地球一直在吸收太阳能，为什么还会能量守恒？

樱花283

地球一直在吸收太阳能，为什么还会能量守恒？

街充骨万怎

题主的一切疑问都源于概念不明。
能量守恒定律，一般表述为：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变。也可以表述为：一个系统的总能量的改变只能等于传入或者传出该系统的能量的多少。总能量为系统的机械能、内能（热能）及除机械能和内能以外的任何形式能量的总和。
如果一个系统处于孤立环境，即不可能有能量或质量传入或传出系统。对于此情形，能量守恒定律表述为：“孤立系统的总能量保持不变。”
<hr/>在题设中已经明确了地球不是一个孤立系统，所以问题的答案已经写在了题目中。
对于本题这种把大门钥匙藏在门口地毯下面还找开锁公司的行为，我表示确实比今年春晚的语言类节目好看。

风残殒落殒d

有热量吸收，就会有热量流失。

热量传递的传递方式，主要分成三种：

• 热传导：热传导依赖于物体的直接接触，而地球“悬浮”在真空中。
  
• 热对流：流体的流动带走热量，地球大气流失速度其实很缓慢。
  
• 热辐射：任何有温度的物体，都会通过电磁波辐射热量。
  

所以地球上的热量流失，前两者极低，主要通过热辐射向宇宙释放。
绝大多数人之所以能直观地知道太阳在源源不断释放热量，而感觉不到地球在释放热量，本质上是因为——可见光。
地球生命向阳而生，阳光的热量，总是让我们的眼睛最为敏感。
用眼睛捕捉阳光的温度，是绝大多数动物的本能。
但其实，宇宙中的温度跨度，从0K到亿亿亿K，我们眼睛所能看到的可见光段，仅仅只是很狭窄的区域。


可见光段，主要由数百K~1万多K物体所释放的电磁波。
在宇宙中，具有这个温度区间的主要物体，正是——恒星。


人类只能看到太阳的光谱，这一切，早已经被演化安排得明明白白。


虽然我们看不到地球在发光，但就像我们的身体在不断释放红外线一样，地球实质也在不断“发光”，主要向宇宙辐射红外线，释放自己的热量。
如果没有阳光，地球的温度将会很低很低。
地球内部的热量，主要来源有两种。

• 1、释放了46亿年，早期形成时，引力势能所转化的热能，占了20%。
  
• 2、地球内部存在铀-238、铀-235、钍-232和钾-40等，不停衰变放热，占80%。
  

地球内热的总功率为：4.42×10^13W
地球的表面积约为5.1亿平方公里，单位面积功率为：
0.866W/m2。
也即，如果没有太阳照射，地球单位面积将会以0.866W的功率缓慢释放热量。
热辐射通过斯特藩-玻尔兹曼定律进行计算。

• 为辐射系数，黑体为1，地球并非完全黑体，取值0.97
  
• 为斯特藩-玻尔兹曼常量，取值
  
• 为热力学温度
  

在极低温度下，地球上不会存在气态的大气，空气和水都会形成厚厚的冰层，形成雪球地球，没有了大气这个羽绒服，热量直接向宇宙中释放。地表大量冰层的存在，也是辐射系数取值为0.97的原因。
求得：

