อัลบีโด
เป็นที่ทราบดีว่า พื้นผิวของวัตถุสีดำดูดกลืนรังสีได้ดีกว่าวัตถุสีขาว ถ้าเรายืนเท้าเปล่าบนพื้นสีดำเราจะร้อนกว่ายืนบนพื้นสีขาว ทั้งนี้เป็นเพราะพื้นผิวสีขาวสะท้อนแสงดีกว่าพื้นสีดำ หรือกล่าวอีกอย่างหนึ่งว่า พื้นผิวสีดำดูดกลืนรังสีได้ดีกว่าพื้นผิวสีขาว เราเรียกความสามารถในการสะท้อนแสงของพื้นผิวว่า “อัลบีโด” (Albedo)
อัลบีโด เป็นอัตราส่วนเปรียบเทียบค่าการสะท้อนแสงของพื้นผิว กับ ปริมาณรังสีทั้งหมดที่ตกกระทบ มักแสดงด้วยตัวเลขทศนิยมระหว่าง 0 – 1 กล่าวคือ วัตถุที่มีการดูดกลืนรังสีอย่างสมบูรณ์ ไม่มีการสะท้อนรังสีกลับคืนเลยจะมีอัลบีโด = 0 ส่วนวัตถุที่มีการสะท้อนแสง 100% และไม่มีการดูดกลืนรังสีเลยมีอัลบีโด = 1
โลกของเรามีพื้นผิวที่ถูกปกคลุมด้วยวัสดุหลายชนิด (Landcover types) ซึ่งมีคุณสมบัติในการสะท้อนแสงแตกต่างกัน เมฆและแผ่นน้ำแข็งมีสีขาวมีอัลบีโดสูง สามารถในสะท้อนพลังงานความร้อนจากดวงอาทิตย์กลับคืนสู่อวกาศได้ดี ทำให้พื้นผิวโลกมีอุณหภูมิต่ำ ขณะที่พื้นดินและป่าไม้มีสีเข้มมีอัลบีโดต่ำมีคุณสมบัติในการดูดกลืนรังสีจากดวงอาทิตย์ทำให้พื้นผิวโลกมีอุณหภูมิสูง ส่วนพื้นผิวน้ำจะสะท้อนแสงได้ดีเวลาที่แสงอาทิตย์ตกกระทบในมุมลาด และจะดูดกลืนแสงอาทิตย์ได้ดีในมุมสูง ดังนั้นสัดส่วนของสิ่งปกคลุมพื้นที่ (Landcover) แต่ละชนิดจึงเป็นกลไกสำคัญในการควบคุมอุณหภูมิพื้นผิวของโลก
แสดงค่าอัลบีโดของสิ่งปกคลุมพื้นผิวแต่ละชนิด สิ่งปกคลุมพื้นผิวโลกสามารถเปลี่ยนแปลงได้ทั้งโดยธรรมชาติและโดยฝีมือมนุษย์ การเปลี่ยนแปลงสิ่งปกคลุมพื้นผิวโดยธรรมชาติ ได้แก่ กระบวนการธรณีแปรสัณฐาน การเปลี่ยนแปลงทิศทางของกระแสน้ำในมหาสมุทร และการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ ปรากฏการณ์เหล่านี้มักเกินขึ้นอย่างช้าๆ เป็นเวลานานหลายศตวรรษ
ส่วนการเปลี่ยนแปลงโดยฝีมือมนุษย์ได้แก่ การตัดไม้ทำลายป่า การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของบรรยากาศอันจะนำมาซึ่งปรากฏการณ์โลกร้อน ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้ภายในระยะเวลาอันสั้น และสิ่งที่น่ากลัวที่สุดคือ ถ้าเราเปลี่ยนแปลงสิ่งปกคลุมพื้นผิวที่มีอัลบีโดสูงให้เป็นอุณหภูมิต่ำ เช่น การทำให้แผ่นน้ำแข็งขั้วโลกละลายเป็นน้ำในมหาสมุทร อุณหภูมิของโลกจะสูงขึ้นอย่างรวดเร็วยิ่งขึ้นไปอีก น้ำแข็งก็จะละลายมากขึ้น ทำให้ระดับน้ำในมหาสมุทรก็จะยิ่งสูงขึ้นไปอีก
เป็นที่ทราบดีว่า พื้นผิวของวัตถุสีดำดูดกลืนรังสีได้ดีกว่าวัตถุสีขาว ถ้าเรายืนเท้าเปล่าบนพื้นสีดำเราจะร้อนกว่ายืนบนพื้นสีขาว ทั้งนี้เป็นเพราะพื้นผิวสีขาวสะท้อนแสงดีกว่าพื้นสีดำ หรือกล่าวอีกอย่างหนึ่งว่า พื้นผิวสีดำดูดกลืนรังสีได้ดีกว่าพื้นผิวสีขาว เราเรียกความสามารถในการสะท้อนแสงของพื้นผิวว่า “อัลบีโด” (Albedo)
