งบประมาณด้านพลังงานของโลกคืออะไร?

คำว่า 'งบประมาณพลังงานของโลก' ประกาศใช้เพื่ออ้างถึงพลังงานที่โลกได้รับจากดวงอาทิตย์ใช้ทั่วโลกจากนั้นส่งกลับสู่อวกาศ ดวงอาทิตย์ให้พลังงานทั้งหมดที่ใช้ภายในโลกแม้ว่าพลังงานของดวงอาทิตย์ส่วนใหญ่จะไม่ถึงพื้นผิวของดาวเคราะห์ ความร้อนที่โลกได้รับนั้นประกอบด้วยองค์ประกอบที่แตกต่างกันห้าอย่างของสภาพแวดล้อม: สิ่งมีชีวิตเช่นพืชและสัตว์เปลือกโลกดินแหล่งน้ำของโลกบรรยากาศและน้ำแข็ง เนื่องจากรูปร่างของดาวเคราะห์ปริมาณของพลังงานที่กระทบพื้นผิวโลกนั้นไม่สม่ำเสมออย่างมีนัยสำคัญเมื่อบางพื้นที่ได้รับความร้อนจำนวนมากมากกว่าที่อื่น รูปร่างของโลกยังทำให้พื้นที่ขั้วโลกได้รับความร้อนน้อยกว่าบริเวณใกล้กับเส้นศูนย์สูตรอย่างมาก การวิจัยทางวิทยาศาสตร์แสดงให้เห็นว่าแต่ละตารางเมตรบนพื้นผิวโลกได้รับและให้พลังงานประมาณ 240 วัตต์จากดวงอาทิตย์ ปริมาณของพลังงานความร้อนที่ได้รับจากโลกและแผ่กลับสู่อวกาศใกล้เคียงกับความสมดุลกับโลกเกือบเข้าใกล้สภาวะสมดุลทางรังสี

พลังงานความร้อนที่เข้ามา

โลกได้รับพลังงานแสงอาทิตย์ในรูปของการแผ่รังสีคลื่นสั้น พลังงานที่เข้ามาอาจโต้ตอบกับสภาพแวดล้อมของโลกในสามวิธีที่แตกต่างกัน: การกระจายการดูดซึมและการสะท้อนกลับ หากรังสีดวงอาทิตย์กระทบกับพื้นผิวโลกโดยไม่ผ่านกระบวนการใด ๆ ทั้งสามกระบวนการมันก็จะเรียกว่ารังสีดวงอาทิตย์โดยตรง

การหว่าน

เมื่อพลังงานของดวงอาทิตย์กระจัดกระจายมันก็จะสัมผัสกับอนุภาคเล็ก ๆ เช่นโมเลกุลก๊าซซึ่งจะเปลี่ยนทิศทางของรังสีดวงอาทิตย์โดยไม่เปลี่ยนความยาวคลื่น การกระเจิงขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่างเช่นความยาวคลื่นของรังสีเช่นเดียวกับขนาดของโมเลกุลที่กระจายรังสี ผลกระทบหลักของการกระเจิงคือการลดปริมาณพลังงานความร้อนถึงพื้นผิวโลก การกระเจิงเป็นสิ่งที่รับผิดชอบต่อท้องฟ้าของโลกที่เป็นสีฟ้า รังสีดวงอาทิตย์ที่กระจัดกระจายที่กระทบพื้นผิวโลกเรียกว่าการแผ่รังสีแสงอาทิตย์แบบกระจาย

การดูดซึม

อีกวิธีหนึ่งที่พลังงานแสงอาทิตย์โต้ตอบกับสภาพแวดล้อมของโลกคือการดูดซับ นักวิทยาศาสตร์อธิบายการดูดซึมเป็นกระบวนการที่สารผ่านรังสีดวงอาทิตย์แล้วเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อน หลังจากวัสดุสร้างพลังงานความร้อนแล้วมันก็จะกระจายกลับสู่สภาพแวดล้อมผ่านการแผ่รังสีคลื่นยาว

การสะท้อน

รังสีดวงอาทิตย์ก็อาจถูกสะท้อนออกมาเมื่อมันทำปฏิกิริยากับอนุภาคภายในโลก การสะท้อนเกิดขึ้นเมื่อแสงแดดกระทบกับอนุภาคและถูกเปลี่ยนเส้นทางสู่ชั้นบรรยากาศ ผลกระทบหลักของการสะท้อนคือช่วยลดปริมาณความร้อนที่มาถึงพื้นผิวโลก โดยทั่วไปการสะท้อนจะเกิดขึ้นภายในกลุ่มเมฆที่มีน้ำหยดดักและเปลี่ยนทิศทางของแสงอาทิตย์

