Тепловой баланс Земли

Тепловой баланс Земли

Теплово́й бала́нс Земли́ — баланс энергии процессов теплопередачи и излучения в атмосфере и на поверхности Земли. Основной приток энергии в систему атмосфера—Земля обеспечивается излучением Солнца в спектральном диапазоне от 0,1 до 4 мкм. Плотность потока энергии от Солнца на расстоянии 1 астрономической единицы равна около 1367 Вт/м² (солнечная постоянная). По данным за 2000—2004 годы усреднённый по времени и по поверхности Земли этот поток составляет 341 Вт/м², или 1,74·10¹⁷ Вт в расчёте на полную поверхность Земли.

Составляющие теплового баланса

Основной приток энергии к Земле обеспечивается солнечным излучением и составляет около 341 Вт/м² в среднем по всей поверхности планеты. Внутренние источники тепла (радиоактивный распад, стратификация по плотности) по сравнению с этой цифрой незначительны (около 0,08 Вт/м²).

Из 341 Вт/м² солнечного излучения, попадающего на Землю, примерно 30 % (102 Вт/м²) сразу же отражается от поверхности Земли (23 Вт/м²) и облаков (79 Вт/м²), а 239 Вт/м² в сумме поглощается атмосферой (78 Вт/м²) и поверхностью Земли (161 Вт/м²). Поглощение в атмосфере обусловлено, в основном, облаками и аэрозолями.

Из 161 Вт/м² поглощаемой поверхностью Земли энергии 40 Вт/м² возвращается в космическое пространство в виде теплового излучения диапазона 3–45 мкм, ещё 97 Вт/м² передаются атмосфере за счёт различных тепловых процессов (80 Вт/м² — испарение воды, 17 Вт/м² — конвективный теплообмен). Кроме того, около 356 Вт/м² излучения Земли поглощается атмосферой, из которых 332 Вт/м² (161 – 40 – 97 – 356 + 332 = 0) возвращается в виде обратного излучения атмосферы. Таким образом, полное тепловое излучение поверхности Земли составляет 396 Вт/м² (356+40), что соответствует средней тепловой температуре 288 К (15 °С).

Атмосфера излучает в космическое пространство 199 Вт/м², включая 78 Вт/м², полученные от излучения Солнца, 97 Вт/м², полученные от поверхности Земли, и разность между поглощаемым атмосферой излучением поверхности и обратным излучением атмосферы в объёме 23 Вт/м².

Внутреннее тепло Земли

Внутренние источники тепла Земли менее значительны по мощности, чем внешние. Считается, что основными источниками являются: распад долгоживущих радиоактивных изотопов (уран-235 и уран-238, торий-232, калий-40), гравитационная дифференциация вещества, приливное трение, метаморфизм, фазовые переходы.

Средняя плотность теплового потока по земному шару составляет 87±2 мВт/м² или (4,42±0,10)·10¹³ Вт в целом по Земле, то есть примерно в 5000 раз меньше, чем средняя солнечная радиация. В океанских районах этот показатель составляет в среднем 101±2 мВт/м², в континентальных — 65±2 мВт/м². В глубоководных океанических желобах она меняется в пределах 28-65 мВт/м², на континентальных щитах — 29-49 мВт/м², в областях геосинклиналей и срединно-океанических хребтах может достигать 100-300 мВт/м² и более. Около 60 % теплового потока (2,75·10¹³ Вт) приходится на внутренние источники тепла, остальные 40 % обусловлены остыванием планеты.

Согласно измерениям нейтринного потока из недр Земли, на радиоактивный распад приходится 24 ТВт (2,4·10¹³ Вт) внутреннего тепла.

См. также

• Солнечная постоянная
• Тепловая инерция

Ссылки

• J. T. Kiehl and Kevin E. Trenberth, February 1997: Earth’s Annual Global Mean Energy Budget. — Bulletin of the American Meteorological Society, 78, 197—208.
• Главный редактор А. М. Прохоров. Тепловой баланс земли // Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — Советская энциклопедия (рус.). — М., 1988. (Физическая энциклопедия)
• Главный редактор А. М. Прохоров. Тепловой баланс атмосферы // Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — Советская энциклопедия (рус.). — М., 1988. (Физическая энциклопедия)
• Кондратьев К. Я., Радиационные факторы современных измерений глобального климата. Л., 1980.
• Кондратьев К. Я., Биненко В. И., Влияние облачности на радиацию и климат, Л., 1984; Климатология, Л., 1989.
• Details of Earth’s energy balance — stanford.edu.

• Glenn White Systematic Errors and Surface Fluxes in the NCEP Global Model (недоступная ссылка). — noaa.gov.
• A. Zastawny Parametric model of the Earth’s radiation budget. — Meteorol. Atmos. Phys. 85, 275—281 (2004). DOI 10.1007/s00703-003-0017-z.

• Earth’s Radiant Energy Balance and Oceanic Heat Fluxes. — oceanworld.tamu.edu.

• On the Global Average IR Radiation Budget. — miskolczi.webs.com.

• Jeffrey L. Anderson et al. The new GFDL global atmosphere and land model AM2/LM2: Evaluation with prescribed SST simulations. — Submitted to Journal of Climate, March 2003.

• Global Heat Flow — International Heat Flow Commission (IHFC).

• Global Heat Flow — International Heat Flow Commission (IHFC).

• Don L. Anderson Energetics of the Earth and the Missing Heat Source Mystery — www.mantleplumes.org.

• A.M. Hofmeister, R.E. Criss Earth’s heat flux revised and linked to chemistry. Tectonophysics 395 (2005), 159—177.

• Henry N. Pollack, "Earth, heat flow in, " in AccessScience, ©McGraw-Hill Companies, 2008.

• J. H. Davies and D. R. Davies Earth’s surface heat flux. Solid Earth, 1, 5-24, 2010.

• Carol A. Stein Heat Flow of the Earth (недоступная ссылка), AGU Handbook of Phisical Constants, edited by T.J. Ahrens, Am. Geophys Un., Washington, D.C., 1994.