Dünya'nın Enerji Bütçesi Nasıl Hesaplanır? Güneş, Dünya'yı Neden Kavurmuyor ve İklim Krizi Gezegenimizi Nasıl Tehdit Ediyor?

Dünyanın iklimi, Güneş enerjisiyle çalışan bir sistemdir. Küresel olarak, yıl boyunca, Dünya sistemi (kara yüzeyleri, okyanuslar ve atmosfer) metrekare başına ortalama yaklaşık 240 watt "güneş gücü" emer (1 watt güç, her saniye 1 joule enerjiye karşılık gelir). Emilen güneş ışığı fotosentezi harekete geçirir, buharlaşmayı hızlandırır, kar ve buzu eritir ve Dünya sistemini ısıtır.

Güneş, Dünya'yı eşit şekilde ısıtmaz. Dünya bir küre olduğu için Güneş, ekvator bölgelerini kutup bölgelerinden daha fazla ısıtır. Atmosfer ve okyanus, yüzey suyunun buharlaşması, konveksiyon, yağış, rüzgar ve okyanus sirkülasyonu yoluyla güneş enerjisi dengesizliklerini gidermek için durmaksızın çalışır. Bu birleşik atmosfer ve okyanus sirkülasyonu, Dünya'nın ısı motoru olarak bilinir.

İklimin ısı motoru, güneş ısısını yalnızca ekvatordan kutuplara doğru yeniden dağıtmakla kalmamalı, aynı zamanda Dünya yüzeyinden ve alt atmosferden uzaya geri dönmelidir. Aksi takdirde, Dünya sonsuz bir şekilde ısınırdı. Yüzey ve atmosfer aynı anda ısıyı uzaya yaydığı için Dünya'nın sıcaklığı sonsuza kadar artmaz. Dünya sistemine giren ve çıkan bu net enerji akışı, Dünya'nın enerji bütçesidir.

California Academy of Science

Gelen güneş enerjisinin akışı, uzaya eşit bir ısı akışı ile dengelendiğinde, Dünya ışınımsal dengededir ve küresel sıcaklık, nispeten sabittir. Gelen veya giden enerji miktarını artıran veya azaltan herhangi bir şey, Dünya'nın ışınımsal dengesini bozar; küresel sıcaklıklar tepki olarak yükselir veya düşer.

Gelen Güneş Işığı

Mutlak sıfırın (yani tüm atomik veya moleküler hareketin durduğu sıcaklık) üzerinde bir sıcaklığa sahip olan Evren'deki tüm maddeler, elektromanyetik spektrumdaki bir dizi dalga boyu boyunca enerji yayar. Bir şey ne kadar sıcaksa, yayılan enerjinin tepe dalga boyu o kadar kısadır. Evrendeki en sıcak nesneler çoğunlukla gama ışınları ve X ışınları yayar. Daha soğuk nesneler; görünür ışık, termal kızılötesi, radyo ve mikrodalgalar dahil olmak üzere çoğunlukla daha uzun dalga boylu radyasyon yayar.

Robert Rohde

Güneş'in yüzeyeyi yaklaşık 5.800 Kelvin (yaklaşık 5.500°C veya yaklaşık 10.000°F derece) sıcaklığa sahiptir. Bu sıcaklıkta, Güneş'in yaydığı enerjinin çoğu görünür ve yakın kızılötesi ışıktır. Dünya'nın Güneş'ten ortalama uzaklığında (yaklaşık 150 milyon km), en son NASA uydu misyonları tarafından yapılan ölçümlere göre, doğrudan Güneş'e bakan atmosferin tepesine ulaşan güneş enerjisinin ortalama yoğunluğu metrekare başına yaklaşık 1.360 watt'tır. Bu güç miktarı, toplam güneş ışınımı olarak bilinir. Bilim insanları, güneş lekesi döngüsü sırasında küçük bir miktarda değiştiğini keşfetmeden önce, toplam güneş ışınımı bazen "güneş sabiti" olarak adlandırılıyordu.

