İçeriğe atla

Dünya'nın enerji bütçesi

NASA tarafından verilen ve bulutların Dünya'nın enerji bütçesine yaptığı etkiyi gösteren şematik bir resim
Güneş enerjisi gezegene yayılır ve uzaya geri ışınım yapar. (PetaWatt =1015 watt).[1]

Dünya, giren enerji kazançlarını ve çıkan enerji kayıplarını içeren bir enerji bütçesine sahip fiziksel bir sistem olarak incelenebilir. Gezegenimiz yaklaşık olarak dengededir. Girenlerin toplamı neredeyse çıkanların toplamına eşittir.

Not: Bu şematik resimler sadece net enerji transferini anlatmaktadır. Sera gazlarının etkisini veya herhangi bir değişikliği anlatmamaktadır.

Enerji bütçesi

Giren enerji

Dünya atmosferine giren toplam enerji akısı 174 x 1015 watt olarak hesaplanır. Bu enerji şunlardan meydana gelir:

  • güneş radyasyonu (% 99.978, yaklaşık 174 petawatt; ya da diğer bir deyişle 340 W m−2)
  • jeotermal enerji (% 0.013, yaklaşık 23 terawatt; ya da diğer bir deyişle 0.045 W m−2)
    • Bu, depolanmış ısı ve Dünya'nın iç kısımlarından sızan radyoaktif bozunumdur.
  • gelgit enerjisi (% 0.002, yaklaşık 3 terawatt; 0.0059 W m−2)
    • Bu enerji Dünya'nın kütlesiyle yerçekimi alanına sahip Ay ya da Güneş gibi kütlelerin etkileşimiyle üretilir .
  • fosil yakıt tüketiminden meydana gelen atık ısı (yaklaşık % 0.007, 13 terawatt; 0.025 W m−2).

Bu hesaplamalarda ihmal edilmiş küçük çapta enerji kaynakları vardır: uzaydaki termal radyasyon, yıldızlardan gelen ışınlar, güneş rüzgarları. İhmal edilecek kadar küçük olmalarının bilinmesine rağmen, bu her zaman kesin değildir: Joseph Fourier ilk zamanlarda sera etkisinden bahsederken uzaydan gelen radyasyonun önemli olduğunu düşünmüştür. [1]13 Ekim 2015 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi..

Çıkan enerji

Dünya'nın ortalama yansıtabilirliği 0.3'tür. Bu ise giren güneş enerjisinin %30'unun uzaya geri gönderildiği anlamına gelir. %70'i ise kızılötesi olarak emilir. Dünya'nın yansıtabilirliği aydan aya farklılık gösterir, tümünün ortalaması ise 0.3'tür. Boyutsal olarak ise çok değişkendir: Örneğin buzulların yansıtabilirliği yüksek, okyanuslarınki ise düşüktür. Jeotermal ve gelgit enerjisinin etkisi çok küçük olduğundan aşağıdaki hesaplamalarda ihmal edilmiştir.

Öyleyse %30 oranındaki yansıtılan enerji şunlardan oluşur:

Dünya'nın bulutlardan, atmosferden ve yerden yaptığı uzun dalga termal ısısal radyasyonu

Geriye kalan 70% oranındaki enerji ise emilir:

  • %51'lik oran karalar ve sular tarafından şu yollarla emilir:
    • %23 atmosfere suyun buharlaşması ile gizli ısı olarak geri iletilir
    • %7 ısınıp yükselen havayla atmosfere geri iletilir
    • %6 doğrudan uzaya gönderilir
    • %15 radyasyonla atmosfere iletilir, sonra uzaya saçılır
  • %19 atmosfer ve bulutlar tarafından absorbe edilir:
    • %16 uzaya geri saçılır
    • %3 bulutlara iletilir

Dünya ısıl dengedeyken, % 70 emilen aynı miktar yeniden ışıma yapar:

  • %64 bulutlar ve atmosfer tarafından
  • %6 yer tarafından

Antropojenik değişiklik

Sera gazları emisyonu ve karaların kullanımındaki değişiklikler gibi diğer faktörler enerji bütçesini az ama önemli derecede değiştirir. Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli (IPCC) bu etkiyi bilindiği kadarıyla sunar. [2]. Sera gazlarından en çok miktardaki ve en iyi bilineni(CO2, CH4, halokarbonlar vb.) toplamda 2.4 W m−2 bir yükselişe neden olur. Bu miktar toplam giren güneş enerjisinin %1'inden daha azdır, fakat atmosfer ve okyanus sıcaklıklarının yükselmesine katkıda bulunur.

Ayrıca bakınız

Kaynakça

  1. ^ Data to produce this graphic was taken from a NASA publication.

