Välkommen till Resurscentrums frågelåda!

 

Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning
(tips för sökningen).
Använd diskussionsforum om du vill diskutera något.
Senaste frågorna. Veckans fråga.

6 frågor/svar hittade

Universum-Solen-Planeterna [20532]

Fråga:
Samband mellan solaktivitet och klimat
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Solmaximum och solminimum. Jag tror att när det finns en solmaximum skulle medeltemperaturen på jorden kanske kunna vara lite högre än vanligt, men jag vet inte om det är en fel gissning. Kan solaktivitet (solmaximum och solminimum) betydligt påverka temperaturen?
/Ruben L, Umeå

Svar:
Instrålningen (solarkonstanten, se fråga 13917 ) ändrar sig med mindre än en promille, se den röda kurvan i nedanstående figur från Solar_activity_and_climate . Det är tydligt att jordens medeltemperatur (blå kurva) har en ökande tendens, vilket av de flesta forskare anses bero på den ökande förekomsten av växthusgasen CO2 från förbränning av fossila bränslen. Någon direkt korrelation mellan medeltemperatur och instrålningen går knappast att se.

Däremot finns det ett tydligt samband mellan instrålningen och solaktiviteten (maximum 1991 och 2001, se Solar_maximum ): instrålningen är lite högre vid maximal solaktivitet.

Solaktiviteten påverkar instrålningen på flera sätt. Förekomsten av många solfläckar (Sun_spot ) minskar instrålningen eftersom solfläckarna är kallare än solytan. Soleruptioner Solar_flare sänder ut mer energirik strålning, så många soleruptioner tenderar att öka instrålningen. Som synes i figuren nedan är det den senare effekten som dominerar: hög solaktivitet ger större instrålning. Detta borde synas på medeltemperaturen, men det gör det inte. Det är fullt klart att den ökning i jordens medeltemperatur som är tydlig i den översta kurvan inte beror av en ökning av instrålningen. Sambandet sedan 1980 mellan solaktiviteten (mätt med speciella satelliter) och jordens medeltemperatur är alltså inte etablerad, utan temperaturhöjningen orsakas av något annat, sannolikt växthusgaser i atmosfären.

Det har föreslagits en indirekt orsakskedja för sambandet mellan solaktivitet och medeltemperatur, se länk 1 och 2:

hög solaktivitet --> starka magnetfält runt jorden --> magnetfälten skyddar jorden från galaktisk kosmisk strålning --> mindre jonisation i atmosfären --> mindre molnbildning i atmosfären --> mindre utstrålning --> högre medeltemperatur

Man har t.o.m. föreslagit att den globala uppvärmningen skulle kunna förklaras av en minskning av den kosmiska strålningen som träffar jorden. Någon sådan systematisk minskning har emellertid inte konstaterats genom direkta mätningar. Oscillationer med en period på 11 år i förekomsten av kosmisk strålning har emellertid konstaterats, se figur i länk 2. (Observera att man vänt på skalan för den kosmiska strålningen!)



/Peter E

Nyckelord: solaktivitet [2]; klimat [7]; solarkonstanten [6]; växthuseffekten [30];

1 https://www.skepticalscience.com/solar-activity-sunspots-global-warming.htm
2 https://www.skepticalscience.com/cosmic-rays-and-global-warming.htm

*

Universum-Solen-Planeterna [20478]

Fråga:
Hur har solens utstrålning varierat sedan den bildades?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej! Solen blir sakta varmare, så klimatet på jorden blir väl allt hetare sett på årmiljoners sikt, men när i sin historia var solen som svalast, efter det att den blev en lysande sol? (Istiderna på jorden sägs inte ha med solen att göra utan med jordbanans form.)
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Figuren nedan från Solar_luminosity visar solens luminositet (röd kurva) under 12 miljarder år. Vi ser att ljusstyrkan var minimum c:a 300 miljoner år efter det att solen bildades. Sedan dess har ljusstyrkan stadigt ökat med c:a 30%.

Istiderna har tidskonstant av storleksordningen 100000 år, se fråga 830 .

På kort sikt (några tusen år) är alltså ändringar i medeltemperaturen hos jorden inte orsakat av ändringar i solarkonstanten (fråga 13917 och figuren i fråga 20532 ) genom ändrad luminositet eller ändringar i jordens rörelse, se fråga 830 . Den helt överskuggande faktorn är förekomsten av växthusgaser, se fråga 12668 .

Lägg märke till den stora ökningen i luminositet från åldern 10 miljarder år. Den beror på att bränslet i centrum (väte) börjar ta slut. Solens kärna kontraherar och yttre delarna expanderar. Större radie (blå kurva) betyder högre luminositet. Vid 10 miljarder år börjar yttemperaturen (grön kurva) minska, och solen börjar utvecklas till en röd jättestjärna.



/Peter E

Nyckelord: solarkonstanten [6]; solens utveckling [4]; växthuseffekten [30]; istider [6];

1 https://en.wikipedia.org/wiki/Paleoclimatology#/media/File:All_palaeotemps.png

*

Energi [16846]

Fråga:
Om klimatmodeller
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
0. Hur visar man att den s.k solarkonstanten är 1340W/m upphöjt till två , som t.ex NE påstår? Vad menas egentligen med solarkonstanten, vad används den till?

1. a).Om jorden antas vara en svart kropp utan atmosfär som sväljer all inkommande strålning, och strålar ut enligt stefan.boltzmanns lag, hur räknar man fram jordens medeltempratur vid jämvikt? Hur gör man detta enklast? Och hur visar man det på enklast pedagogiska vis med en "figur"? b).Om 30% av strålningen sedan reflekteras utan att påverka dvs att jordens albedo är 30%, hur visar man det då?

