كيف يتم تسخين الغلاف الجوي للأرض؟
تأتي الطاقة التي تسخن الغلاف الجوي من الشمس، والشمس هي مصدر هائل للطاقة. ترسل إشعاعها الشمسي إلى الفضاء، ويصل الأرض جزءًا صغيرًا فقط منه، وهذا الجزء الصغير هو كمية هائلة، حوالي 173,000 × 10 واط في السنة.
حوالي نصف الطاقة الشمسية التي تصل إلى الغلاف الجوي للأرض تنعكس مرة أخرى إلى الفضاء، والنصف الآخر يصل إلى السطح إما مباشرة كضوء مرئي أو بشكل غير مباشر كضوء متشتت، وبمجرد وصول طاقة الشمس إلى سطح الأرض، يتم امتصاصها وترتفع درجة حرارة سطح الأرض. بعد ذلك يبدأ السطح في إطلاق إشعاع أرضي على شكل موجات تحت الحمراء أو طاقة حرارية.
تعد غازات بخار الماء، وثاني أكسيد الكربون (CO2)، والميثان (CH4)، ثلاثة من الغازات بين العديد من الغازات التي تشكل الغلاف الجوي، تسمح بمرور ضوء الشمس بسهولة، ولكنها تمتص الطاقة الحرارية تحت الحمراء المنبعثة من سطح الأرض ومع حدوث هذا الامتصاص، يتدفأ الغلاف الجوي للأرض.
وامتصاص الطاقة الحرارية المعاد إشعاعها المنبعثة من سطح الأرض يعرف بتأثير الاحتباس الحراري.
ويعد متوسط درجة حرارة سطح الأرض العالمي حوالي 15 درجة مئوية (حوالي 59 درجة فهرنهايت)؛ بينما متوسط درجة حرارة سطح القمر، الذي يبعد عن الشمس تقريبًا نفس المسافة من الأرض، حوالي -18 درجة مئوية (حوالي 0 درجة فهرنهايت). السبب في كون القمر أبرد بكثير هو أن القمر ليس لديه غلاف جوي، وبالتالي لا توجد غازات دفيئة لحبس الحرارة الزائدة. فإذا لم يكن هناك غازات دفيئة على الأرض، فإن متوسط درجة حرارة سطحنا سيكون تقريبًا نفس درجة حرارة سطح القمر.
في نهاية المطاف، فإن الحرارة التي تمتصها الغازات الدفيئة يتم إعادتها إلى الفضاء. ذلك لأن الغلاف الجوي للأرض سيستمر في التسخين إذا لم يتم إطلاق هذه الطاقة مرة أخرى إلى الفضاء. لذا، فإن الغازات الدفيئة تعمل فقط على إبطاء أو تأخير نقل الحرارة من سطح الأرض إلى الخارج، وكلما كان نقل الحرارة أبطأ، كانت درجات الحرارة أعلى بالقرب من السطح.
ويمكن فهم كيفية عمل نقل الحرارة بشكل أفضل من خلال التفكير في شكل السماء في ليالي الشتاء الأكثر برودة. حيث تكون الليالي الأبرد دائمًا هي الأصفى لأن السماء تكون خالية تقريبًا من الغيوم التي يمكنها احتجاز الحرارة المنبعثة من السطح. وبالمثل، فإن الأماكن التي تشهد أحر الأيام وأبرد الليالي هي المواقع التي تحتوي على أقل قدر من الغطاء السحابي، مثل الصحاري.
الاحتباس الحراري
أما عن الاحتباس الحراري فهو يشير إلى "تعزيز" بشري أو ناتج عن النشاط البشري لقدرة الغلاف الجوي للأرض على امتصاص الطاقة الحرارية المنبعثة من سطح الأرض. فعلى مدى الـ 150 عامًا الماضية، أدت الأنشطة البشرية، وخاصة حرق الوقود الأحفوري مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي، وتدمير الغطاء النباتي، إلى إطلاق كميات كبيرة من الغازات الدفيئة، مثل ثاني أكسيد الكربون والميثان. هذه الكميات المتراكمة من الغازات الدفيئة تغير ببطء التركيب الكيميائي للغلاف الجوي العالمي، وكذلك خصائصه الإشعاعية أو قدرته على امتصاص الحرارة، حيث زادت قدرة الغلاف الجوي للأرض على امتصاص الحرارة من السطح ومعها ارتفعت درجة حرارة الغلاف الجوي. وهذا ما يعرف بالاحتباس الحراري.