كم يبلغ إجمالي الطاقة الشمسية التي يقوم الغلاف الجوي والمحيطات والكتل الأرضية بامتصاصها؟
يستقبل كوكب الأرض 174 بيتا واط من الإشعاعات الشمسية القادمة إليه (الإشعاع الشمسي) عند طبقة الغلاف الجوي العليا.[1] وينعكس ما يقرب من 30% من هذه الإشعاعات عائدة إلى الفضاء بينما تُمتص النسبة الباقية بواسطة السحب والمحيطات والكتل الأرضية. ينتشر معظم طيف الضوء الشمسي الموجود على سطح الأرض عبر المدى المرئي وبالقرب من مدى الأشعة تحت الحمراء بالإضافة إلى انتشار جزء صغير منه بالقرب من مدى الأشعة فوق البنفسجية.[2] تمتص مسطحات اليابسة والمحيطات والغلاف الجوي الإشعاعات الشمسية، ويؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة حرارتها. يرتفع الهواء الساخن الذي يحتوي على بخار الماء الصاعد من المحيطات مسبباً دوران الهواء الجوي أو انتقال الحرارة بخاصية الحمل في اتجاه رأسي. وعندما يرتفع الهواء إلى قمم المرتفعات، حيث تنخفض درجة الحرارة، يتكثف بخار الماء في صورة سحب تمطر على سطح الأرض، ومن ثم تتم دورة الماء في الكون. تزيد الحرارة الكامنة لعملية تكثف الماء من انتقال الحرارة بخاصية الحمل، مما يؤدي إلى حدوث بعض الظواهر الجوية، مثل الرياح والأعاصير والأعاصير المضادة.[3] وتعمل أطياف ضوء الشمس التي تمتصها المحيطات وتحتفظ بها الكتل الأرضية على أن تصبح درجة حرارة سطح الأرض في المتوسط 14 درجة مئوية.[4] ومن خلال عملية التمثيل الضوئي الذي تقوم به النباتات الخضراء، يتم تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية، مما يؤدي إلى إنتاج الطعام والأخشاب والكتل الحيوية التي يُستخرج منها الوقود الحفري.
إن الإشعاعات المتلقاه يتم توزيعها بشكل غير متساو على الكوكب لأن الشمس تسخن المناطق الإستوائية بشكل أكبر من المناطق القطبية. يعمل الغلاف الجوي والمحيطات بدون أي توقف لحفظ التوازن الحراري للشمس من أي اختلال وذلك من خلال تبخر مياه السطح، والأمطار والرياح، ودوران المحيطات. إن الأرض قريبة جدا من أن تكون -ولكنها ليست مثالية- في حالة توازن إشعاعي، وهي الحالة التي يتم فيها موازنة الطاقة الشمسية الواردة من خلال تدفة حرارة متساوية إلى الفضاء وتحت هذا الشرط ستكون درجة الحرارة العالمية مستقرة نسبيًا. وعلى الصعيد العالمي يمتص النظام الأرضي -سطح الأرض والمحيطات والغلاف الجوي- على مدار العام مايعادل حوالي 24وات من الطاقة الشمسية لكل متر مربع ثم يشعه إلى الفضاء مرة أخرى. أي شئ يزيد أو يقلل من كمية الطاقة الواردة أو المنبعثة سوف يغير درجات الحرارة العالمية. مع ذلك يعتمد توازن طاقة الأرض وتدفق الحرارة على العديد من العوامل مثل تكوين الغلاف الجوي، والوضاءة لخواص السطح، والغطاء السحابي، والنباتات، وأنماط استخدام الأرض.