การแลกเปลี่ยนรังสีความร้อนและการถ่ายเทพลังงานความร้อนบนโลกของเรา

           โลกได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์โดยมีลักษณะของการส่งถ่ายความร้อนที่เป็นพลังงานรูปแบบหนึ่งและสามารถถ่ายโอนไปสู่อีกที่หนึ่งได้ รูปแบบการส่งถ่ายความร้อนที่สำคัญมี 3 ลักษณะ ได้แก่ การแผ่รังสี (Radiation) เป็นกระบวนการที่ความร้อนจากดวงอาทิตย์แผ่มายังโลก ทำให้มีความร้อนขึ้นโดยตรงโดยที่ ไม่ต้องอาศัยตัวกลาง เป็นการที่ดวงอาทิตย์ส่งผ่านพลังงานความร้อนมายังโลกโดยตรง เปรียบเทียบได้กับการที่เรานั่งใกล้กองไฟ เราจะรู้สึกได้ถึงการแผ่รังสีความร้อนจากกองไฟมาสู่ร่างกายเราโดยตรง ทำให้ร่างกายรู้สึกอบอุ่น เป็นต้น การนำ (Conduction) เป็นลักษณะของการถ่ายโอนความร้อนตามโมเลกุลที่อาศัยตัวกลางของวัตถุ เช่น เมื่อเรา เติมน้ำร้อนลงไปในถ้วยกาแฟ ถ้วยกาแฟจะมีอุณหภูมิสูงขึ้น เนื่องมาจากการนำความร้อนของน้ำร้อนผ่านโมเลกุลของน้ำไปยังถ้วยกาแฟจึงทำให้ถ้วยกาแฟมีอุณหภูมิสูงขึ้น การพา (Convection) เป็นกระบวนการเคลื่อนที่ของความร้อนจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งที่ต้องอาศัยตัวกลางเป็นสื่อ ในการพาความร้อน โดยความร้อนเคลื่อนที่ไปกับโมเลกุลของวัตถุ เช่น การต้มน้ำในกาจะค่อยๆ มีอุณหภูมิสูงขึ้นเนื่องจากการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของน้ำจนกลายเป็นไอ ซึ่งมีความร้อนสูงและลอยขึ้นข้างบน ส่วนที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าจะเคลื่อนที่ลงล่างหมุนเวียนกันไป การพาความร้อนในบรรยากาศของโลกมีส่วนช่วยให้ความร้อนกระจายจากบริเวณศูนย์สูตร ไปยังขั้วโลก และจากบริเวณผิวพื้นขึ้นไปในแนวดิ่ง หรือไปในแนวผิวพื้นซึ่งเราเรียกว่าลม เป็นต้น

จากการพาความร้อนของน้ำ จะทำให้เกิดการกระจายความร้อนลงไปในระดับล่างๆ 

ทำให้น้ำร้อนขึ้นทีละน้อย ส่วนพื้นดินจะไม่เกิดการปั่นป่วนได้เลยเพราะดินเป็นของแข็ง

จากการพาความร้อนของน้ำ จะทำให้เกิดการกระจายความร้อนลงไปในระดับล่างๆ 

ทำให้น้ำร้อนขึ้นทีละน้อย ส่วนพื้นดินจะไม่เกิดการปั่นป่วนได้เลยเพราะดินเป็นของแข็ง