อัลบีโด เป็นอัตราส่วนเปรียบเทียบค่าการสะท้อนแสงของพื้นผิว กับ ปริมาณรังสีทั้งหมดที่ตกกระทบ มักแสดงด้วยตัวเลขทศนิยมระหว่าง 0 – 1 กล่าวคือ วัตถุที่มีการดูดกลืนรังสีอย่างสมบูรณ์ ไม่มีการสะท้อนรังสีกลับคืนเลยจะมีอัลบีโด = 0 ส่วนวัตถุที่มีการสะท้อนแสง 100% และไม่มีการดูดกลืนรังสีเลยมีอัลบีโด = 1
โลกของเรามีพื้นผิวที่ถูกปกคลุมด้วยวัสดุหลายชนิด (Landcover types) ซึ่งมีคุณสมบัติในการสะท้อนแสงแตกต่างกัน เมฆและแผ่นน้ำแข็งมีสีขาวมีอัลบีโดสูง สามารถในสะท้อนพลังงานความร้อนจากดวงอาทิตย์กลับคืนสู่อวกาศได้ดี ทำให้พื้นผิวโลกมีอุณหภูมิต่ำ ขณะที่พื้นดินและป่าไม้มีสีเข้มมีอัลบีโดต่ำมีคุณสมบัติในการดูดกลืนรังสีจากดวงอาทิตย์ทำให้พื้นผิวโลกมีอุณหภูมิสูง ส่วนพื้นผิวน้ำจะสะท้อนแสงได้ดีเวลาที่แสงอาทิตย์ตกกระทบในมุมลาด และจะดูดกลืนแสงอาทิตย์ได้ดีในมุมสูง ดังนั้นสัดส่วนของสิ่งปกคลุมพื้นที่ (Landcover) แต่ละชนิดจึงเป็นกลไกสำคัญในการควบคุมอุณหภูมิพื้นผิวของโลก
ประเภทของสิ่งปกคลุมพื้นผิว อัลบีโด
เมฆ 0.7 – 0.8
หิมะและน้ำแข็ง 0.8 – 0.85
ทราย 0.2 – 0.3
ทุ่งหญ้า 0.20 – 0.25
ป่าไม้ 0.05 – 0.1
น้ำ (เวลาเที่ยง) 0.03 – 0.05
น้ำ (เวลาเช้าหรือเย็น) 0.5 – 0.8
ตารางที่ 1 แสดงค่าอัลบีโดของสิ่งปกคลุมพื้นผิวแต่ละชนิด สิ่งปกคลุมพื้นผิวโลกสามารถเปลี่ยนแปลงได้ทั้งโดยธรรมชาติและโดยฝีมือมนุษย์ การเปลี่ยนแปลงสิ่งปกคลุมพื้นผิวโดยธรรมชาติ ได้แก่ กระบวนการธรณีแปรสัณฐาน การเปลี่ยนแปลงทิศทางของกระแสน้ำในมหาสมุทร และการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ ปรากฏการณ์เหล่านี้มักเกินขึ้นอย่างช้าๆ เป็นเวลานานหลายศตวรรษ
ส่วนการเปลี่ยนแปลงโดยฝีมือมนุษย์ได้แก่ การตัดไม้ทำลายป่า การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของบรรยากาศอันจะนำมาซึ่งปรากฏการณ์โลกร้อน ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้ภายในระยะเวลาอันสั้น และสิ่งที่น่ากลัวที่สุดคือ ถ้าเราเปลี่ยนแปลงสิ่งปกคลุมพื้นผิวที่มีอัลบีโดสูงให้เป็นอุณหภูมิต่ำ เช่น การทำให้แผ่นน้ำแข็งขั้วโลกละลายเป็นน้ำในมหาสมุทร อุณหภูมิของโลกจะสูงขึ้นอย่างรวดเร็วยิ่งขึ้นไปอีก น้ำแข็งก็จะละลายมากขึ้น ทำให้ระดับน้ำในมหาสมุทรก็จะยิ่งสูงขึ้นไปอีก
โลกของดอกเดซี่ (Daisyworld)