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Metan</span> formülü CH4 olan doymuş hidrokarbon

Metan, kimyasal formülü CH4 (Karbon ve 4 Hidrojen atomu) olan bileşiktir. Normal sıcaklık ve basınçlarda gaz halinde bulunan metan, kokusuzdur. Doğalgazın bir bileşenidir ve önemli bir yakıttır. Oksijenin varlığında bir mol metanın yanmasıyla bir mol karbondioksit ve iki mol su ve 55.5 MJ/kg ısı açığa çıkar:

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2H2O+55.5 MJ/kg
<span class="mw-page-title-main">Atmosfer</span> Bir gök cismini çevreleyen gaz katmanları

Atmosfer, gaz yuvarı veya hava yuvarı herhangi bir gök cisminin etrafını saran ve gaz ile buhardan oluşan tabaka.

<span class="mw-page-title-main">Jeotermal enerji</span> jeotermal kaynaklardan ve bunların oluşturduğu enerjiden doğrudan veya dolaylı yollardan faydalanma

Jeotermal yerkabuğunun çeşitli derinliklerinde birikmiş ısıya verilen genel addır. Jeotermal akışkan ise içerisinde birçok farklı element ve diğer maddeleri içeren sıcak su, buhar ve gazlardır. Jeotermal enerji bu akışkanların sahip olduğu entalpi ve ısının yarattığı enerjinin adıdır. Bu enerji, diğer farklı enerji çeşitlerine çevrilerek ya da direkt ısı enerjisinden faydalanılarak yenilenebilir enerji kaynağı oluşturmaktadır. Jeotermal enerji yeni, yenilenebilir, sürdürülebilir, tükenmez, güvenilir, çevre dostu, yerli ve yeşil bir birincil enerji kaynağıdır. İçinde su bulunmayan sıcak kuru kayalar da jeotermal enerji kaynağıdır.

Watt, SI'de, uluslararası standart güç birimidir.

Yansıtabilirlik ya da Albedo, yüzeylerin yansıtma gücü; veya bir yüzeyin üzerine düşen elektromanyetik enerjiyi yansıtma kapasitesi. Genel olarak güneş ışığını yansıtma kapasitesi için kullanılır. Albedo, cismin yüzey dokusuna, rengine ve alanına bağlı olarak değişir. Elektromanyetik tayfın tümünde veya belirli bir bölümünde hesaplanabilir.

<span class="mw-page-title-main">Yenilenebilir enerji</span> Bir enerji türü

Yenilenebilir enerji, güneş ışığı, rüzgar, yağmur, gelgitler, dalgalar ve jeotermal ısı gibi karbon nötr doğal kaynaklardan elde edilebilen ve insan zaman ölçeğinde doğal olarak yenilenen kaynaklardan elde edilebilen enerjiye denir. Bu kaynaklar güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi, dalga enerjisi, jeotermal enerji, hidrolik enerjisi, biyokütle enerjisi olarak sıralanabilir. Bu tür bir enerji kaynağı, yenilenmekte olduklarından çok daha hızlı kullanılan fosil yakıtların tam tersidir.

<span class="mw-page-title-main">Dünya atmosferi</span> Dünyayı saran gaz tabakası

Atmosfer veya havaküre, Dünya'nın kütleçekimi ile gezegenin çevresini sarmalayan gaz tabakası. Yaklaşık %78'i azot, %21'i oksijen, %0,93 argon, %1 su buharı ve kalan kısmı diğer bazı gazların karışımından oluşmuştur. Bu gaz karışımına genel olarak hava adı verilir. Atmosfer, Dünya'nın kendi ekseni etrafındaki dönüşü nedeniyle kutuplarda ince (alçak), Ekvator'da geniştir.

<span class="mw-page-title-main">Güneş enerjisi</span> Güneşten gelen, çeşitli teknolojilerde kullanılan parlak ışık ve ısı

Güneş enerjisi, kaynağı Güneş olan ısı ve parlak ışıktır. Güneş'in çekirdeğinde yer alan füzyon süreci ile açığa çıkan ışınım enerjisidir. Güneşteki hidrojen gazının helyuma dönüşmesi füzyon sürecinden kaynaklanır. Güneş'in yüzeyinde güneş radyasyonunun yoğunluğu yaklaşık 6,33 x 107 W/m2dir. Dünya atmosferinin dışında Güneş ışınımının şiddeti, aşağı yukarı sabit ve 1370 W/m2 (Watt/m2) değerindedir; ancak yeryüzünde 0-1100 W/m2 değerleri arasında değişim gösterir. Bu enerjinin Dünya'ya gelen küçük bir bölümü dahi, insanlığın mevcut enerji tüketiminden kat kat fazladır. Güneş enerjisinden yararlanma konusundaki çalışmalar özellikle 1970'lerden sonra hız kazanmış, Güneş enerjisi sistemleri teknolojik olarak ilerleme ve maliyet bakımından düşme göstermiş, Güneş enerjisi çevresel olarak temiz bir birincil enerji kaynağı olarak kendini kabul ettirmiştir.

