Kesan Rumah Hijau dan Sinaran Inframerah

Bumi menerima tenaga terutamanya sebagai sinaran daripada Matahari dan memancarkan tenaga kembali ke angkasa terutama sebagai sinaran inframerah haba. Atmosfera tidak berinteraksi dengan semua panjang gelombang dengan cara yang sama. Gas tertentu menyerap sebahagian sinaran inframerah yang dipancarkan permukaan, kemudian memancarkan tenaga itu semula ke pelbagai arah. Proses ini ialah asas kesan rumah hijau.

Permukaan Bumi memancarkan sinaran inframerah

Selepas menyerap tenaga suria, permukaan Bumi memanas dan memancarkan sinaran haba. Oksigen dan nitrogen, yang membentuk sebahagian besar atmosfera, agak telus kepada banyak panjang gelombang inframerah haba. Sebaliknya, wap air, karbon dioksida, metana dan beberapa gas surih lain boleh menyerap pada jalur inframerah tertentu.

Penyerapan diikuti pemancaran semula

Apabila molekul gas rumah hijau menyerap sinaran inframerah pada panjang gelombang yang sesuai, tenaga dipindahkan dalam atmosfera. Atmosfera kemudian memancarkan sinaran inframerah ke atas dan ke bawah. Sebahagian tenaga akhirnya tetap terlepas ke angkasa, tetapi permukaan dan atmosfera bawah menjadi lebih panas berbanding keadaan tanpa gas penyerap inframerah tersebut.

Suhu berkait dengan imbangan tenaga

Dalam keadaan purata yang stabil, tenaga yang diserap oleh sistem Bumi perlu diseimbangkan oleh tenaga yang kembali ke angkasa. Gas rumah hijau menyebabkan sebahagian sinaran inframerah yang menuju ke angkasa diserap dan dipancarkan semula dalam atmosfera. Permukaan dan atmosfera bawah menjadi lebih panas berbanding keadaan tanpa gas penyerap inframerah sehingga pancaran keluar sekali lagi dapat mengimbangi tenaga yang diserap.

Kesan semula jadi dan pengukuhan kesan perlu dibezakan

Kesan rumah hijau semula jadi menjadikan permukaan Bumi jauh lebih panas daripada yang dijangka bagi Bumi tanpa atmosfera penyerap inframerah. Apabila kepekatan gas rumah hijau tertentu meningkat, keseimbangan sinaran berubah. Sistem iklim kemudian menyesuaikan suhu dan aliran tenaga sehingga keseimbangan tenaga baharu dicapai. Pengukuran atmosfera menunjukkan bahawa peningkatan gas seperti karbon dioksida dan metana menambah paksaan sinaran, iaitu perubahan pada aliran tenaga bersih sistem iklim.

Wap air bertindak kuat sebagai maklum balas

Wap air ialah gas rumah hijau yang penting, tetapi jumlahnya dalam atmosfera bertindak balas dengan cepat terhadap suhu melalui penyejatan dan pemeluwapan. Oleh itu, dalam perubahan iklim jangka panjang, wap air sering dihuraikan sebagai maklum balas yang menguatkan pemanasan awal yang didorong faktor lain, bukannya pemacu bebas yang mudah.

Tidak semua komponen atmosfera bertindak sama

Setiap gas menyerap pada julat panjang gelombang yang berbeza dan mempunyai tempoh hayat yang berbeza dalam atmosfera. Awan pula boleh memantulkan cahaya Matahari sambil menyerap inframerah, maka kesan bersihnya bergantung pada ketinggian, ketebalan dan sifat awan. Aerosol juga boleh memantulkan atau menyerap sinaran. Oleh itu, iklim tidak boleh diterangkan dengan satu gas atau satu mekanisme sahaja.

Model selapis hanya gambaran awal

Gambaran mudah penyerapan dan pemancaran semula membantu menerangkan prinsip asas, tetapi atmosfera sebenar mempunyai awan, perolakan, penyejatan, perubahan suhu dengan altitud dan jalur penyerapan yang bertindih. Pengiraan iklim terperinci memerlukan pemindahan sinaran mengikut panjang gelombang serta proses fizikal lain.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?