สมมติว่าในระบบสุริยะ มีดาวเคราะห์ดวงหนึ่งมีขนาดและวงโคจรเหมือนกับโลกของเรา พื้นผิวของดาวถูกปกคลุมไปด้วยดอกเดซี่หลายหลากสี มีทั้งสีเข้ม และสีอ่อน ดาวเคราะห์ดวงนี้ได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์ เช่นเดียวกับโลกของเรา เมื่อระบบสุริยะยังมีอายุน้อย ดวงอาทิตย์ยังมีขนาดเล็กและแผ่พลังงานออกมาน้อย ต่อมาเมื่อดวงอาทิตย์มีขนาดใหญ่ขึ้น และแผ่รังสีออกมามาก อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิพื้นผิวของดาวเคราะห์ก็ยังคงที่ ด้วยกลไกการเจริญเติบโตของดอกเดซี่
เมื่ออุณหภูมิบนดาวเคราะห์สูง
ดอกเดซี่สีเข้มชอบอุณหภูมิต่ำ จะหยุดการเจริญเติบโต
ดอกเดซี่สีอ่อนชอบอุณหภูมิสูง เจริญงอกงาม ส่งผลกระทบให้อุณหภูมิของดาวเคราะห์ต่ำลง
เมื่ออุณหภูมิบนดาวเคราะห์ต่ำ
ดอกเดซี่สีอ่อนชอบอุณหภูมิสูง จะหยุดการเจริญเติบโต
ดอกเดซี่สีเข้มชอบอุณหภูมิต่ำ เจริญงอกงาม ส่งผลกระทบให้อุณหภูมิของดาวเคราะห์สูงขึ้น
จะเห็นได้ว่า การทำงานเช่นนี้คล้ายเทอร์โมสตัท (สวิทส์ควบคุมอุณหภูมิ) ของเครื่องปรับอากาศ จำนวนประชากรของดอกไม้ทั้งสองชนิด เป็นกลไกในการควบคุมอุณหภูมิของโลกแห่งดอกเดซี่ ในโลก
แห่งความเป็นจริง โลกของเรามีระบบที่สลับซับซ้อนในการควบคุมอุณหภูมิของพื้นผิว กลไกหลักได้แก่ อัลบีโด ภาวะเรือนกระจก การเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิต เป็นต้น นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าอุณหภูมิเฉลี่ย
ของพื้นผิวโลกคงที่มานานหลายพันล้านปีแล้ว ในยุคเริ่มแรกของระบบสุริยะ ดวงอาทิตย์มีขนาดเล็ก
และแผ่รังสีน้อยกว่าในปัจจุบัน โลกคงความอบอุ่นให้เอื้ออำนวยต่อสิ่งมีชีวิตได้ด้วยภาวะเรือนกระจก อันเกิดจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนมากในบรรยากาศ ในเวลาต่อมาดวงอาทิตย์มีขนาดใหญ่
และแผ่รังสีมากขึ้น พืชและน้ำฝนตรึงคาร์บอนในบรรยากาศไว้บนพื้นและใต้ดิน เพื่อลดภาวะเรือน
กระจก ทำให้อุณหภูมิของพื้นผิวคงที่เสมอมา
ในโลกปัจจุบันมีการตัดไม้ทำลายป่า การใช้ประโยชน์จากที่ดิน ตลอดจนการลดลงของปริมาณ
ภูเขาน้ำแข็ง อันเนื่องมาจากโลกร้อนขึ้น การเปลี่ยนแปลงอัลบีโดของโลกให้มีค่าต่ำลงอย่างรวดเร็ว
เช่นนี้ อาจส่งผลกระทบที่ติดตามมาคือ ภาวะเรือนกระจกชนิดกู่ไม่กลับ (Runaway greenhouse)
โลก และดาวเคราะห์เพื่อนบ้าน
ดาวศุกร์ โลก และดาวอังคาร เป็นดาวเคราะห์ชั้นใน อยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ไม่มาก พลังงานที่
ดาวเคราะห์แต่ละดวง ได้รับจากดวงอาทิตย์ จึงไม่แตกต่างกันมาก ในอดีตโครงสร้างบรรยากาศของ
ดาวเคราะห์ทั้งสาม คล้ายคลึงกันมากคือ มีองค์ประกอบหลักเป็น ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และมีไอน้ำ
เจือปนอยู่
