ตามธรรมชาติ พลังงานความร้อนสามารถถ่ายเทจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งได้ ทั้งแบบใช้และไม่ใช้ตัวกลางในการถ่ายเท ซึ่งนักวิทยาศาสตร์แบ่งกลไก การถ่ายเทความร้อน (heat transfer) ออกเป็น 3 ประเภท คือ การถ่ายเทความร้อน
เพิ่มเติม : แผ่นเปลือกโลก และกลไกการเคลื่อนที่ ในกรณีของ อากาศภาค (atmosphere) กลไกการถ่ายเทความร้อนในบรรยากาศจะอยู่ในรูปของ 1) การแผ่รังสี (radiation) และ 2) การพาความร้อน (convection) โดยดวงอาทิตย์ถ่ายเทพลังงานความร้อนมาสู่โลกด้วยวิธีการแผ่รังสี (คลื่นสั้น) พื้นผิวโลกและบรรยากาศดูดกลืนรังสีแต่ละชนิด แล้วแผ่รังสีที่มีความยาวคลื่นยาวกว่าออกมา เมื่อน้ำและอากาศได้รับพลังงานความร้อน จะเคลื่อนที่ด้วยการพาความร้อน ทำให้เกิดการหมุนเวียนของอากาศและน้ำของโลก ตัวอย่างการพาความร้อนที่เกิดขึ้นในธรรมชาติได้แก่ 1) การหมุนเวียนของเหล็กเหลวในแก่นโลกชั้นนอก 2) แถบสายพานยักษ์ (Great Conveyor Belt) ของกระแสน้ำลึกในมหาสมุทร ช่วยระเหยน้ำ ตั้งต้นให้เกิด 3) วัฏจักรน้ำบนพื้นผิวโลก 4) กระแสลมและความกดอากาศ เป็นต้น การหมุนเวียนของกระแสน้ำในระดับลึก เรียกกว่า แถบสายพานยักษ์ (Great Conveyor Belt) (ที่มา : www.nasa.gov)พลังงานความร้อนที่พื้นผิวโลก ส่วนใหญ่มาจาก 1) การแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ และบางส่วนเพียงเล็กน้อยมาจาก 2) พลังงานความร้อนภายในโลกวัฏจักรอุทกวิทยา (hydrological cycle) การแผ่รังสีดวงอาทิตย์ (solar radiation)การแผ่รังสีดวงอาทิตย์ (solar radiation) เป็นการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งอธิบายได้ด้วยเรื่อความยาวและความถี่ของคลื่น โดยโลกรับรังสีจากดวงอาทิตย์ในสัดส่วนที่แตกต่างกันในแต่ละช่วงคลื่น ประมาณ 99% ของรังสีดวงอาทิตย์ที่ส่งมายังโลกอยู่ในช่วงความยาวคลื่น 0.15-4.0 ไมครอน บางครั้งเลยเรียกว่า การแผ่รังสีคลื่นสั้น (short-wave) เช่น 1) ความยาวคลื่นที่ตามองเห็น 45% 2) ความยาวคลื่นใกล้อินฟาเรด 46% 3) รังสีอุลตร้าไวโอเลต 9% เป็นต้น โดยเมื่อโลกแผ่รังสีมายังพื้นผิวโลก จะเกิดปรากฏกาณ์ 3 แบบ คือ อินฟาเรด (infared) และ แสงที่ตามองเห็น (visible light) มีมากกว่า 90% ของการแผ่รังสีแสงอาทิตย์ที่พื้นผิวของโลก
**** เพราะมหาสมุทร มีแอลบีโดเพียง 5% จึงเป็นแหล่งดูดซับพลังงานความร้อนจากดวงอาทิตย์ได้ดี ก่อให้เกิดการหมุนเวียนของกระแสน้ำในมหาสมุทร รวมทั้งการระเหยเป็นไอ สร้างวัฏจักรของน้ำบนโลก อุณหภูมิของน้ำในมหาสมุทร (OC) โดยอุณหภูมิของน้ำทะเลจะแตกต่างกันในแต่ละพื้นที่ ขึ้นอยู่กับปริมาณรังสีที่ดูดกลืนได้จาก การแผ่รังสีดวงอาทิตย์ (solar radiation) พื้นที่ใกล้เส้นศูนย์สูตรมีอุณหภูมิโดยเฉลี่ยประมาณ 