也即，如果没有太阳，地表的温度仅仅只有-210℃左右。
如果此时我们突然给地球加上太阳辐射会发生什么？
太阳常数为1367W/m2。

太阳常数——大气顶界垂直于太阳光线的单位面积每秒钟接受的太阳辐射。

此时阳光直接照射道地面，通过前面的辐射公式，我们可以求得，太阳直射面热平衡时温度高达：
397K
也即124℃，超过100℃了。
之所以温度不会继续上升，正是因为在这个温度下，地球向宇宙释放的热量就已经达到1367W/m2。没有更多的热量让它升温。
此时的地球其实就如同一个炼狱世界，不考虑自转时，一个半球的最高温度高达100多摄氏度，另一个半球的最低温度却低至零下200℃。
这个温度差和月球的状态，其实十分的相似。考虑到雪球地球对光的反射，其实温度还会更低。
然而随着温度的升高，固体的氧气和氮气再次气化成为大气层，地球穿上了一层厚厚的羽绒服。
同时还会融化成海洋，海水的高比热容，让他在白天吸收足够的热量，让地表不至于太热。晚上释放热量，让地表不至于太冷。再加上大气的流动，地球的转动，让地表昼夜温差缩小。
对于任何一个圆，横截面积是地表面积的1/4。
那么可得，在不考虑大气的时候，地表平均温度为：
280K
也即，仅仅只有7℃。
地球大气和海洋的存在，还会反射34%的阳光。
这样算出来，平均温度甚至低至253K。
也即，温度低至-20℃。
但地球的平均温度有14℃。
为什么计算温度会比实际温度低了足足34℃？多的热量哪里来的？
差异这么大，正是因为地球身上羽绒服的保暖作用。
多余的热量，本质上是地球辐射出去的热量，被大气吸收后，再次逆辐射回来。而且可以通过反复逆辐射，相对持久地保持热量。
夏日闷热天气，主要便是在于厚云层造成的大气逆辐射。
总之，地球就像一个穿着羽绒服，在冬天烤火的人。
他有着自己的体温（地热），但这点热量相对于绝对零度，实在是太少了。
所以他还需要烤火（太阳辐射），如果直接这样烤火，被烤的一面温度会太高，没烤到的一面温度会太低。
所以他不停地旋转分摊热量，然后还穿上了一件厚厚的羽绒服（大气）。
这件羽绒服对于地球今天的热平衡，可谓是功不可没。
地球一直在吸收太阳能，之所以还会能量守恒，本质就是地球也和太阳一样在不断辐射热量。其它的各方面原因，则是决定了具体平衡温度的位置。

东篱585

你说的这个不叫能量守恒，而是能量收支平衡。
能量收支平衡是指，太阳一直给地球能量，地球的温度（能量）却没有持续上升，而是维持在一个稳定的范围内。原因是除了吸收能太阳的热能外，地球还会向空旷的宇宙辐射出自己的热量。能量有收入，也有支出，因此整体上保持在稳定的范围。
能量并非理所应当的收支平衡，完全可能出现持续增长/减少的情况。但地球的温度（热能）正常情况下是个负反馈调节系统。地球吸收的太阳能多了，温度就会升高，而温度升高又会提高地球本身的热辐射，从而加快散热速度，反过来降低温度，直到吸热=散热为止。
当然实际情况远比这复杂，存在很多其他需要考虑的因素。例如冰雪对阳光的反射效率很高，会降低地球吸收太阳能的速度，从而导致降温，而降温又会加大冰雪的覆盖面积，从而进一步降温。这就变成一个正反馈系统了。除此之外，一些温室气体（例如水蒸气）的浓度会随温度上升而增加，这也有可能打破负反馈调节，带来持续的升温。
能量守恒则是另一个意思，太阳给地球1点能量，地球的能量+1。如果给2点，能量就+2。给n点就+n。同样的，地球向外流失n点能量，能量就-n。
能量守恒关键在于没有中间商赚差价，收1点能量到账就是1点能量。至于你收了多少，支出多少，总的能量是持续增加，是持续减少，还是维持不变，这些能量守恒是不管的。

茹蕙zx

下图是地球表面的热平衡图。太阳辐射、大气辐射、地面辐射三者处于平衡状态。





#####################
补充：题目应该是“地球一直在吸收太阳能，为什么还会温度不变“，而不是“能量守恒”。地球处于辐射平衡，就是说吸收的和放出的热量差不多。但能量守恒不能这么用。能量守恒定律是指在一个封闭/孤立系统中，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变[1]。能量也不仅仅是热能（内能），它是系统的机械能、热能以及除二者以外的所有形式能量的总和。