Wirtualne laboratorium/Geografia/Klimat/Bilans radiacyjny i efekt cieplarniany

Bilans radiacyjny i efekt cieplarniany

Temperatura Ziemi ustala się tam, gdzie energia pochłonięta = wypromieniowana. Część promieniowania odbija albedo, a gazy cieplarniane zatrzymują promieniowanie długofalowe, podnosząc temperaturę równowagi — to efekt cieplarniany. Wzrost stężenia CO₂ wzmacnia go i ociepla planetę. Zmień albedo, stężenie gazów i dopływ promieniowania.

Bilans radiacyjny i efekt cieplarniany
Geografia · Klimat · Bilans radiacyjny i efekt cieplarniany (GEO.KLIM)
Albedo powierzchni α\alpha0.30
Efekt cieplarniany gg0.50
Dopływ SS1361 W/m²
Rośnie stężenie CO₂. Temperatura równowagi Ziemi…
albedo α
0.30
efekt g
0.50
pochłonięte
238 W/m²
temperatura T
0.4 °C
🎯 Wyzwanie: trafuj temperaturę
seria: 0

Dam Ci docelową temperaturę równowagi — dobierz albedo, efekt cieplarniany i dopływ, by ją uzyskać.

Co się właśnie stało?

Wzmocniłeś efekt cieplarniany — koc gazów (CO₂, para wodna, metan) zatrzymał więcej promieniowania długofalowego. Do kosmosu ucieka mniej energii, więc powierzchnia musi się nagrzać, by bilans znów się domknął.

Równowaga radiacyjna:

S4(1−α)⏟pochłonięte  =  σT4⏟wypromieniowane (1−g2)\underbrace{\tfrac{S}{4}(1-\alpha)}_{\text{pochłonięte}} \;=\; \underbrace{\sigma T^4}_{\text{wypromieniowane}}\,(1-\tfrac{g}{2})

Ziemia to dysk łapiący promieniowanie i kula je wypromieniowująca — stąd czynnik 14\tfrac14. Tu SS — stała słoneczna (W/m²), α\alpha — albedo (część odbita), gg — siła efektu cieplarnianego, σ=5,67⋅10−8\sigma = 5{,}67\cdot10^{-8} W/m²K⁴.

Rola albedo i gazów cieplarnianych:

Wysokie albedo (lód, chmury, pustynie) odbija więcej światła słonecznego → mniej energii pochłoniętej → chłodniej. Gazy cieplarniane są przezroczyste dla światła słonecznego, ale pochłaniają promieniowanie długofalowe (IR) wysyłane przez powierzchnię i część zwracają ku dołowi.

T=[S(1−α)4σ (1−g2)]1/4T = \left[\dfrac{S(1-\alpha)}{4\sigma\,(1-\tfrac{g}{2})}\right]^{1/4}

Naturalny vs wzmożony efekt cieplarniany:

Bez atmosfery Ziemia miałaby ok. −18 °C-18\,°\mathrm{C} — byłaby zamarznięta. Naturalny efekt cieplarniany podnosi średnią do ok. +15 °C+15\,°\mathrm{C} i umożliwia życie. Spalanie paliw kopalnych dokłada CO₂ — to wzmożony (antropogeniczny) efekt cieplarniany, który dodatkowo podnosi TT.

Po co Ci to na maturze:

Bilans pochłonięte=S4(1−α)\text{pochłonięte}=\tfrac{S}{4}(1-\alpha) vs wypromieniowane=σT4\text{wypromieniowane}=\sigma T^4 tłumaczy, dlaczego Ziemia jest cieplejsza, niż wynikałoby z samej odległości od Słońca, oraz mechanizm globalnego ocieplenia. Chwyt: zapytaj, co zmienia daną wielkość — więcej CO₂ (↑g) grzeje, większe albedo (↑α) chłodzi.

Zapamiętaj: w stanie równowagi energia pochłonięta = wypromieniowana. Albedo odbija, gazy cieplarniane zatrzymują IR — to one czynią Ziemię cieplejszą, niż byłaby „naga".

Model poglądowy · Wirtualne laboratorium NexTutor

Spodobał Ci się eksperyment? Udostępnij go.

Jest darmowy — podeślij znajomym ze szkoły.

Teoria i wzory

Temperatura z bilansu energii

Temperatura Ziemi ustala się tam, gdzie energia pochłonięta równa się wypromieniowanej: Epochl=EwyprE_{pochl} = E_{wypr} Dopóki Ziemia pochłania więcej, niż oddaje — ogrzewa się; gdy oddaje więcej — stygnie. Równowaga wyznacza średnią temperaturę planety.

Albedo

Część promieniowania słonecznego zostaje odbita — mówi o tym albedo AA. Pochłaniana jest energia proporcjonalna do (1−A)(1 - A). Jasne powierzchnie (śnieg, lód) mają wysokie albedo, ciemne (ocean, las) — niskie.

Efekt cieplarniany

Gazy cieplarniane (CO₂, para wodna, metan) przepuszczają krótkofalowe promieniowanie Słońca, ale pochłaniają długofalowe wysyłane przez Ziemię i część zawracają — podnosi to temperaturę równowagi. Naturalny efekt cieplarniany daje +33°C (bez niego byłoby ok. −18°C); wzrost CO₂ go wzmacnia i ociepla planetę.

Oznaczenia: EpochlE_{pochl} — energia pochłonięta, EwyprE_{wypr} — energia wypromieniowana, AA — albedo (udział odbity).

Uczysz? Umieść ten eksperyment na swojej stronie.

Darmowy widget — wklej na stronę szkoły, bloga lub notatki. Linkuje do pełnej wersji.

Uczysz w klasie albo korepetujesz? Prowadź uczniów w NexTutor →

Najczęstsze pytania

›

Co to albedo?

Zdolność powierzchni do odbijania promieniowania słonecznego. Jasne powierzchnie (śnieg, lód) mają wysokie albedo, ciemne (ocean, las) — niskie.

›

Jak działa efekt cieplarniany?

Gazy cieplarniane przepuszczają promieniowanie krótkofalowe od Słońca, ale pochłaniają długofalowe emitowane przez Ziemię i część zawracają — powierzchnia się ogrzewa.

›

Dlaczego Ziemia jest cieplejsza niż wynika z odległości od Słońca?

Bo naturalny efekt cieplarniany podnosi średnią temperaturę o ok. 33°C — bez niego byłoby około −18°C.

Teoria (klasa): GEO.4.2.3 → Lekcja maturalna: GEO.M.2.2 →

Powiązane eksperymenty

Dziura ozonowa — freony niszczą ozon →Modelowanie klimatu — Nobel 2021 →Insolacja a kąt padania promieni słonecznych →Zmiany klimatu →Cyrkulacja termohalinowa — oceaniczny taśmociąg →