Strålningsbalans och växthuseffekt

Energi in och energi ut

Vi vill förstå varför jorden har just den temperatur den har. Då följer vi energin som kommer in till jorden och energin som går ut. Titta på bilden. Solen skickar energi till jorden som solljus. Jorden skickar ut energi mot rymden som värmestrålning. När lika mycket energi går ut som kommer in är det balans, och temperaturen hålls stabil.

Kortvågigt in, långvågigt ut

Solen är mycket het och strålar starkast i synligt ljus. Synligt ljus har korta våglängder, så det kallas kortvågig strålning. Jorden är mycket kallare. Den strålar i stället ut osynlig infraröd värmestrålning med längre våglängder, långvågig strålning. Tryck på knapparna i bilden och jämför de två våglängderna.

Balansen i siffror

Knappt en tredjedel av solljuset reflekteras direkt tillbaka ut i rymden. Resten tar jorden upp, i genomsnitt ungefär 240 W/m². Enheten betyder watt per kvadratmeter, alltså energi varje sekund på varje kvadratmeter. Titta på bilden, där en del av strålarna studsar tillbaka. I balans strålar jorden ut lika mycket mot rymden, alltså också 240 W/m².

Växthuseffekten

Luften runt jorden innehåller växthusgaser, till exempel koldioxid och vattenånga. De släpper igenom solljuset. Men de fångar en del av den långvågiga värmestrålningen på väg ut och skickar en del tillbaka mot marken. Därför blir jordytan varmare än den annars skulle vara. Titta på bilden när reglaget glider upp och atmosfären fångar mer värmestrålning. Utan växthusgaser vore medeltemperaturen omkring −18 °C i stället för +15 °C.

Mer koldioxid rubbar balansen

När vi eldar kol, olja och gas bildas koldioxid. Mer koldioxid i luften förstärker växthuseffekten och rubbar balansen. Tryck på Mer koldioxid i bilden. Först lämnar mindre energi jorden än som kommer in, så energi stannar kvar och jorden värms. Det håller på tills jorden har blivit så varm att den strålar ut lika mycket som kommer in. Då är det balans igen, men vid en högre temperatur.

Ozonlagret är något annat

Många blandar ihop ozonlagret och växthuseffekten. Ozonlagret ligger högt upp i atmosfären och stoppar en del av solens UV-strålning. Tryck på Hål i ozonlagret i bilden. Då kommer mer UV-strålning in, men inte mer värme. Tryck sedan på Värmestrålning. Uppvärmningen kommer av att mer koldioxid håller kvar mer av värmestrålningen från jordytan.

Väder och klimat

Väder är hur det är en viss dag på en viss plats. Klimat är medelvärden av vädret över många år och stora områden. Tryck på Väder i bilden och se hur temperaturen hoppar från dag till dag. Tryck sedan på Klimat. En kall vecka i en stad säger därför lite om klimatet. En lång mätserie av hela jordens medeltemperatur säger mycket mer.

Granska ett påstående

Om klimatet finns många påståenden, och alla är inte lika väl underbyggda. Granska först vem som står bakom påståendet. Kolla sedan vilka mätningar det bygger på. Se till sist efter om andra oberoende källor visar samma sak. Tryck på de tre påståendena i bilden och granska dem.

Sammanfattning

Solen är mycket het och strålar starkast i synligt ljus, som har korta våglängder: kortvågig strålning. Jorden är mycket kallare och strålar i stället ut osynlig infraröd värmestrålning med längre våglängder: långvågig strålning. När lika mycket energi lämnar som kommer in är det balans och temperaturen hålls stabil. Växthusgaser som koldioxid och vattenånga släpper igenom solljuset men fångar en del av den långvågiga värmestrålningen på väg ut. Därför blir ytan varmare än den annars skulle vara. Utan naturlig växthuseffekt vore medeltemperaturen omkring −18 °C i stället för +15 °C.

Mer koldioxid från förbränning av kol, olja och gas förstärker effekten och rubbar balansen. Då stannar mer energi kvar än som lämnar jorden. Det håller på tills en ny, högre temperatur ger balans igen. Ett påstående om klimatet bör bedömas efter vem som står bakom, vilka mätningar det bygger på och om andra oberoende källor visar samma sak.

Ozonlagret och växthuseffekten är två olika saker. Ozonlagret högt upp i atmosfären stoppar en del av solens UV-strålning. Hålet i ozonlagret släpper inte in mer värme och förklarar inte uppvärmningen. Uppvärmningen kommer av att mer koldioxid håller kvar mer av den långvågiga värmestrålningen från jordytan.

Väder är hur det är en viss dag på en viss plats. Klimat är medelvärden av vädret över många år och stora områden. En kall vecka i en stad säger därför lite om klimatet. En lång mätserie av hela jordens medeltemperatur säger mycket mer.

Jorden tar i genomsnitt upp ungefär 240 W/m² solstrålning, det som är kvar när knappt en tredjedel reflekterats tillbaka. I balans strålar jorden ut lika mycket mot rymden. Ökar växthusgaserna hålls mer värme kvar, och jorden värms tills utstrålningen mot rymden åter är 240 W/m².

Vanliga missförstånd

• Många tror: Balans betyder att jorden tar emot mer energi än den strålar ut.

  Men balans betyder att lika mycket energi lämnar jorden som kommer in. Då hålls temperaturen stabil, men kommer mer in än ut blir det varmare.

• Många tror: Växthusgaser reflekterar solljuset.

  Men växthusgaser släpper igenom solljuset. De fångar i stället en del av den långvågiga värmestrålningen från jordytan på väg ut.

• Många tror: En kall vinter eller vecka visar hur klimatet ändras.

  Men väder är hur det är en viss dag på en viss plats, och klimat är medelvärden över många år. Det är långa mätserier av jordens medeltemperatur som visar klimatet.

Källor

1. Växthuseffekten (kortvågig strålning in, långvågig ut), SMHI
2. Snabb uppvärmning pågår (cirka 1,4 °C sedan 1800-talet), SMHI
3. Climate and Earth's Energy Budget (240 W/m²; ytan cirka 15 °C tack vare växthuseffekten), NASA Earth Observatory
4. AR6 Climate Change 2021: The Physical Science Basis, IPCC
5. Ozone layer (tar upp det mesta av solens UV-strålning), Wikipedia (engelska)
6. Kursplan i fysik, Lgr22, Skolverket