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L'atmosfera è riscaldata da numerosi processi complessi, ma la fonte di quasi tutto il riscaldamento atmosferico è il sole. A livello locale, l'aria può essere riscaldata da processi che non dipendono direttamente dal sole, come eruzioni vulcaniche, fulmini, incendi boschivi o attività umane, come la produzione di energia e l'industria pesante, ma queste fonti di calore sono insignificanti rispetto alle radiazioni solari.
Il Sole
Il sole irradia energia in tutte le direzioni sotto forma di calore, luce e radiazione. Questa energia è in grado di riscaldare oggetti a distanze incredibili. Il riscaldamento solare si verifica quando la radiazione solare colpisce una molecola di materiale e viene assorbita. La radiazione solare colpisce materiali riflettenti e la riflette via senza assorbire molto calore. I materiali trasparenti consentono il passaggio della radiazione solare senza lo scambio di calore.
L'atmosfera
L'atmosfera terrestre è riflettente o trasparente, a seconda della lunghezza d'onda della radiazione che incontra. Di conseguenza, l'atmosfera riceve poco calore diretto dalla radiazione solare. L'energia solare viene riflessa nello spazio o lasciata passare senza che la sua energia venga assorbita. Più energia viene riflessa da nuvole e composti chimici, come l'ozono. Solo circa il 54 percento dell'energia del sole passa attraverso l'atmosfera per raggiungere la superficie.
La terra
Una volta che la radiazione solare raggiunge la superficie terrestre, il suolo e i corpi idrici assorbono quasi tutto. Solo circa il 4 percento si riflette nello spazio. Assorbendo l'energia solare, queste superfici si riscaldano. Gli oggetti caldi iniziano a irradiare radiazioni infrarosse a onde lunghe. Senza l'atmosfera, questa energia si irradierebbe nello spazio.
L'effetto serra
A causa della composizione chimica dell'atmosfera terrestre, la maggior parte della radiazione infrarossa emessa dalla superficie calda non raggiunge mai lo spazio. Invece la radiazione viene riflessa o assorbita da composti noti come gas serra. Quando questi composti assorbono la radiazione infrarossa dalla superficie, l'atmosfera si riscalda. L'energia riflessa verso la terra riscalda ulteriormente la superficie, facendo sì che la terra emetta più radiazioni infrarosse. Questo crea un ciclo che mantiene calda l'atmosfera e la superficie.