Pixabay

Watt, gücün ölçümü veya bir şeyin zaman içinde ürettiği veya kullandığı enerji miktarıdır. Peki 1.360 watt ne kadar güçtür? Akkor ampul, 40 ila 100 watt arasında herhangi bir yerde kullanır. Örneğin, mikrodalga yaklaşık 1000 watt kullanır. Sadece 1 saatliğine, atmosferin doğrudan Güneş'e bakan tepesine tek bir metrekareye ulaşan tüm güneş enerjisini yakalayıp yeniden kullanabilseydiniz (ki bu, yetişkin bir insanın uzanmış kol açıklığından daha geniş olmayan bir alandır), buzdolabını bütün gün çalıştırmaya yetecek kadar enerjiniz olurdu.

Toplam güneş ışığı, Güneş'in Dünya'nın Güneş'ten ortalama uzaklığındaki bir gezegene sağlayabileceği maksimum olası güçtür; temel geometri, Dünya tarafından yakalanan gerçek güneş enerjisini sınırlar. Bir seferde Dünya'nın sadece yarısı Güneş tarafından aydınlatılır, bu da toplam güneş ışınımını yarıya indirir.

NASA by Robert Simmon

Ek olarak, toplam güneş ışınımı, Güneş'in gelen ışığın yoluna dik olan bir yüzeye iletebileceği maksimum güçtür. Dünya bir küre olduğundan, yalnızca öğlen saatlerinde ekvatora yakın alanlar, gelen ışığın yoluna dik olmaya yaklaşır. Diğer her yerde, ışık bir açıyla gelir. Artan enlem ile güneş aydınlatma açısındaki kademeli azalma, ortalama güneş ışınımını ek bir yarı yarıya azaltır.

NASA by Robert Simmon

Tüm gezegenin ortalaması alındığında, Dünya atmosferinin tepesine ulaşan güneş ışığı miktarı, toplam güneş ışınımının yalnızca dörtte biri (veya metrekare başına yaklaşık 340 watt) düzeyine iner.

Isınma Dengesizlikleri

Gelen güneş enerjisinin metrekaresi başına 340 watt, küresel bir ortalamadır; güneş aydınlatması uzay ve zamana göre değişir. Gelen güneş enerjisinin yıllık miktarı, tropikal enlemlerden kutup enlemlerine önemli ölçüde değişiklik gösterir. Orta ve yüksek enlemlerde, mevsimden mevsime de önemli ölçüde değişir.

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Neden Desteğe İhtiyacımız Var?

Aslında maddi destek istememizin nedeni çok basit: Çünkü Evrim Ağacı, bizim tek mesleğimiz, tek gelir kaynağımız. Birçoklarının aksine bizler, sosyal medyada gördüğünüz makale ve videolarımızı hobi olarak, mesleğimizden arta kalan zamanlarda yapmıyoruz. Dolayısıyla bu işi sürdürebilmek için gelir elde etmemiz gerekiyor.

Bunda elbette ki hiçbir sakınca yok; kimin, ne şartlar altında yayın yapmayı seçtiği büyük oranda bir tercih meselesi. Ne var ki biz, eğer ana mesleklerimizi icra edecek olursak (yani kendi mesleğimiz doğrultusunda bir iş sahibi olursak) Evrim Ağacı'na zaman ayıramayacağımızı, ayakta tutamayacağımızı biliyoruz. Çünkü az sonra detaylarını vereceğimiz üzere, Evrim Ağacı sosyal medyada denk geldiğiniz makale ve videolardan çok daha büyük, kapsamlı ve aşırı zaman alan bir bilim platformu projesi. Bu nedenle bizler, meslek olarak Evrim Ağacı'nı seçtik.

Eğer hem Evrim Ağacı'ndan hayatımızı idame ettirecek, mesleklerimizi bırakmayı en azından kısmen meşrulaştıracak ve mantıklı kılacak kadar bir gelir kaynağı elde edemezsek, mecburen Evrim Ağacı'nı bırakıp, kendi mesleklerimize döneceğiz. Ama bunu istemiyoruz ve bu nedenle didiniyoruz.

Destek Ol

NASA by Robert Simmon

Dünyanın dönme ekseni, Güneş etrafındaki yörüngesine göre dikey olsaydı, ekvator ile kutuplar arasındaki ısınma dengesizliğinin boyutu yıl boyunca aynı olurdu ve yaşadığımız mevsimler olmazdı. Bunun yerine, Dünya'nın ekseni yaklaşık 23 derece dikey olarak eğimlidir. Dünya Güneş'in etrafında dönerken, eğim bir yarım kürenin ve ardından diğerinin daha doğrudan güneş ışığı almasına ve daha uzun günlere sahip olmasına neden olur.

