Drivhuseffekten. Hvordan styres Jordens klima?

Transkript

1 Drivhuseffekten Hvordan styres Jordens klima?

2 Jordens atmosfære og lyset

3 Drivhusgasser Et molekyle skal indeholde mindst 3 atomer for at være en drivhusgas. Eksempler: CO2 (Kuldioxid.) H2O (Vanddamp.) CH4 (Methan.) CFC/HFC-gasser. (Køleskabsgasser.)

4 Hvorfor kun absorption én vej? Synligt lys passerer drivhusgasserne og opvarmer Jorden, som derved udsender infrarødt lys. (Varmestråling.) Denne stråling absorberes og tilbagekastes fra drivhusgasserne.

5 Termostatvirkning fra CO2 Opvarmning Nedkøling

6 Negativ feedback Opvarmning Afkøling Stor vandfordampning giver flere skyer, som giver mere regn, som giver større udvaskning af CO2. (Der tilføjes dog hele tiden gas fra vulkaner.) Mere kulde giver mindre vandfordampning, og dermed færre skyer. Det giver mindre regn og dermed mindre udvaskning af CO2. (Der tilføjes dog hele tiden gas fra vulkaner.) Derved aftager drivhuseffekten, og det bliver koldere. Derved tiltager drivhuseffekten, og det bliver varmere.

7 CO2-tilførsel

8 CO2-kredsløbet CO2 tilføres fra vulkaner. (CO2 presses ud af kalken ved de høje temperaturer og tryk.) CO2 udvaskes via regnen. (HCO3) Vandet ender i havet, og alger bruger det i deres skeletter. (CaCO3) Døde alger aflejres på havbunden, og de ender i undergrunden. (Pladetektonik.)

9 CO2-mængden tilpasser sig Solens lysstyrke er tiltaget med ca. 40% på 4,5Gyr. Uden at Jordens temperatur er steget betragteligt. (Af sedimenter kan man se, at der har været flydende vand i milliarder af år.) CO2-indholdet er altså aftagende. (Lukkes al undergrundens kul ud i atmosfæren, stiger trykket til 60atm!) X: Brints masseprocent i kerne. κ: Opaciteten i kernen. T: Kernens temperatur. ε: Kernens energidannelsesrate. L: Solens luminositet. P: Kernens tryk. ρ: Kernens densitet. Alle tallene er sat i forhold til Solens nuværende værdier. Kilde: Stellar Structure and Evolution.

10 CO2-lager

11 Andre klima-påvirkninger Havstrømme

12 El Niño På El Niño år ændres hele klodens klima. I Danmark er det f.eks. koldere i El Niño år. Læs mere om El Niño her:

13 Havstrømme Normal strømretning. Ved El Niño går den omvendt.

14 Havstrømme er ikke konstante Golfstrømmen. Stopper den får vi istid i Skandinavien/ Sibirien og Nordamerika.

15 Jordens temperatur

16 Seneste halve million år

17 Delkonklusion Drivhusgasser påvirker Jordens klima, så den bliver varm nok. Vandet på Jorden deltager i en temperaturstabiliserende negativ feedback-effekt. Havstrømme ændrer lokalklimaet. ('Lokal' dækker halve kontinenter.) Jordens middeltemperatur er 17ºC±6ºC.

18 Stenplaneterne Merkur Venus Jorden Mars

19 Merkur ingen atmosfære p=0 Ingen vulkanisme. Ingen pladetektonik. T [-120,120]ºC

20 Venus tyk atmosfære p=90 atm Indhold primært CO2. Ingen pladetektonik. Vulkanisme. Vand fordampet væk. Temperaturen var for høj fra starten af. T=400ºC

21 Jorden p=1 atm. 78% N2. 21% O2. 1% H2O. 0,038% CO2. Vulkanisme. Pladetektonik. 70% af Jordens flade er dækket af vand. T [-60,60]ºC

22 Mars tynd atmosfære p=0,01atm Primært CO2. Vandet er bundet i is under overfladen og ved polerne. Ingen pladetektonik. Ingen vulkanisme mere. T [-100,20]ºC

23 Forskel mellem Mars og Jorden V = r A=4 r. mradioaktive isotoper = V 3 4 r 3 mradioaktive isotoper 3 = r. 2 A 4 r Altså : Jo større radius, des større mængde radioaktivt materiale pr. areal. Hvis en klode ikke er stor nok, er der for lidt radioaktivt materiale til at opvarme klodens indre til smeltepunktet derfor dør den geologiske aktivitet hurtigt ud.

24 Temperaturbestemmelse for kloder langt væk fra os Vi kan måle de andre planeters temperaturer ved at kigge på lyset reflekteret fra planeterne.

25 Fotonstråling Max Planck , (Født i Kiel.) Forskede blandt andet i lys. 2 h c 2 I,T =. h c 5 e k T 1-23 k =1, J / K. -34 h=6, Js. 8 c=2, m / s. I(λ,T) er den effekt pr. areal pr. bølgelængde pr. rumvinkel der strømmer fra en flade med temperaturen T.

26 Intensitet illustreret

27 Planck kurver Planckkurver 3,00E+014 I (W/m³) pr rumvinkel 2,50E+014 I(5000K) (W/m3) I(7000K) (W/m3) I(9000K) (W/m3) 2,00E+014 1,50E+014 1,00E+014 5,00E+013 0,00E+000 0,00E+000 2,00E-007 4,00E-007 6,00E-007 λ (m) 8,00E-007 1,00E-006 1,20E-006 1,40E-006

28 Stefan-Boltzmanns lov Finder vi arealet under Planck-grafen, får vi den samlede effekt pr. areal pr. rumvinkel. Hvis vi endelig summer op over rumvinkler, får vi den samlede effekt pr. areal, der udstråles fra et legeme med temperaturen T. 2 h c 2 I,T = h c e k T 1 5 A=Areal under planckkurven= h c 2 5 e h c k T k d = 3 2 T 4 = T 4 h c 30 2 Ad = A cos sin d d = A=F = T =5,67 10 W K 4 m2 F er altså hvor mange Watt, der gennemstrømmer et bestemt areal af en flade med temperaturen T.

29 Anvendelser af SB-loven F = T 4. Planets overfladeareal a=4 r L=a F =4 r T Laves ekstremumsanalyse af Plancks formel kan man finde toppunkterne på graferne. Planckkurver 3,00E+014 Dermed får man Wiens forskydningslov: Konklusion: Ved at måle spektret fra planeten, kan man bestemme planetens temperatur. Derefter kan man beregne planetens udstråling og derefter have en parameter for klimamodeller for planeten. I (W /m³) pr rumvinkel max T =0,0029 K m. 2,50E+014 I(5000K) (W/m3) I(7000K) (W/m3) I(9000K) (W/m3) 2,00E+014 1,50E+014 1,00E+014 5,00E+013 0,00E+000 0,00E+000 5,00E-007 λ (m) 1,00E-006 1,50E-006

30