij het huidige uitstoottempo het niveau van broeikasgassen zou tegen het midden van de eeuw verdubbelen ten opzichte van het pre-industriële niveau.

Klimaatwetenschappers berekenen dat het toevoegen van zoveel warmte aan de wereld het klimaat op aarde met ongeveer 5 graden Fahrenheit (3 C) zou verwarmen. Om dit te voorkomen, zou de verbranding van fossiele brandstoffen moeten worden vervangen, de belangrijkste bron van broeikasgasemissies, met andere vormen van energie.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.