"Yaz yarımküresinde" (yani mevsimin yaz olduğu yarımkürede), daha doğrudan güneş ışığı ve daha uzun günlerin birleşimi, kutbun tropiklerden daha fazla gelen güneş ışığını alabileceği anlamına gelir; ancak "kış yarımkürede" hiç almaz. Yaz aylarında kutuplarda aydınlatma artsa da, parlak beyaz kar ve deniz buzu, gelen ışığın önemli bir bölümünü yansıtarak potansiyel güneş ısıtmasını azaltır.

NASA by Robert Simmon

Farklı enlemlerde yansıtıcılık (albedo) ve güneş aydınlatmasındaki farklılıklar, Dünya sistemi boyunca net ısıtma dengesizliklerine yol açar. Dünyanın herhangi bir yerinde, net ısıtma, gelen güneş ışığı miktarı ile Dünya'nın uzaya geri yaydığı ısı miktarı arasındaki farktır. Tropiklerde net bir enerji fazlası vardır; çünkü emilen güneş ışığı miktarı yayılan ısı miktarından daha fazladır. Ancak kutup bölgelerinde, uzaya yayılan ısı miktarı, emilen güneş ışığından daha fazla olduğu için yıllık bir enerji açığı vardır.

NASA by Robert Simmon

Ekvator ve kutuplar arasındaki net ısıtma dengesizliği, iklim bilimcilerinin "ısı motoru" olarak tanımladığı atmosferik ve okyanus sirkülasyonunu yönlendirir. Günlük deneyimlerimizde motor kelimesini otomobillerle ilişkilendiririz; ancak bir bilim insanı için motor, enerjiyi harekete dönüştüren herhangi bir cihaz veya sistemdir. İklim, atmosferi ve okyanusu hareket ettirmek için ısı enerjisini kullanan bir motordur. Buharlaşma, konveksiyon, yağış, rüzgarlar ve okyanus akıntıları, Dünya'nın ısı motorunun bir parçasıdır.

Dünyanın Enerji Bütçesi

Bu kısma başlamadan uyarmakta fayda var: Dünya sistemindeki enerji akışları için kesin değerlerin belirlenmesi, devam eden iklim araştırmalarının bir alanıdır. Farklı tahminler mevcuttur ve tüm tahminlerin bir miktar belirsizliği vardır. Tahminler uydu gözlemlerinden, yer tabanlı gözlemlerden ve sayısal hava durumu modellerinden gelir. Bu makaledeki sayılar en çok, atmosfer ve yüzey tarafından yayılan yansıyan güneş ışığı ve termal kızılötesi enerjinin doğrudan uydu gözlemlerine dayanmaktadır.

Dünyanın ısı motoru, ısıyı yüzeyin bir bölümünden diğerine taşımaktan fazlasını yapar; aynı zamanda ısıyı Dünya yüzeyinden ve alt atmosferi uzaya geri taşır. Bu gelen ve giden enerji akışı, Dünya'nın enerji bütçesidir. Dünyanın sıcaklığının uzun süreler boyunca sabit kalması için gelen enerji ile giden enerjinin eşit olması gerekir. Başka bir deyişle, atmosferin tepesindeki enerji bütçesi dengelenmelidir. Bu denge durumuna ışınımsal denge denir.

Atmosferin tepesine ulaşan güneş enerjisinin yaklaşık %29'u bulutlar, atmosferik parçacıklar veya deniz buzu ve kar gibi parlak zemin yüzeyleri tarafından uzaya geri yansıtılır ve bu enerji, Dünya'nın iklim sisteminde hiçbir rol oynamaz. Gelen güneş enerjisinin yaklaşık %23'ü atmosferde su buharı, toz ve ozon tarafından emilir ve %48'i atmosferden geçerek yüzey tarafından emilir. Böylece, gelen toplam güneş enerjisinin yaklaşık %71'i Dünya sistemi tarafından emilir.

