يُعرف التوازن بين الطاقة الواردة من الشمس والصادرة عنها بميزانية طاقة الأرض، حسب وكالة الفضاء الأمريكية ناسا.
ربما تتذكر معلمي العلوم في المدرسة الابتدائية وهم يشرحون أن الطاقة لا يمكن استحداثها أو تدميرها، وهذه خاصية أساسية في الكون.
لكن تحويل الطاقة أمر ممكن، فعندما تصل أشعة الشمس إلى الأرض، تتحول إلى حركات عشوائية من الجزيئات تشعرك بالحرارة. في الوقت نفسه، تُرسل الأرض والغلاف الجوي الإشعاع مرة أخرى إلى الفضاء. يُعرف التوازن بين الطاقة الواردة والصادرة بميزانية طاقة الأرض.
يُحدد مناخ الأرض بتدفقات الطاقة هذه، فعندما تكون كمية الطاقة القادمة أكبر من الطاقة الخارجة، ترتفع درجة حرارة الكوكب.
يمكن أن يحدث ذلك بعدة طرق، فمثلًا عندما يختفي الجليد البحري الذي يعكس عادةً الإشعاع الشمسي إلى الفضاء ويمتص المحيط المظلم هذه الطاقة بدلًا من ذلك. ويحدث أيضًا عندما تتراكم غازات الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي وتحبس بعض الطاقة التي كانت ستخرج من الأرض.
كان العلماء يقيسون ميزانية طاقة الأرض منذ الثمانينيات باستخدام أدوات على الأقمار الصناعية وفي الجو والمحيطات وعلى الأرض.
دعونا نلقي نظرة فاحصة على كيفية تدفق الطاقة، وما تخبرنا به ميزانية الطاقة عن كيفية ارتفاع درجة حرارة الكوكب، ولماذا؟
ناسا: تصف ميزانية طاقة الأرض التوازن بين الطاقة المشعة التي تصل الأرض من الشمس والطاقة التي تتدفق من الأرض إلى الفضاء.
موازنة الطاقة من الشمس
- في نظام مناخ الأرض تأتي الطاقة، كلها تقريبًا، من الشمس. جزء صغير فقط يأتي من باطن الأرض.
- في المتوسط، يتلقى الكوكب 340.4 واط من أشعة الشمس لكل متر مربع. تسقط أشعة الشمس كلها في الجانب المضيء من الأرض، وتكون الأرقام أعلى بكثير منتصف النهار.
من الـ 340.4 واط لكل متر مربع:
- تنعكس 99.9 واط إلى الفضاء عن طريق السحب والغبار والثلج وسطح الأرض.
- 240.5 واط المتبقية: يمتص الغلاف الجوي نحو ربعها، والباقي يمتصه سطح الكوكب. يتحول هذا الإشعاع إلى طاقة حرارية داخل نظام الأرض. تقريبًا تُقابل هذه الطاقة الممتصة طاقة تنبعث مرة أخرى إلى الفضاء. بقايا صغيرة (0.6 واط لكل متر مربع) تتراكم بصورة احتباس حراري. قد لا يبدو هذا كثيرًا، لكنه مهم.
يمتص الغلاف الجوي الكثير من الطاقة ويصدرها في صورة إشعاع الى الفضاء الخارجي وإلى سطح الكوكب. في الواقع، يتلقى سطح الأرض من الغلاف الجوي ما يقرب من ضعفي الإشعاع التي يتلقاها من أشعة الشمس المباشرة. يحدث هذا لأن الشمس تسخن السطح فقط خلال النهار، بينما الجو الدافئ داخل الغلاف الجوي طوال الوقت.
تبلغ الطاقة التي تصل إلى سطح الأرض من الشمس ومن الغلاف الجوي حوالي 504 واط لكل متر مربع. يعكس سطح الأرض مرة أخرى حوالي 79٪ منها، وتذهب الطاقة السطحية المتبقية إلى تبخير المياه وتسخين الهواء والمحيطات والأرض.
الجزء الصغير المتبقي بين أشعة الشمس الواردة والأشعة تحت الحمراء الخارجة يرجع إلى تراكم غازات الدفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون في الجو. هذه الغازات شفافة لضوء الشمس ولكنها غير شفافة بالنسبة للأشعة تحت الحمراء، فهي تمتص وتنبعث منها الكثير من الأشعة تحت الحمراء الى الأسفل.
استجابةً لذلك تزداد درجة حرارة سطح الأرض حتمًا حتى تتم استعادة التوازن بين الإشعاع الوارد والصادر.
ماذا يعني هذا بالنسبة لدرجات الحرارة العالمية؟
مضاعفة ثاني أكسيد الكربون ستضيف 3.7 واط من الحرارة لكل متر مربع من الأرض. تخيل أن المصابيح الليلية الزيتية القديمة تتباعد كل 3 أقدام فوق الأرض بأسرها، وتُركت مضاءة إلى الأبد.
بالمعدل الحالي للانبعاثات، ستتضاعف مستويات غازات الاحتباس الحراري عن مستويات ما قبل الصناعة بحلول منتصف القرن.
أثبتت حسابات علماء المناخ أن إضافة هذا القدر من الحرارة إلى العالم من شأنه أن يرفع حرارة مناخ الأرض بنحو 3 درجات مئوية. ولتجنّب ذلك يجب استبدال حرق الوقود الأحفوري -المصدر الرئيسي لانبعاثات غازات الاحتباس الحراري- بأشكال أخرى من الطاقة النظيفة.
اقرأ أيضًا:
الاحتباس الحراري يغير منظومة المحيطات
الاحتباس الحراري له تأثيرات مختلفة في درجات الحرارة الليلية عن درجات النهار
ترجمة: طاهر كلبيت
تدقيق: حسين جرود