<span class="mw-page-title-main">Sera gazları</span> Atmosferde bulunan ve termal kızılötesi aralıktaki radyasyonu emen ve yayan gaz

Sera gazları, Dünya'nın yüzeyi, atmosferi ve bulutları tarafından yayılan kızılötesi radyasyon spektrumu dahilinde belirli dalga boylarındaki radyasyonu emen ve yayan, atmosferin hem doğal hem de antropojenik gaz hâlindeki bileşenleridir. Bu özellikleri nedeniyle, sera etkisine neden olurlar. Su buharı (H2O), karbondioksit (CO2), nitröz oksit (N2O), metan (CH4) ve ozon (O3) başlıca sera gazlarıdır. Sera gazları olmadan, Dünya yüzeyinin ortalama sıcaklığı mevcut ortalama olan 15 °C yerine yaklaşık -18 °C olurdu.

<span class="mw-page-title-main">Sera etkisi</span> üreteç devrede kullanılan pil piller ve güç kaynakları gibi güç kaynakları

Sera etkisi, bir gezegenin atmosferinden gelen radyasyonun, gezegenin yüzeyini normalden daha yüksek bir sıcaklığa ulaştırarak ısıtması sürecine denir.

<span class="mw-page-title-main">Işınım enerjisi</span>

Işınım enerjisi, elektromıknatıssal dalgaların enerjisidir.

İklim değişiklikleri, bilimsel olarak klimatoloji dalına göre incelenen bir tür atmosferik ya da astronomik değişikliklerdir.

Termosfer, Atmosferin bir tabakasıdır. Yunanca termos: sıcaklık ve sferes: küre kelimelerinden müteşekkildir. Termosfer, Dünya atmosferinde doğrudan mezosferin üzerinde ve ekzosferin altındaki tabakadır.

<span class="mw-page-title-main">Enerji kaynakları</span> enerji elde edilebilen fiziksel veya kimyasal fenomen

Enerji kaynakları, herhangi bir yolla enerji üretilmesini sağlayan kaynaklardır. Dünya üzerindeki enerji kaynakları, klasik ve alternatif kaynaklar olmak üzere ikiye ayrılabilir. Birincil enerji kaynaklarından kullanım oranları; %33,1 petrol, %30,3 kömür, %23,7 doğalgaz, hidrolik ve diğer yenilenebilir %8, nükleer enerji %5.

<span class="mw-page-title-main">Emisyon</span> bir cismin elektromanyetik enerji yayma kapasitesi

Salım ya da emisyon, bir materyalin yüzeyinin nispi olarak radyasyon ile enerji yayma yeteneğidir. Ayrıca emisyon, aynı sıcaklıkta, belirli bir materyalin yaydığı enerjinin, bir kara cisim tarafından yayılan enerjiye oranı olarak da ifade edilmektedir. Bir gerçek nesne için ε < 1 koşulu olduğu zaman, gerçek bir kara cisim için ε = 1'dir. Emisyon boyutsuz bir niceliktir.

<span class="mw-page-title-main">Dünya enerji tüketimi</span> Küresel enerji üretimi ve tüketimi

Dünya enerji tüketimi‭ ‬bütün insan‭ ‬uygarlığı‭ ‬tarafından kullanılan toplam‭ ‬enerji‭yi ‬ifade eder.

<span class="mw-page-title-main">Europa'yı dünyalaştırma</span>

Europa'yı dünyalaştırma Europa uydusunun iklimini insanların yaşaması için uygun hale getirmek için olan varsayımsal süreçtir. Jüpiter'in etrafında çok büyük bir radyasyon kemeri var ancak uzay teknolojisi ile bunun üstesinden gelinebileceği öne sürülüyor. Europa'yı dünyalaştırmak için büyük değişimler gerekecektir:

<span class="mw-page-title-main">Hava sıcaklığı</span>

Hava sıcaklığı, atmosferi oluşturan gaz moleküllerinin ısı enerjisi ile gerçekleşen titreşimlerinin ortaya çıkardığı etki. İklimin en önemli elemanı, diğer elemanlardan nem-yağış ile basınç ve rüzgarın oluşum sebebi.

<span class="mw-page-title-main">Türkiye'de enerji</span>

Türkiye her yıl birincil enerjisi 6 exajoule tüketiyor, kişi başı 20 megawatt saat (MW/s)'ten fazla. Türkiye'de enerji beşte dört'ten fazla fosil yakıtan: %31 petrol, %28 doğalgaz ve %27 kömür(2016 itibarıyla). Türkiye'nin enerji politikası fosil yakıtın ithalatını küçültmek ister, çünkü onlar ithalatın ödemelerinden dörtte biri kapsamaktadır.. Enerjisi kaynaklarının fosil yakıt olması yüzünden Türkiye’den sera gazı emisyonları dünyada ortalama kişi başından daha büyük, yılda kişi başına 6 ton'dan fazla gelmektedir.

Güneşten çıkan enerjiyi %100 olarak kabul ettiğimizde Dünya atmosferine giren ortalama güneş ışığı miktarı, atmosfere giren toplam enerjinin yaklaşık %51'i kadardır. Bu gelen enerjinin diğer kısımları %30'u uzayda yansır ve %19'u atmosfer ve bulutlar tarafından emilir. Yüzeye ulaşan enerjinin, en fazla %33`ü silisyum güneş hücresi tarafından elektrik enerjisine dönüştürülebilmektedir. Bu üst limite, Shockley ve Quiser (SQ) sınırı denmektedir.