NASA JSC ISS013-E-8948

Madde enerjiyi emdiğinde, malzemeyi oluşturan atomlar ve moleküller uyarılır; daha hızlı hareket ederler. Artan hareket, malzemenin sıcaklığını yükseltir. Madde yalnızca enerjiyi emebilseydi, o zaman Dünya'nın sıcaklığı, musluğun sürekli çalıştığı, tahliyesi olmayan bir lavabodaki su seviyesi gibi olurdu.

Bununla birlikte, sıcaklık sonsuza kadar artmaz, çünkü Dünya'daki atomlar ve moleküller sadece güneş ışığını emmekle kalmaz, aynı zamanda termal kızılötesi enerji (ısı) yayarlar. Bir yüzeyin yaydığı ısı miktarı, sıcaklığının dördüncü kuvvetiyle orantılıdır. Sıcaklık iki katına çıkarsa, yayılan enerji 16 kat artar (2⁴). Dünya'nın sıcaklığı yükselirse, gezegen hızla uzaya artan miktarda ısı yayar. Sıcaklıktaki nispeten daha küçük bir artışa tepki olarak ısı kaybındaki bu büyük artış - ışınımsal soğutma olarak adlandırılır - Dünya'da kaçak ısınmayı önleyen birincil mekanizmadır.

NASA by Robert Simmon

Atmosfer ve Dünya yüzeyi birlikte gelen güneş radyasyonunun %71'ini emer, bu nedenle gezegenin ortalama sıcaklığının sabit kalması için birlikte bu kadar enerjiyi uzaya geri yaymaları gerekir. Bununla birlikte, atmosferin ve yüzeyin her bir sürece görece katkısı (güneş ışığını emmeye karşı ısı yayma) asimetriktir. Atmosfer gelen güneş ışığının %23'ünü emerken, yüzey %48'ini emer. Atmosfer, gelen güneş ışığının %59'una eşdeğer ısı yayar; yüzey sadece %12 ışıma yapıyor. Başka bir deyişle, çoğu güneş enerjisiyle ısıtma yüzeyde gerçekleşirken, ışınımsal soğutmanın çoğu atmosferde gerçekleşir. Peki, yüzey ve atmosfer arasındaki bu enerji değişimi nasıl oluyor?

Yüzey Enerji Bütçesi

Dünyanın iklim sisteminin enerji bütçesini nasıl dengelediğini anlamak için, üç düzeyde meydana gelen süreçleri göz önünde bulundurmalıyız: Güneş enerjisiyle ısıtmanın çoğunun gerçekleştiği Dünya yüzeyi; güneş ışığının sisteme girdiği Dünya atmosferinin kenarı; ve aradaki atmosfer. Her seviyede, gelen ve giden enerji veya net akı miktarı eşit olmalıdır.

Gelen güneş ışığının yaklaşık %29'unun atmosferdeki veya parlak zemin yüzeylerindeki parlak parçacıklar tarafından uzaya geri yansıtıldığını ve bunun da yaklaşık %71'inin atmosfer (%23) ve kara (%48) tarafından emildiğini unutmayın. Dünya yüzeyindeki enerji bütçesinin dengelenmesi için, yerdeki süreçlerin okyanus ve kara yüzeylerinin emdiği gelen güneş enerjisinin %48'inden kurtulması gerekir. Enerji, yüzeyi üç süreçle terk eder: buharlaşma, konveksiyon ve termal kızılötesi enerjinin emisyonu.

NASA

Gelen güneş enerjisinin yaklaşık %25'i buharlaşma yoluyla yüzeyi terk eder. Sıvı su molekülleri gelen güneş enerjisini emer ve sıvıdan gaza faz değiştirirler. Suyu buharlaştırmak için aldığı ısı enerjisi, atmosferde yayılırken su buharı moleküllerinin rastgele hareketlerinde gizlidir. Su buharı molekülleri tekrar yağmura dönüştüğünde, gizli ısı çevreleyen atmosfere salınır. Tropikal okyanuslardan buharlaşma ve ardından gizli ısının serbest bırakılması, atmosferik ısı motorunun başlıca itici güçleridir.

Agora Bilim Pazarı

Boksör Böcek

Nazi eşyaları koleksiyoneri genç bir adam. Bir elli boyunda, dokuz ayak parmaklı, eşcinsel –ve yenilmez- bir Yahudi boksör. Üstün ırk yaratma çalışmaları saplantıya dönüşmüş bir aristokrat.
İngiltere’nin en iyi yeni yazarlarından Ned Beauman’ın şaheseri BOKSÖR BÖCEK, Tarantino’nun henüz çekmediği bir filmin karakterlerini alıp onlara belki de tüm zamanların en ürkütücü olmaya aday karakterini ekliyor: Üzerinde gamalı haç işareti olan bir böcek, bir Anophthalmus Hitleri.

