Jaką temperaturę miałaby powierzchnia Ziemi gdyby nie była podgrzewana od wewnątrz?

Pytanie

Pyta Stefan

Jaką temperaturę miałaby powierzchnia Ziemi gdyby nie była podgrzewana od wewnątrz?

Odpowiedź

Odpowiada prof. Piotr Sułkowski

Zwięzła odpowiedź na pytanie brzmi: mniej więcej taką samą jak teraz. Należy natomiast podkreślić, że ciepło wnętrza Ziemi jest w zasadzie zaniedbywalne przy obliczaniu temperatury jej powierzchni. Na temperaturę powierzchni Ziemi zasadniczy wpływ ma energia promieniowania słonecznego oraz – co niezmiernie ważne – obecność atmosfery.

Temperatura powierzchni Ziemi zależy od energii która na tę powierzchnię dociera. Energia promieniowania słonecznego padającego prostopadle na jednostkę powierzchni obiektu znajdującego się w takiej odległości od Słońca jak Ziemia wynosi ok. 1360 W/m$^2$ (jest to tzw. stała słoneczna). Natomiast energia promieniowania na jednostkę powierzchnia pochodząca z wnętrza Ziemi wynosi ok. 0,063 W/m$^2$, zatem jest ona w zasadzie zaniedbywalna w stosunku do energii promieniowania słonecznego.

Wykonując rachunek opisany np. w tym artykule można wyliczyć, że temperatura powierzchni Ziemi (wynikająca z padającego na nią promieniowania słonecznego, a także uwzględnienia stopnia w jakim to promieniowanie jest odbijane) powinna być rzędu  -18$^o$ C. Natomiast rzeczywista, średnia temperatura powierzchni Ziemi jest o ok. 33$^o$ C wyższa. Różnica ta wynika właśnie z obecności atmosfery. Ponadto atmosfera nie tylko wpływa na podwyższenie temperatury, lecz także na jej ustabilizowanie i stosunkowo niewielkie fluktuacje pomiędzy dniem i nocą, czy też miejscami znajdującej się od strony Słońca (i przez nie oświetlonymi) oraz po stronie przeciwnej. Na przykład na Księżycu – do którego dociera taki sam strumień energii słonecznej jak do Ziemi, a którego atmosfera jest niezmiernie mała – fluktuacje temperatury pomiędzy częściami oświetlonymi oraz nieoświetlonymi mogą sięgać 200$^o$ C, i w nasłonecznionym miejscu temperatura przekracza 120$^o$ C. Z kolei na Merkurym (planecie najbliższej Słońcu), którego atmosfera także jest niezmiernie mała, temperatury w dzień i w nocy wynoszą odpowiednio 350$^o$ C i -200$^o$C.

Warto też podkreślić, iż mechanizm dzięki któremu atmosfera odpowiada za zmiany temperatury na Ziemi jest niezwykle subtelny i zależy między innymi od jej składu; właśnie ten mechanizm odpowiada za obserwowane w ostatnich dziesięcioleciach systematyczne podnoszenie się temperatury na Ziemi i związane z tym zmiany klimatu. Więcej na ten temat przeczytać można we wspomnianym wyżej artykule oraz w serwisie naukaoklimacie.pl