Transfer energii słonecznej przez systemy ziemskie
Ten dział koncentruje się na identyfikacji i analizie procesów, dzięki którym energia ze Słońca jest przekazywana (np. promieniowanie, przewodzenie i konwekcja) przez systemy ziemskie (np. biosfera, hydrosfera, geosfera, atmosfera i kriosfera). Prezentowany materiał ma pomóc w osiągnięciu następującego celu.
- Zidentyfikować i przeanalizować procesy, dzięki którym energia ze Słońca jest przekazywana (np. promieniowanie, przewodzenie i konwekcja) w systemach Ziemi (np. biosfera, hydrosfera, geosfera, atmosfera i kriosfera).
Gdy energia słoneczna przemieszcza się przez przestrzeń kosmiczną, dociera do atmosfery Ziemi i w końcu do jej powierzchni. To promieniowanie słoneczne ogrzewa atmosferę i staje się energią cieplną. Ta energia cieplna jest przekazywana w systemach planety na trzy sposoby: przez promieniowanie, przewodzenie i konwekcję.
Przewodzenie „jest przekazywanie ciepła z jednej cząsteczki do drugiej w substancji” (Rousay, 2006, par. 5). Przewodzenie przenosi ciepło pomiędzy substancjami, które są w bezpośrednim kontakcie ze sobą. Energia cieplna przemieszcza się z obszarów cieplejszych do zimniejszych. Weźmy na przykład metalową łyżkę do zupy, która przenosi ciepło zupy na nasze palce trzymające łyżkę. Metal jest doskonałym przewodnikiem ciepła. Ciasno upakowane molekuły w solidnej metalowej łyżce wibrują w swoich pozycjach, szybko przenosząc energię z molekuły na molekułę, aż energia ta dotrze do twoich palców. Im gorętsze są molekuły, tym szybciej wibrują i zderzają się ze sobą, przenosząc ciepło przez solidną metalową łyżkę. Jeśli jednak chodzi o ogrzewanie powierzchni Ziemi, „okazuje się, że powietrze jest bardzo słabym przewodnikiem ciepła. Dlatego przewodzenie ma znaczenie w atmosferze tylko w obrębie pierwszych kilku milimetrów najbliżej powierzchni. W jaki więc sposób powietrze przekazuje energię z jednego regionu do drugiego?” (Rousay, par. 5)
W tym miejscu pojawia się konwekcja. „Konwekcja to przekazywanie ciepła poprzez ruch płynu takiego jak woda lub powietrze. Ten rodzaj wymiany ciepła może wystąpić w cieczach i gazach, ponieważ poruszają się one swobodnie, co umożliwia tworzenie ciepłych lub zimnych prądów” (Rousay, par. 6). Ten transfer energii cieplnej poprzez rzeczywisty ruch ogrzewanych cząsteczek nazywany jest konwekcją, metodą transferu energii, która może mieć miejsce w płynach takich jak powietrze i woda. „W miarę jak powierzchnia Ziemi absorbuje światło słoneczne, pewne jej części absorbują więcej niż inne. Powierzchnia Ziemi i powietrze w jej pobliżu nagrzewa się nierównomiernie. Najcieplejsze powietrze rozszerza się, ma mniejszą gęstość niż otaczające je chłodne powietrze, staje się wyporne i unosi się. Te unoszące się „bańki” ciepłego powietrza, zwane termalami, przenoszą ciepło w górę atmosfery” (Rousay, par. 6). Te termale mogą prowadzić do powstawania chmur, które z kolei mogą służyć jako kolejny wektor transferu energii.