BOKSÖR BÖCEK, okurken bir büyük yazarın ilk sahne aldığı ana tanık olduğunuzu hissettiren, dizginsiz, çığırından çıkmış bir roman.

Devamını Göster

₺220.00

Satın Al Tüm Ürünler

• Dış Sitelerde Paylaş

NASA JSC ISS006-E-19436

Gelen güneş enerjisinin ek %5'i konveksiyon yoluyla yüzeyi terk eder. Güneşin ısıttığı zeminle doğrudan temas eden hava ısınır ve yüzer hale gelir. Genel olarak, atmosfer yüzeye yakın yerlerde daha sıcak ve yüksek rakımlarda daha soğuktur ve bu koşullar altında sıcak hava yükselir, ısıyı yüzeyden uzaklaştırır.

Son olarak, gelen güneş enerjisinin yaklaşık %17'si, yüzeydeki atomlar ve moleküller tarafından yayılan termal kızılötesi enerji (ısı) olarak yüzeyi terk eder. Bu yukarı doğru net akış, iki büyük fakat karşıt akıdan kaynaklanır: yüzeyden atmosfere doğru akan ısı (%117) ve atmosferden aşağıya doğru akan ısı (%100). (Bu rekabet eden akışlar sera etkisinin bir parçasıdır.) Bir yüzeyin yaydığı enerjinin tepe dalga boyunun sıcaklığına bağlı olduğunu unutmayın. Güneş'in en yüksek radyasyonu, görünür ve yakın kızılötesi dalga boylarındadır. Dünya'nın yüzeyi çok daha soğuk, ortalama olarak sadece 15°C. Yüzeyden gelen en yüksek radyasyon, 12.5 mikrometre civarında termal kızılötesi dalga boylarındadır.

Atmosferin Enerji Bütçesi

Dünya yüzeyinden gelen ve giden enerjinin dengelenmesi gerektiği gibi, atmosfere giden enerji akışı da atmosferden ve uzaya eşit miktarda enerji akışıyla dengelenmelidir. Uydu ölçümleri, atmosferin gelen güneş enerjisinin %59'una eşdeğer termal kızılötesi enerji yaydığını gösteriyor. Atmosfer bu kadar yayılıyorsa, o kadar çok soğuruyor olmalı. Bu enerji nereden geliyor?

Bulutlar, aerosoller, su buharı ve ozon, gelen güneş enerjisinin %23'ünü doğrudan emer. Buharlaşma ve konveksiyon, gelen güneş enerjisinin %25 ve %5'ini yüzeyden atmosfere aktarır. Bu üç süreç, gelen güneş enerjisinin %53'ünün eşdeğerini atmosfere aktarır. Toplam enerji girişi, atmosferin tepesinde gözlemlenen giden termal kızılötesi ile eşleşmesi gerekiyorsa, kalan yaklaşık %5-6'lık kısım nereden geliyor? Kalan enerji Dünya yüzeyinden gelir.

Doğal Sera Etkisi

Atmosferdeki başlıca gazlar (oksijen ve nitrojen) gelen güneş ışığına karşı saydam oldukları gibi, giden termal kızılötesine de saydamdırlar. Bununla birlikte, su buharı, karbondioksit, metan ve diğer eser gazlar, termal kızılötesi enerjinin birçok dalga boyuna karşı opaktır. Yüzeyin, gelen güneş enerjisinin %17'sinin net eşdeğerini termal kızılötesi olarak yaydığını unutmayın. Ancak, doğrudan uzaya kaçan miktar, gelen güneş enerjisinin sadece %12'si kadardır. Gelen güneş enerjisinin kalan net %5-6'lık kısmı sera gazı molekülleri yüzeyden yayılan termal kızılötesi enerjiyi absorbe ettiğinde atmosfere aktarılır.