27 องศาเซลเซียส และลดลงที่ละติจูดห่างจากจุดศูนย์สูตรการแผ่รังสีของโลก (terrestrial radiation)รังสีคลื่นสั้นที่แผ่มาจากดวงอาทิตย์ ทำให้ผิวโลกมีอุณหภูมิเฉลี่ย 15 องศาเซลเซียส ทำให้โลกสามารถแผ่รังสีกลับเป็น รังสีคลื่นยาว 4.0-80 ไมครอน เรียกว่า การแผ่รังสีจากโลก (terrestrial หรือ long-wave radiation) โดยโลกแผ่รังสีมากที่สุดที่ความยาวคลื่น 10 ไมครอน (อินฟาเรด) ส่วนการแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์ประมาณ 0.5 ไมครอน (ช่วงแสงที่ตามองเห็น) ดังนั้นวัสดุที่ดูดซับการแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์ ได้น้อย แต่อาจดูดซับ การแผ่รังสีจากโลก ได้ดี ก๊าซแต่ละชนิดในบรรยากาศ สามารถดูดซับการแผ่รังสีจากโลก (terrestrial radiation) ในช่วงคลื่นแตกต่างกัน และปล่อยให้บางช่วงคลื่นผ่านไปได้ เช่น ก๊าซโอโซน (ozone) สามารถดูดรังสีอินฟาเรดได้ปานกลางในช่วงความยาวคลื่น 9.6-15 ไมครอน ส่วนไอน้ำและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เป็นตัวดูดซับการแผ่รังสีจากโลกที่สำคัญ โดยสามารถดูดซับรังสีจากโลกได้เกือบทุกความยาวคลื่น ยกเว้นช่วงคลื่นประมาณ 8-13 ไมครอน ที่สามารถผ่านทั้งไอน้ำ และ คาร์บอนไดออกไซด์ไปได้ และนักวิทยาศาสตร์เรียกช่วงว่างตรงนี้ว่า หน้าต่างบรรยากาศ (atmospheric window) ดังนั้นในช่วงเวลาที่มีเมฆมาก เมฆสามารถสะท้อนรังสีจากโลกได้น้อย แต่จะสะท้อนการแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์ได้ดี ซึ่งผลจากการดูดซับรังสีจากโลก ทำให้ไอน้ำ ก๊าซคาร์บอนไซค์และเมฆอุ่นขึ้น เป็นผลให้สามารถเปล่งรังสีคลื่นยาวได้ด้วยตัวของมันเอง บางส่วนของพลังงานนี้กลับไปยังผิวโลก ซึ่งได้รับทั้งรังสีคลื่นสั้นจากดวงอาทิตย์และรังสีคลื่นยาวจากบรรยากาศ หน้าต่างบรรยากาศ (atmospheric window) (ที่มา : www.weather.gov)จากการรวบรวมข้อมูลหลักฐานและเฝ้าติดตามของนักวิทยาศาสตร์ พบว่าในช่วง 2-3 ศตวรรษ ที่ผ่านมา อุณหภูมิเฉลี่ยของโลกอยู่ที่ประมาณ 15 องศาเซลเซียส บ่งชี้ว่าโลกยังมีความสมดุลย์ในเรื่องของการรับเข้า และแผ่กระจายออกของรังสีหรือความร้อน โดยรังสีดวงอาทิตย์ที่โลกรับเข้ามา จะถูกเปลี่ยนไปเป็นพลังงานความร้อน ทำให้อุณหภูมิของผิวโลกกับบรรยากาศสูงขึ้น เป็นพลังงานสำหรับการหมุนเวียนของบรรยากาศและมหาสมุทร และเปลี่ยนเป็นพลังงานรูปแบบต่างๆ บนโลก ซึ่งจากความจริงที่ว่า ความร้อนหรือรังสีที่โลกได้รับจากดวงอาทิตย์ จะถูกถ่ายเทจากพื้นที่ละติจูดต่ำไปหาละติจูดสูง ดังนั้น ทั้งบรรยากาศและมหาสมุทรจึงมีส่วนสำคัญในการขนส่ง ถ่ายเทพลังงานเหล่านี้ ในที่สุด พลังงานดวงอาทิตย์ที่ถูกดูดโดยระบบบรรยากาศโลก ก็จะแผ่รังสีกลับไปยังอวกาศโดยแผ่ออกในปริมาณเดียวกันที่ได้รับ |