溫室效應(yīng)變化(溫室效應(yīng)是變冷還是變熱)
每當(dāng)冬天來臨時,我們都會穿厚衣服,以減少體內(nèi)熱量散失的速度,以抵御寒冷。那么地球是如何在溫度接近絕對零的空間中保持平均15攝氏度的表面溫度的呢?
溫室效應(yīng)、地球供暖
答案很簡單,就是地球的大氣層(大氣層的溫室效應(yīng)起了主要作用)。與人類冬天穿的厚衣服相比,大氣層是地球天然的保暖衣物。然而,近幾十年來,大氣的溫室效應(yīng)幾乎成為眾矢之的。似乎所有的異常都是它造成的。事實真的如此嗎?
首先我們先來簡單了解一下現(xiàn)場氣氛
很多朋友認(rèn)為大氣層離我們很遠(yuǎn),是天上的一個“東西”。比如新聞報道中常說:宇航員乘坐返回艙進(jìn)入大氣層,返回艙會因大氣摩擦而發(fā)光發(fā)熱,最后降落在地面上。所以很多人都覺得氣氛很高,離我們很遠(yuǎn)。
但事實上,大氣層的范圍非常廣泛。地球表面以上數(shù)千公里以內(nèi)的空間范圍,就是大氣層存在的地方。此外,大氣層的高度沒有精確的值。它與宇宙的界限比較模糊。是的,原因很簡單。大氣中氣體的密度基本上隨著高度的增加而減小。一般1000公里就被認(rèn)為是大氣層的厚度(但并不代表上去就沒有大氣層,只是密度極低)。
那么這樣一層厚度達(dá)千公里的大氣層是如何成為地球的保暖服的呢?(溫室效應(yīng)就是這樣產(chǎn)生的)
首先,我們需要了解地球表面的熱量來源。顯然這個來源就是我們的太陽。作為太陽系的老大,它的質(zhì)量占據(jù)了整個太陽系的99.86%,可以說是絕對的地位。而作為一顆恒星,它的核心部分無時無刻不在進(jìn)行核聚變,輻射出大量的光和熱,無時無刻不在向周圍的行星“送溫暖”。(有的朋友會問地核的熱量如何?是的,地核確實非常熱,內(nèi)部溫度甚至可以與太陽表面溫度相媲美。但是,由于成分和結(jié)構(gòu)的原因?qū)Φ厍騺碚f,內(nèi)部隔熱效果很強(qiáng),因為核心溫度對表面影響很?。?/p>
太陽表面的溫度約為5500攝氏度,光輻射的能量通過太陽與地球平均1.5億公里的距離到達(dá)地球。并且從太陽光譜中我們可以看出,大部分光輻射都是短波輻射(波長小于3微米),其中能量最集中在可見光波段(波長400~760納米),所以太陽輻射可以比較順利的通過。大氣(通過的光輻射的波長帶主要集中在295納米到2.5微米之間,1微米=1000納米,其余被大氣吸收或反射),到達(dá)地表。
當(dāng)太陽輻射到達(dá)地球表面時,會對地球表面產(chǎn)生變暖效應(yīng),但我們也知道,除非物體的溫度達(dá)到絕對零,否則任何時候都會有熱輻射,地球表面也不例外,所以太陽輻射不可能被地球表面完全吸收,一部分以熱輻射的形式發(fā)射到太空。
但遺憾的是,由于地球表面的溫度遠(yuǎn)低于太陽表面,所以它的熱輻射主要是長波輻射(這個很容易理解,不然的話,我們就會在晚上看到地面發(fā)出可見光),而長波輻射輻射主要是指波長在4到120微米之間的電磁波,但這些長波輻射卻正中大氣溫室氣體的下懷,因為溫室氣體強(qiáng)烈吸收長波輻射(大氣中的溫室氣體主要是二氧化碳、甲烷、一氧化碳等)氮氣、水蒸氣等氣體)
這些氣體吸收輻射能量后,會再次產(chǎn)生長波輻射并向四周擴(kuò)散。顯然,它的一部分將再次到達(dá)表面。這個過程稱為大氣反向輻射,也是地表熱量的主要來源。(即溫室效應(yīng))
說到這里,大部分朋友可能就明白為什么人類需要控制溫室氣體排放了,因為溫室氣體會增強(qiáng)大氣逆向輻射,直接后果就是地表溫度升高,進(jìn)而對人類造成一些有害影響。人類。
當(dāng)然,溫室氣體是無法消除的,否則大氣的隔熱效果會大大降低,地表溫度下降的后果會比上升更可怕。
發(fā)生什么了?我們簡單解釋一下,如果地球失去溫室效應(yīng),地表溫度會是多少?零下19攝氏度!
是的,你沒聽錯。這樣的溫度會對地球生態(tài)造成很大的破壞。別的不說,首先,地球上幾乎不會有液態(tài)水。這足以完成第六次物種大滅絕。(從宜居帶的角度來看,沒有液態(tài)水的地球就不適合生命生存)
有的朋友會疑惑,這是真的嗎?溫室效應(yīng)會導(dǎo)致地表溫差超過30攝氏度嗎?為此,我們簡單介紹一下這個溫度是怎么來的。
首先,從熱平衡的角度來看,當(dāng)表面吸收的太陽熱輻射能等于表面本身發(fā)出的熱輻射能時,那么此時的溫度就可以稱為平均表面溫度。只要抓住了這一點,接下來的工作就會水到渠成。所以我們最終得到了平均表面溫度的公式
Te為地表溫度,I為太陽常數(shù)(說是常數(shù),但到了其他行星就不一樣了,主要和行星到太陽的距離有關(guān));a為反射率,地球約為0.3;是斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)。
據(jù)此計算,如果地球失去溫室效應(yīng),地表溫度將只有-19攝氏度,可見溫室效應(yīng)對地球生命的重要性。
但走得太遠(yuǎn)也不好。看看隔壁的金星。由于嚴(yán)重的溫室效應(yīng),其表面溫度約為475攝氏度。這里還是人們居住的地方嗎?
金星
當(dāng)然,上面我只是從極端的角度分析了溫室效應(yīng)存在的必要性以及過度嚴(yán)重造成的危害,但足以定性地解釋這個問題。
不過,正常情況下,溫室效應(yīng)是不可能消失的,只是我們需要將其控制在人類可以接受的范圍內(nèi),否則氣溫上升的負(fù)面影響會讓人類承受后果。
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