NASA JSC ISS017-E-13859

Sera gazı molekülleri termal kızılötesi enerjiyi emdiğinde, sıcaklıkları yükselir. Sıcak ama parlamayan bir ateşten çıkan kömürler gibi, sera gazları daha sonra her yöne artan miktarda termal kızılötesi enerji yayar. Yukarı doğru yayılan ısı, sera gazı molekülleriyle karşılaşmaya devam ediyor; bu moleküller ısıyı emer, sıcaklıkları yükselir ve yaydıkları ısı miktarı artar. Yaklaşık 5-6 km yükseklikte, üstteki atmosferdeki sera gazlarının konsantrasyonu o kadar küçüktür ki, ısı serbestçe uzaya yayılabilir.

Sera gazı molekülleri ısıyı her yöne yaydığından, bir kısmı aşağı doğru yayılır ve nihayetinde emildiği yer olan Dünya yüzeyiyle temasa geçer. Yüzeyin sıcaklığı, yalnızca doğrudan güneş enerjisiyle ısıtıldığında olacağından daha fazla ısınır. Dünya yüzeyinin atmosfer tarafından bu ilave ısınması, doğal sera etkisidir.

Yüzey Sıcaklığına Etkisi

Doğal sera etkisi, Dünya'nın yüzey sıcaklığını ortalama olarak yaklaşık 15°C'ye yükseltir, yani atmosferi olmasaydı olacağından 30°C'den daha fazla. Atmosferden yüzeye yayılan ısı miktarı (bazen "geri radyasyon" olarak adlandırılır) gelen güneş enerjisinin %100'üne eşittir. Dünyanın yüzeyi, sıcaklığını yükselterek “ekstra” (doğrudan güneş ısıtmasının üstünde) enerjiye yanıt verir.

NASA

Peki o zaman, doğal sera etkisi neden yüzey sıcaklığında kontrolsüz bir artışa neden olmuyor? Bir yüzeyin yaydığı enerji miktarının her zaman sıcaklığının artmasından daha hızlı arttığını unutmayın (giden enerji sıcaklığın dördüncü gücüyle artar). Güneş enerjisiyle ısıtma ve atmosferden gelen "geri radyasyon" yüzey sıcaklığını yükseltirken, yüzey aynı anda artan miktarda ısı yayar, ki bu da gelen güneş enerjisinin yaklaşık %117'sine eşdeğerdir. O halde, yukarı doğru net ısı akışı, gelen güneş ışığının %17'sine eşittir.

Isının bir kısmı doğrudan uzaya kaçar ve geri kalanı, atmosferin tepesinden çıkan enerji gelen güneş enerjisi miktarına denk gelene kadar atmosferin daha yüksek seviyelerine aktarılır. Mümkün olan maksimum güneş ışığı miktarı güneş sabiti tarafından sabitlendiğinden, ki bu yalnızca Dünya'nın Güneş'ten uzaklığına ve güneş döngüsü sırasındaki çok küçük değişikliklere bağlıdır, doğal sera etkisi Dünya'daki yüzey sıcaklığında kontrolsüz bir artışa neden olmaz.

İklim Zorlamaları ve Küresel Isınma

Dünyanın iklim sisteminde, sisteme ne kadar enerji girdiğini veya sistemden ayrıldığını etkileyen herhangi bir değişiklik, Dünya'nın ışınım dengesini değiştirir ve sıcaklıkları yükselmeye veya düşmeye zorlayabilir. Bu istikrarsızlaştırıcı etkilere iklim zorlamaları denir.

Doğal iklim zorlamaları, Güneş'in parlaklığındaki değişiklikleri, Milankovitch döngülerini (Dünya'nın yörüngesindeki ve dönme eksenindeki binlerce yılda meydana gelen küçük değişiklikler) ve stratosfer kadar yüksek ışık yansıtan parçacıkları enjekte eden büyük volkanik patlamaları içerir.

Yapay iklim zorlamaları, gelen güneş ışığını emen ve yansıtan parçacık kirliliğini (aerosoller); yüzeyin güneş ışığını yansıtma ve emme şeklini değiştiren ormansızlaşma; ve uzaya yayılan ısıyı azaltan atmosferik karbondioksit ve diğer sera gazlarının artan konsantrasyonu. Bir zorlama, orijinal zorlamayı yoğunlaştıran veya zayıflatan geri bildirimleri tetikleyebilir. Kutuplarda daha az yansıtıcı hale getiren buz kaybı, bir geri bildirim örneğidir.

