Auringon energian siirtyminen maapallon järjestelmissä
Tässä osiossa keskitytään tunnistamaan ja analysoimaan prosesseja, joiden avulla Auringosta peräisin oleva energia siirtyy (esim. säteilyn, johtumisen ja konvektion avulla) maapallon järjestelmissä (esim. biosfäärissä, hydrosfäärissä, geosfäärissä, ilmakehässä ja kryosfäärissä). Esitetyn materiaalin tarkoituksena on auttaa sinua saavuttamaan seuraava tavoite.
- Tunnista ja analysoi prosesseja, joiden avulla auringosta peräisin oleva energia siirtyy (esim. säteilyn, johtumisen ja konvektion avulla) koko maapallon järjestelmiin (esim. biosfääriin, hydrosfääriin, geosfääriin, ilmakehään ja kryosfääriin).
Kun Auringon energia liikkuu avaruudessa, se saavuttaa Maan ilmakehän ja lopulta maanpinnan. Tämä auringon säteilyenergia lämmittää ilmakehää ja muuttuu lämpöenergiaksi. Tämä lämpöenergia siirtyy koko planeetan järjestelmissä kolmella tavalla: säteilemällä, johtumalla ja konvektiolla.
Johtuminen ”on lämmön siirtymistä molekyylistä toiseen aineen sisällä” (Rousay, 2006, par. 5). Johtuminen siirtää lämpöä aineiden välillä, jotka ovat suorassa kosketuksessa toisiinsa. Lämpöenergia siirtyy lämpimämmistä alueista kylmempiin. Otetaan esimerkiksi metallinen keittolusikka, joka siirtää keiton lämmön sormiisi, jotka pitävät tätä lusikkaa. Metalli on erinomainen lämmönjohdin. Kiinteän metallilusikan tiiviisti pakkautuneet molekyylit värähtelevät paikoillaan ja siirtävät nopeasti energiaa molekyylistä toiseen, kunnes tämä energia saavuttaa sormesi. Mitä kuumempia molekyylit ovat, sitä nopeammin ne värähtelevät ja törmäävät toisiinsa ja siirtävät lämpöä kiinteän metallilusikan läpi. Maapallon pinnan lämmittämisen kannalta on kuitenkin ”käynyt ilmi, että ilma on erittäin huono lämmönjohdin. Siksi johtuminen on tärkeää ilmakehässä vain ensimmäisten, pintaa lähinnä olevien millimetrien sisällä. Miten ilma sitten siirtää energiaa alueelta toiselle?” (Rousay, par. 5)
Tässä kohtaa konvektio astuu kuvaan. ”Konvektio on lämmön siirtymistä nesteen, kuten veden tai ilman, liikkeen kautta. Tällaista lämmönsiirtoa voi tapahtua nesteissä ja kaasuissa, koska ne liikkuvat vapaasti, mikä mahdollistaa lämpimien tai kylmien virtausten syntymisen” (Rousay, par. 6). Tätä lämpöenergian siirtoa lämmitettyjen molekyylien varsinaisen liikkeen kautta kutsutaan konvektioksi, energiansiirtomenetelmäksi, joka voi tapahtua nesteissä, kuten ilmassa ja vedessä. ”Kun maapallon pinta imee auringonvaloa, tietyt pinnan osat imevät sitä enemmän kuin toiset osat. Maan pinta ja pinnan lähellä oleva ilma lämpenevät epätasaisesti. Lämpimin ilma laajenee, se on vähemmän tiheää kuin ympäröivä viileä ilma, siitä tulee kelluvaa ja se nousee ylöspäin. Nämä nousevat lämpimän ilman ”kuplat”, joita kutsutaan termiikeiksi, siirtävät lämpöä ylöspäin ilmakehään” (Rousay, par. 6). Nämä lämpöaallot voivat johtaa pilvien muodostumiseen, jotka puolestaan voivat toimia toisena energiansiirtovektorina.