Mis on Maa energiaeelarve?
Mõiste „Maa energia-eelarve” oli mõeldud selleks, et viidata planeedi päikest saadaolevale energiale, mida kasutatakse kogu maailmas ja seejärel saadetakse tagasi kosmosesse. Päike annab kogu energia, mida kasutatakse maa sees, kuigi enamik päikese energiast ei jõua kunagi planeedi pinnale. Soojus, mida maa saab, läheb viide erinevasse keskkonda: elavad asjad nagu taimed ja loomad, maakoor, maa veekogud, atmosfäär ja jää. Tänu planeedi kujule on maapinnale löögis oleva energia hulk märkimisväärselt ebaühtlane, sest mõned piirkonnad saavad oluliselt suurema koguse soojust kui teised. Maa kuju muudab ka nii, et polaaralad saavad palju vähem soojust kui ekvaatorile lähemal asuvad piirkonnad. Teaduslikud uuringud on näidanud, et iga maa-ala ruutmeeter saab ja annab umbes 240 vatti päikest. Maa poolt vastu võetud ja kosmosesse tagasi kiiritatud soojusenergia kogus on peaaegu tasakaalustatud, kui maa läheneb peaaegu kiirgusseisundi olekule.
Sissetulev soojusenergia
Maa saab päikeseenergiat lühilainelise kiirguse kujul. Sissetulev energia võib suhelda Maa keskkonnaga kolmel erineval viisil: hajumine, neeldumine ja peegeldus. Kui päikesekiirgus satub maapinnale ilma nende kolme protsessita, nimetatakse seda otseseks päikesekiirguseks.
Hajutamine
Kui päikeseenergia on hajutatud, puutub see kokku väikeste osakestega, näiteks gaasimolekulidega, mis muudavad päikesekiirte suunda ilma lainepikkust muutmata. Hajutamine sõltub paljudest teguritest, näiteks kiirguse lainepikkusest ja kiirguse hajutavate molekulide suurusest. Hajumise peamine mõju on see, et see vähendab maa pinnale jõudva soojusenergia kogust. Hajutamine on vastutav ka selle eest, et Maa taevas on sinine. Maa hajutatud päikesekiirgust nimetatakse hajutatud päikesekiirguseks.
Imendumine
Teine võimalus, kuidas päikeseenergia maa keskkonnaga suhtleb, on imendumine. Teadlased kirjeldavad imendumist kui protsessi, mille kaudu aine võtab päikesekiirguse, seejärel muutub soojusenergiaks. Pärast materjali soojuse tekitamist kiirgab see hiljem pikaajalise kiirguse kaudu keskkonda.
Peegeldus
Päikesekiirgus võib peegelduda ka siis, kui see toimib maapinnal olevate osakestega. Peegeldus tekib siis, kui päikesevalgus tabab osakesi ja suunatakse atmosfääri. Peegelduse peamine mõju on see, et see vähendab maa pinnale jõudva soojuse hulka. Peegeldumine toimub tavaliselt pilvedes, kus vee tilgad lõikuvad ja suunavad päikesekiiri.
Väljuv soojusenergia
Maa saadab energiat kosmosesse pikilainelise kiirguse kujul, millel on tavaliselt vähe energiat. Maa poolt saadetud energia on üldiselt infrapunakiirguse kujul. Keskkonnaosakesed absorbeerivad osa maalt eralduvast energiast, samas kui pilved peegeldavad ka mõningaid. Väljuv kiirgus on Maa energiaeelarve jaoks oluline, kuna see on maa ja atmosfääri energia summa. Väljuv kiirgus mängib samuti olulist rolli kasvuhooneefektis, kuna gaasid, nagu süsinikdioksiid ja metaan, neelavad kiirgust, mis suurendab soojust atmosfääris. Teine nende gaaside neeldumise mõju on see, et see põhjustab maapinna temperatuuri tõusu. Teadlased näitavad, et kasvuhoonegaaside suurem kontsentratsioon võib põhjustada globaalset soojenemist.
Energia tasakaalustamatus Maa sees
Juhul, kui maa peale saabuv energia ja planeetist lahkuv energia ei ole võrdsed, siis maa kasum või energia kaotab. On kaks peamist viisi, kuidas kontrollida, kas maa saab energiat, kaotab selle või on tasakaalus. Üks võimalus on kaudse mõõtmise abil. Energia muutumisel maa peal mõjutab see erinevaid Maa keskkonna komponente, näiteks ookeane. Muutuse mõõtmiseks kasutatakse ookeani seadmeid, mida tuntakse argo ujukitena. Teine meetod, mida saab kasutada, on otsene mõõtmine eelkõige satelliitide abil. Satelliidid, mis mõõdavad NASA poolt välja töötatud energiatasakaalu tehnoloogiat ja jälgivad maapinna poolt eralduva soojuse kogust ning summat, mida maa kiirgab.
Kasvuhooneefekt
Kõige olulisema osa atmosfääri moodustavad gaasid on hapnik ja lämmastik, mis ei reageeri ei sissetuleva päikesekiirguse ega soojuskiirgusega maast kosmosesse. Maa atmosfäär sisaldab aga ka selliseid aineid nagu veeaur ja muud gaasid, mis neelavad spetsiifiliste lainepikkuste soojuskiirgust. Ained absorbeerivad viis kuni kuus protsenti energiast, mida maa kiirgab, ja nende kontsentratsiooni suurenemine atmosfääris suurendab imendumise kiirust. Standardse kasvuhooneefekti peamine mõju on see, et see tõstab maa temperatuuri, muutes maa soojemaks, kui see oleks, kui ta tugineb puhtale päikesele.
Kliimamuutus
Maa kliima võib muutuda looduslike tegurite või inimeste mõjude tõttu. Looduslikud tegurid, mis põhjustavad Maa kliima muutumist, hõlmavad vulkaanipurskeid ja päikesevalguse muutusi, mis suurendaksid või vähendaksid Maa pinnale jõudva päikeseenergia hulka. Mitmed inimtegevused aitavad otseselt või kaudselt muuta kliima, näiteks saasteainete vabanemist atmosfääri ja metsade hävitamist. Kliimamuutused mõjutavad otseselt Maa energiaeelarvet.
Kliimamuutuste majanduslikud mõjud
Üks sektoritest, mida mõjutab oluliselt kliimamuutuste muutus, on põllumajandussektor. Muutuste tõttu esineb mõnes piirkonnas vähem vihma kui tavaliselt, mis põhjustab saagi rikke. Muudes piirkondades on sademete keskmisest suurem sademete hulk, mis põhjustab põllukultuuride hävitamist. Nende sündmuste mõju on see, et see vähendab põllukultuuride saagikust, mis muudab põllumajandustootjatele raskemaks elatise ja toidupuuduse tekkimise. Teine kliimamuutuste mõju on see, et see toob kaasa olulise tõusu soojuslainete puhul, millest mõned võivad põhjustada surma, vähendades elanikkonna osa, kes suudab majandust toetada.