Pixabay - Unsplash

Karbondioksit, yüzeyden yayılan termal kızılötesi enerjiyi (ısı) emerek Dünya'nın enerji bütçesini dengesiz hale getirir. Su buharı gibi diğer gazların yapmadığı enerji spektrumunun bir bölümünde dalga boylarına sahip termal kızılötesi enerjiyi emer. Su buharı, termal kızılötesi enerjinin birçok dalga boyunda güçlü bir emici olmasına rağmen, diğerleri için neredeyse saydamdır. Bu dalga boylarındaki şeffaflık, atmosferin Dünya yüzeyinin radyasyonla soğuması için açık bıraktığı bir pencere gibidir. Bu “su buharı pencerelerinin” en önemlisi, dalga boyları yaklaşık 10 mikrometre olan termal kızılötesi içindir. Maksimum şeffaflık 10 mikrometrede meydana gelir, ancak yaklaşık 8 ila yaklaşık 14 mikrometre arasındaki dalga boyları için kısmi şeffaflık meydana gelir.

Karbondioksit, 12-13 mikrometreden daha uzun dalga boylarına sahip çok güçlü bir termal kızılötesi enerji emicidir; bu, artan karbondioksit konsantrasyonlarının atmosferik pencereyi kısmen "kapattığı" anlamına gelir. Başka bir deyişle, atmosferimizin en bol bulunan sera gazı olan su buharının uzaya kaçmasına izin vereceği termal kızılötesi enerjinin dalga boyları, bunun yerine karbondioksit tarafından emilir.

NASA adapted from Robert Rohde

Giden termal kızılötesinin karbondioksit tarafından emilmesi, Dünya'nın gelen güneş enerjisinin yaklaşık %70'ini hala emdiği, ancak eşdeğer miktarda ısının artık çıkmadığı anlamına gelir. Enerji dengesizliğinin tam miktarını ölçmek çok zor, ancak metrekare başına 0,8 watt'ın biraz üzerinde görünüyor. Dengesizlik, deniz seviyesinin yükselmesi ve ısınmasının uydu ve okyanus tabanlı gözlemleri de dahil olmak üzere bir ölçüm kombinasyonundan çıkarılıyor.

Artan sera gazı konsantrasyonları gibi bir zorlama, enerji bütçesini dengeden çıkardığında, küresel ortalama yüzey sıcaklığını anında değiştirmez. Bir zorlamanın tam etkisinin hissedilmesi yıllar hatta on yıllar alabilir. Bir dengesizliğin meydana geldiği zaman ile yüzey sıcaklığı üzerindeki etkinin tamamen belirgin hale geldiği zaman arasındaki bu gecikme, çoğunlukla küresel okyanusun muazzam ısı kapasitesinden kaynaklanmaktadır. Okyanusların ısı kapasitesi, iklime yüzey ısınmasını veya soğumasını daha kademeli hale getirebilecek bir termal atalet verir, ancak bir değişikliğin olmasını engelleyemez.

Şimdiye kadar iklimde gördüğümüz değişiklikler, yalnızca şimdiye kadar saldığımız sera gazlarının neden olduğu mevcut enerji dengesizliğinden bekleyebileceğimiz tam tepkinin sadece bir parçası. Geçen yüzyılda küresel ortalama yüzey sıcaklığı 0,6 ila 0,9°C arasında arttı ve mevcut enerji dengesizliğine yanıt olarak muhtemelen en az 0,6° artacak.

Yüzey sıcaklığı arttıkça, yüzeyin yaydığı ısı miktarı hızla artacaktır. Sera gazlarının konsantrasyonu sabitlenirse, Dünya'nın iklimi, termostat ile de olsa, Sanayi Devrimi'nden öncekinden daha yüksek bir sıcaklığa ayarlanmış küresel ortalama yüzey sıcaklığı ile bir kez daha dengeye gelecektir.

Bununla birlikte, sera gazı konsantrasyonları yükselmeye devam ettiği sürece, emilen güneş enerjisi miktarı, uzaya kaçabilecek termal kızılötesi enerji miktarını aşmaya devam edecektir. Enerji dengesizliği büyümeye devam edecek, dolayısıyla yüzey sıcaklıkları yükselmeye devam edecek.