พลังงานความร้อนขาออก

โลกส่งพลังงานออกสู่อวกาศในรูปของรังสีคลื่นยาวซึ่งโดยปกติจะมีปริมาณพลังงานต่ำ พลังงานที่ส่งจากโลกโดยทั่วไปจะอยู่ในรูปของรังสีอินฟราเรด อนุภาคในสภาพแวดล้อมดูดซับพลังงานบางส่วนที่เปล่งออกมาจากโลกในขณะที่เมฆก็สะท้อนบางส่วน รังสีขาออกเป็นพื้นฐานของงบประมาณพลังงานของโลกเนื่องจากเป็นผลรวมของพลังงานจากโลกสู่ชั้นบรรยากาศ รังสีที่ส่งออกยังมีบทบาทสำคัญในภาวะเรือนกระจกเช่นก๊าซเช่นคาร์บอนไดออกไซด์และมีเธนจะดูดซับรังสีที่เพิ่มปริมาณความร้อนภายในบรรยากาศ ผลของการดูดซับโดยก๊าซเหล่านี้ก็คือมันส่งผลให้อุณหภูมิของพื้นผิวโลกเพิ่มขึ้น นักวิทยาศาสตร์ระบุว่าความเข้มข้นของก๊าซเรือนกระจกที่สูงขึ้นอาจนำไปสู่ภาวะโลกร้อน

ความไม่สมดุลของพลังงานภายในโลก

ในกรณีที่พลังงานเข้ามาในโลกและพลังงานที่เหลือจากดาวเคราะห์ไม่เท่ากันโลกจะได้รับหรือสูญเสียพลังงาน มีสองวิธีหลักในการตรวจสอบว่าโลกกำลังเพิ่มพลังงานสูญเสียมันหรืออยู่ในสมดุล วิธีหนึ่งคือการใช้การวัดทางอ้อม ในกรณีที่มีการเปลี่ยนแปลงพลังงานบนโลกมันจะส่งผลกระทบต่อองค์ประกอบต่าง ๆ ของสภาพแวดล้อมของโลกเช่นมหาสมุทร เพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงโดยใช้อุปกรณ์มหาสมุทรที่รู้จักกันในชื่อ Argo Floats อีกวิธีหนึ่งที่สามารถใช้ได้คือการวัดโดยตรงโดยตรงผ่านการใช้ดาวเทียม ดาวเทียมที่ใช้วัดความไม่สมดุลของพลังงานใช้เทคโนโลยีที่พัฒนาโดย NASA และพวกเขาตรวจสอบปริมาณความร้อนที่โลกได้รับรวมทั้งปริมาณที่โลกแผ่รังสี

ภาวะเรือนกระจก

ก๊าซที่มีส่วนสำคัญที่สุดในชั้นบรรยากาศของโลกคือออกซิเจนและไนโตรเจนซึ่งทำปฏิกิริยากับการแผ่รังสีแสงอาทิตย์ที่เข้ามาและการแผ่รังสีความร้อนจากโลกสู่อวกาศ อย่างไรก็ตามชั้นบรรยากาศของโลกยังมีสารต่าง ๆ เช่นไอน้ำและก๊าซอื่น ๆ ที่ดูดซับรังสีความร้อนในช่วงความยาวคลื่นเฉพาะ พลังงานร้อยละห้าถึงหกที่โลกทำการแผ่รังสีถูกดูดซับโดยสารและการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นในชั้นบรรยากาศส่งผลให้อัตราการดูดซึมสูงขึ้น ผลกระทบหลักของปรากฏการณ์เรือนกระจกมาตรฐานคือมันทำให้อุณหภูมิของโลกสูงขึ้นทำให้โลกอุ่นขึ้นกว่าที่มันจะเป็นถ้ามันอาศัยดวงอาทิตย์เพื่อให้ความร้อนอย่างหมดจด

อากาศเปลี่ยนแปลง

สภาพภูมิอากาศของโลกอาจเปลี่ยนแปลงเนื่องจากปัจจัยทางธรรมชาติหรือเนื่องจากอิทธิพลของมนุษย์ ปัจจัยทางธรรมชาติที่ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศของโลก ได้แก่ การปะทุของภูเขาไฟและการเปลี่ยนแปลงของความสว่างของดวงอาทิตย์ซึ่งอาจเพิ่มหรือลดปริมาณของพลังงานแสงอาทิตย์ที่มาถึงพื้นผิวโลก กิจกรรมของมนุษย์มีส่วนช่วยโดยตรงหรือโดยอ้อมในการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศของโลกเช่นปล่อยมลพิษสู่ชั้นบรรยากาศรวมทั้งการตัดไม้ทำลายป่า การเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศมีผลกระทบโดยตรงต่องบประมาณด้านพลังงานของโลก

ผลกระทบทางเศรษฐกิจจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

หนึ่งในภาคส่วนที่ได้รับผลกระทบอย่างมากจากการเปลี่ยนแปลงของภูมิอากาศของโลกคือภาคเกษตรกรรม เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงบางภูมิภาคกำลังประสบฝนน้อยกว่าปกติซึ่งจะนำไปสู่ความล้มเหลวของการเพาะปลูก พื้นที่อื่นประสบปริมาณน้ำฝนสูงกว่าค่าเฉลี่ยซึ่งนำไปสู่การทำลายพืชผลในฟาร์ม ผลกระทบของเหตุการณ์เหล่านี้คือการที่มันลดผลผลิตพืชผลทำให้ชาวนาหาเลี้ยงชีพและสร้างปัญหาการขาดแคลนอาหารได้ยากขึ้น ผลของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอีกประการหนึ่งคือมันจะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในกรณีของคลื่นความร้อนซึ่งบางอย่างอาจทำให้เสียชีวิตลดส่วนของประชากรที่สามารถนำไปสู่เศรษฐกิจ