           ปัจจัยที่มีผลต่อการรับพลังงานความร้อนจากดวงอาทิตย์ พลังงานความร้อนที่ถูกส่งผ่านมายังโลกมีปริมาณที่แตกต่างกันไปตามเงื่อนไขและปัจจัย คือ ระยะเวลา เช่น จำนวนชั่วโมง วัน เดือน ของแสงที่ส่องมายังโลก ถ้าระยะเวลานานก็ย่อมได้รับพลังงานความร้อนมากขึ้น มุมของแสดงอาทิตย์ที่ตกกระทบ มุมที่แสงส่องสูงรังสีที่ส่งผ่านมาจะยิ่งเป็นแนวตรงและทำให้ได้รับพลังงานความร้อนสูง ระยะห่างระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ ถ้าระยะห่างระหว่างโลกและดวงอาทิตย์มากโลกจะได้รับพลังงานความร้อนน้อยกว่าระยะห่างที่มีค่าน้อย พลังงานความร้อนที่โลกได้รับจากดวงอาทิตย์จะไม่ได้รับเต็มที่ 100 เปอร์เซ็นต์ แต่จะเกิดการสูญเสียพลังงานความร้อน โดยกระบวนการ การกระจาย (Scattering) เป็นกระบวนการที่อนุภาคเล็กๆ และโมเลกุลของก๊าซในอากาศมีการแพร่ กระจายในส่วนที่การแผ่รังสีตกกระทบได้ทุกทิศทาง การกระจายรังสีของดวงอาทิตย์ที่เห็นได้เด่นชัด คือ สีน้ำเงินของท้องฟ้า เนื่องจากคลื่นแสงที่ส่องผ่านมาตกกระทบกับโมเลกุลของอากาศ และเกิดการกระจายออกไปในทุกทิศทาง แต่ที่เห็นท้องฟ้าเป็นสีน้ำเงินเนื่องมาจาก สีน้ำเงินของสเปกตรัม (Spectrum) ซึ่งเป็นความยาวคลื่นแสงที่สั้นกว่าสีอื่นๆ จะกระจายได้ดีกว่า เราจึงเห็นท้องฟ้าเป็นสีน้ำเงินนั่นเอง ส่วนในเวลาที่พระอาทิตย์ขึ้นและตก ท้องฟ้าจะมีสีแสดถึงสีแดง เนื่องจากแสงส่องผ่านเฉียงเข้ามาสู่บรรยากาศ การกระจายของความยาวคลื่นแสงที่เห็นได้ดีก็คือสีแสด และสีแดง นั่นเอง การดูดกลืน (Absorption) หมายถึง กระบวนการแผ่รังสีที่ตกกระทบไปยังสสาร ส่วนหนึ่งของรังสี จะคงอยู่ในสสาร อีกส่วนหนึ่งจะเปลี่ยนรูปเป็นพลังงานรูปอื่น การดูดกลืนรังสีของดวงอาทิตย์มีผลต่อภาวะอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไป เช่น ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ จะดูดกลืนรังสีอินฟาเรด (Infrared) ส่งผลต่อภาวะอุณหภูมิที่สูงขึ้นทำให้เกิดภาวะอุณหภูมิเรือนกระจกของโลกได้ การสะท้อน (Reflection) การสะท้อนเกิดขึ้นเมื่อรังสีดวงอาทิตย์ตกกระทบกับวัตถุ และถูกสะท้อน จากพื้นผิว การสะท้อนจะแตกต่างกันไปตามพื้นผิว สี และวัสดุต่างๆ ตลอดจนมุมตกกระทบของแสงด้วย เช่น สีขาวจะสะท้อนแสงได้ดีกว่าสีดำ เป็นต้น            การรับและส่งถ่ายพลังงานความร้อนของพื้นดินและพื้นน้ำ การรับและส่งถ่ายพลังงานความร้อนของพื้นดินและพื้นน้ำ เมื่อโลกได้รับพลังงานความร้อน ร้อนจากดวงอาทิตย์ แต่พื้นผิวโลกมีทั้งส่วนที่เป็นพื้นดินและพื้นน้ำจึงทำให้เกิดความแตกต่างระหว่างพื้นดินกับพื้นน้ำนั่นก็คือ ความสามารถในการรับและคายความร้อนระหว่างพื้นดินและพื้นน้ำมีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน เมื่อโลกได้รับพลังงานความร้อนจากดวงอาทิตย์ พื้นดินจะร้อนได้เร็วและร้อนได้มากกว่าพื้นน้ำ แต่เมื่อเกิดการคายความร้อน พื้นดินจะคายความร้อนได้ดีกว่าพื้นน้ำ สาเหตุดังกล่าวเกิดจาก ความร้อนจำเพาะของน้ำสูงกว่าพื้นดิน (ความร้อนจำเพาะ หมายถึง ปริมาณความ ร้อนซึ่งทำให้วัตถุนั้นมีอุณหภูมิสูงเพิ่มขึ้น 1 องศาเซลเซียสต่อมวล 1 กรัม) ดังนั้นเมื่อดินและน้ำได้รับพลังงานความร้อนในปริมาณที่เท่ากันน้ำจะร้อนได้ช้ากว่าดิน เช่น ถ้าน้ำมีความร้อนจำเพาะเป็น 1 ส่วน ดินจะมีความร้อนจำเพาะน้อยกว่า 0.5 ความโปร่งแสง น้ำเป็นสสารที่มีความโปร่งแสง ส่วนดินทึบแสง และดวงอาทิตย์สามารถส่องทะลุน้ำได้ดีกว่าพื้นดิน และความร้อนสามารถแพร่กระจายได้ดีในน้ำมากกว่าดิน จึงทำให้น้ำร้อนช้ากว่าดิน แต่น้ำจะร้อนได้ทั่วถึงกว่าดินซึ่งดินจะร้อนแต่เฉพาะผิวหน้าเท่านั้น และการปั่นป่วน เกิดจากการเคลื่อนไหวของน้ำ กระแสน้ำ การเกิดน้ำขึ้น น้ำลง และเกิดจากการพาความร้อนของน้ำ จะทำให้เกิดการกระจายความร้อนลงไปในระดับล่างๆ ทำให้น้ำร้อนขึ้นทีละน้อย ส่วนพื้นดินจะไม่เกิดการปั่นป่วนได้เลยเพราะดินเป็นของแข็ง