Durchschnittliche Oberflächentemperatur der Erde [Duplikat]

Es ist eigentlich sehr einfach, dies zu berücksichtigen. Wir brauchen keine Modelle. Wir sind mit einem beträchtlichen Felsen gesegnet, der genau 1 AE von der Sonne entfernt ist, ein Felsen ohne jegliche Spur von Atmosphäre:

Mond (Quelle: Wikimedia Commons )

Die Temperaturen auf dem Mond variieren zwischen 70 K und 390 K. Die Durchschnittstemperaturen variieren je nach Standort zwischen 130 K an den Polen und 220 K am Äquator (siehe Wikipedia ). Beachten Sie, dass dies aufgrund von Nichtlinearitäten nicht mit der Gleichgewichtstemperatur ( 255 K auf der Erde ) identisch ist. Wie Edgat Bonet in seiner Antwort betont , sind die Durchschnittstemperaturen bei gleicher Gleichgewichtstemperatur niedriger, wenn die thermischen Amplituden höher sind. Und sie könnten nicht viel höher sein als auf dem Mond mit seinen langen Tagen und dem völligen Mangel an Atmosphäre.

Etwas , das zwischen Erde und Mond unterschiedlich ist, führt also dazu, dass der Mond viel kälter ist. Der offensichtlichste Unterschied ist das Fehlen einer Atmosphäre. Im Prinzip trägt auch das Fehlen von Ozeanen, Wolken und Bäumen dazu bei, aber da keines davon ohne Atmosphäre existieren kann, ist klar, dass ein Planet mit Atmosphäre heißer ist als derselbe Planet ohne – sowohl durch direkte als auch indirekte Effekte.

Beachten Sie, dass das Fehlen der Atmosphäre nicht der einzige Unterschied zwischen der Erde und dem Mond ist. Es gibt interne Wärmeerzeugung, Gezeitenheizung und viele andere Effekte. Keiner dieser Effekte kommt dem Effekt der Atmosphäre für die Erwärmung der Erde nahe.

Einfache Theorie der Schwarzkörperstrahlung (angepasst von http://www.atmos.washington.edu/2002Q4/211/notes_greenhouse.html ):

Die Erde erhält eine bestimmte Wärmemenge pro Flächeneinheit von der Sonne - diese Menge beträgt etwa 1370 W/m$^2$für Teile der Erde, die der Sonne zugewandt sind, wenn keine Atmosphäre vorhanden ist. Aber die Erde stellt eine "Scheibe" mit Fläche dar$\pi R^2$zur Sonne, obwohl es sich tatsächlich um eine Kugel mit einer Fläche von handelt$4\pi R^2$. Dies bedeutet, dass die pro Flächeneinheit über 24 Stunden empfangene Leistung durchschnittlich 1/4 davon oder etwa 340 W beträgt.

Jetzt wird ein Teil der Sonnenenergie von der Erde reflektiert - etwa 30%. Die verbleibende Leistung, die durch "Graukörperstrahlung" abgeführt werden kann, beträgt etwa 240 W/m$^2$.

Unter Verwendung von Stefan-Boltmann mit wiederum einem Emissionsgrad von 0,7 lösen wir für die "äquivalente" Temperatur der Erde auf:

Wenn Sie den Emissionsgrad ignorieren, wäre der Wert noch niedriger - 255 K. Dies liegt weit unter der Temperatur der Erde (Mittelwert 288 K), was darauf hindeutet, dass die Atmosphäre tatsächlich dazu beiträgt, die Temperatur hoch zu halten. Die Wirkung der Atmosphäre auf die Oberflächentemperatur ist auf der Venus viel extremer (100 Grad K), wo die Kohlendioxidschicht sehr dick ist.

Natürlich sind alle möglichen vereinfachenden Annahmen in das Obige eingeflossen. Zum Beispiel werden die Pole deutlich kälter, wenn es keine atmosphärische Konvektion gibt, um Wärme aus den niedrigeren Breiten zu bringen – und die Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht könnten enorm sein. Die heißere Oberfläche während des Tages emittiert relativ mehr Leistung (wegen dieser 4. Potenz), sodass der Mittelwert niedriger wäre als die oben berechnete "effektive" Temperatur. So oder so - die Atmosphäre absorbiert im IR stärker als im sichtbaren, und das bedeutet, dass Sonnenlicht leichter hineinkommt als emittierte Wärmestrahlung herauskommt. Dies hilft, den Planeten warm zu halten. Ihre Schulbehörde hatte in diesem Fall die richtige Antwort.

Aber unterm Strich macht die Atmosphäre die Erde lebenswert. Eine Veränderung der Zusammensetzung verändert die Bedingungen auf der Erde. Aber das Gleichgewicht ist prekär. Lass es uns nicht stören, wenn wir ihm helfen können.