Übertragung von Sonnenenergie durch die Systeme der Erde
Dieser Abschnitt konzentriert sich auf die Identifizierung und Analyse von Prozessen, durch die Energie von der Sonne (z.B. Strahlung, Leitung und Konvektion) durch die Systeme der Erde (z.B. Biosphäre, Hydrosphäre, Geosphäre, Atmosphäre und Kryosphäre) übertragen wird. Das vorgestellte Material soll Ihnen helfen, das folgende Ziel zu erreichen.
- Identifizieren und analysieren Sie Prozesse, durch die Energie von der Sonne in den Systemen der Erde (z. B. Biosphäre, Hydrosphäre, Geosphäre, Atmosphäre und Kryosphäre) übertragen wird (z. B. Strahlung, Leitung und Konvektion).
Wenn sich die Energie der Sonne durch den Weltraum bewegt, erreicht sie die Erdatmosphäre und schließlich die Oberfläche. Diese strahlende Sonnenenergie erwärmt die Atmosphäre und wird zu Wärmeenergie. Diese Wärmeenergie wird auf drei Arten durch die Systeme des Planeten übertragen: durch Strahlung, Leitung und Konvektion.
Leitung „ist die Übertragung von Wärme von einem Molekül auf ein anderes innerhalb einer Substanz“ (Rousay, 2006, Abs. 5). Durch Konduktion wird Wärme zwischen Stoffen übertragen, die in direktem Kontakt zueinander stehen. Wärmeenergie bewegt sich von wärmeren zu kälteren Bereichen. Nehmen Sie das Beispiel eines Suppenlöffels aus Metall, der die Wärme der Suppe auf Ihre Finger überträgt, die diesen Löffel halten. Metall ist ein hervorragender Wärmeleiter. Die dicht gepackten Moleküle in dem massiven Metalllöffel schwingen in ihrer Position und übertragen schnell Energie von Molekül zu Molekül, bis diese Energie Ihre Finger erreicht. Je heißer die Moleküle sind, desto schneller schwingen sie und stoßen aneinander, wodurch Wärme durch den massiven Metalllöffel übertragen wird. Was die Erwärmung der Erdoberfläche betrifft, so „stellt sich jedoch heraus, dass Luft ein extrem schlechter Wärmeleiter ist. Daher spielt die Wärmeleitung in der Atmosphäre nur in den ersten Millimetern nahe der Oberfläche eine Rolle. Wie überträgt die Luft dann Energie von einer Region zur anderen?“ (Rousay, Abs. 5)
Hier kommt die Konvektion ins Spiel. „Konvektion ist die Übertragung von Wärme durch die Bewegung einer Flüssigkeit wie Wasser oder Luft. Diese Art der Wärmeübertragung kann in Flüssigkeiten und Gasen stattfinden, weil sie sich frei bewegen und so warme oder kalte Ströme erzeugen können“ (Rousay, Abs. 6). Diese Übertragung von Wärmeenergie durch die tatsächliche Bewegung der erhitzten Moleküle wird Konvektion genannt, eine Methode der Energieübertragung, die in Flüssigkeiten wie Luft und Wasser stattfinden kann. „Da die Erdoberfläche das Sonnenlicht absorbiert, absorbieren bestimmte Teile der Oberfläche mehr als andere Teile. Die Erdoberfläche und die Luft in der Nähe der Oberfläche erwärmen sich ungleichmäßig. Die wärmste Luft dehnt sich aus, hat eine geringere Dichte als die umgebende kühle Luft, bekommt Auftrieb und steigt auf. Diese aufsteigenden „Blasen“ warmer Luft, Thermik genannt, leiten die Wärme nach oben in die Atmosphäre“ (Rousay, Abs. 6). Diese Thermik kann zur Bildung von Wolken führen, die wiederum als weiterer Vektor der Energieübertragung dienen können.