2. En del av den strålning som jorden avger tas upp av atmosfären. Varför kan den tas upp men inte den infallande? Antag att atmosfären tar upp all den strålning som jorden avger. Vid jämvikt kommer atmosfären att avge lika mycket strålning, denna strålning avges både uppåt och nedåt. Antag vidare att jorden tar upp det nedåtriktade bidraget från atmosfären och använd för att beräkna ny medeltemp för jorden?

3. För att som i uppgifter ovan illustrera en mer verklighetstrogen bild av jorden och dess atmosfärs uppbyggnad, vad bör man ta med i en sådan modell?
/Amanda S, Galären, Karlskrona

Svar:
0 Amanda! Det finns flera frågor som behandlar solarkonstanten , se t.ex. fråga 13917 . Värdet är 1370 W/m2.

1 För konstant temperatur:

Instrålad effekt = utstrålad effekt

där vänstra ledet är

(1-a) * (solarkonstanten) * pR2

R är jordradien och uttrycket ovan är den yta som träffas av strålningen, a är jordens albedo (reflektionsförmåga, dvs hur stor del av den inkommande strålningen som direkt reflekteras tillbaka ut i rymden). Jorden medelalbedo är c:a 0.36, så 0.64 av strålningen absorberas och ger bidrag till uppvärmningen.

Den utstrålade effekten är från Stefan-Boltzmanns lag (Stefan-Boltzmann_law )

4pR2*sT4

(observera att här har vi hela klotets yta!)

Vi får alltså

(1-a) * (solarkonstanten) * pR2 = 4pR2*sT4

dvs

(1-a)*(solarkonstanten) = 4sT4

T4 = (1-a)*(solarkonstanten)/(4*s) = 0.64*1370/(4*5.67 10-8) = 38.7 108

dvs

T = 249 K = (249-273) = -24oC

Jämfört med jordens uppmätta medeltemperatur, c:a 15oC, är detta mycket lågt. Observera dock att vi ännu inte tagit hänsyn till växthuseffekten .

2 Växthuseffekten behandlas detaljerat i fråga 12668 . Anledningen till att infallande och utgående strålning påverkas olika av atmosfären är helt enkelt att de innehåller helt olika våglängder. Det infallande spektret (vita pilar i nedanstående figur från länk 1) är temperaturstrålning från en kropp med temperaturen 5700 K (solen), vilket ger maximum för synligt ljus. Den utgående strålningen (röda pilar) kommer från en kropp med mycket lägre temperatur, varför maximum ligger i infrarött/mikrovågor. Om den utgående strålningen hindras får man en obalans i effekten och jordens temperatur ökar. Detta betyder att utstrålningen ökar tills balans nås och vi fått en högre jämviktstemperatur. Den största delen av temperaturhöjningen pga växthuseffekten kommer från vattenånga i atmosfären. Koldioxiden bidrar direkt till en mycket liten höjning, se länk 1.

3 Verkligheten är i själva verket mycket mer komplicerad. Dels finns det fler faktorer att ta hänsyn till (t.ex. aerosoler) och dels har man återkoppling mellan de olika parametrarna. Om man t.ex. ökar värdet på en parameter kan det tänkas att en annan parameter antingen minskar eller ökar. Detta är skälet till att olika klimatmodeller ger olika resultat.

Länk 1 är en mycket bra övning vad gäller temperaturbalansen. Solar_radiation_management behandlar möjliga metoder att påverka jordens temperatur genom att ändra albedot (geoengineering, se länk 2). Climate_model är en bra introduktion till klimatmodeller.



/Peter E

Nyckelord: solarkonstanten [6]; växthuseffekten [30]; jordens atmosfär [9]; klimat [7];

1 http://media.pearsoncmg.com/bc/bc_bennett_essential_2/tutorials/PlanetST/GoPlanetST.html
2 http://fragelada.fysik.org/resurser/geoengineering.pdf

*

Universum-Solen-Planeterna [16796]

Fråga:
Jag vet att solen utstrålar 3.9 * 10^26 Joule per sekund, men hur beräknar man det?
/Linda J, polhemsgymnasiet, göteborg

Svar:
Linda! Utgå från solarkonstanten (1370 W/m2). Sedan är det bara geometri att räkna ut hur stor del 1 m2 är av klotet med centrum i solen som bildas av jordbanan. Se fråga 13917 för räkningarna (även om man där räknar ut solarkonstanten från effekten).

Solarkonstanten varierar lite (ungefär 0.1%) med solcykeln, se nedanstående figur från Wikimedia Commons (Solar_radiance ), men det är osäkert om detta påverkar jordens klimat nämnvärt.



/Peter E

Se även fråga 13917

Nyckelord: solarkonstanten [6];

*

Universum-Solen-Planeterna [13938]

Fråga:
Hur mycket värms jorden upp av radioaktivt sönderfall i dess inre?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Eftersom jordens inre är varmt borde jordskorpan värmas "innifrån". Hur stor är denna effekt, dvs vilken temperatur skulle jordytan ha om vi bortser uppvärmningen från solen?
/Henrik P, Katedralskolan, Lund

Svar:
Den av radioaktivt sönderfall i jordens inre utvecklade effekten är c:a 1013 kalorier/s. Jordytan är

4p r2 = 4p*(6.37*106)2 = 5*1014 m2 = 5*1018 cm2

Effekten per cm2 som i ett jämviktstillstånd måste transporteras genom jordytan blir

1013/5*1018 = 2*10-6 kal/cm2/s

Nu är jorden ganska inhomogen, speciellt är det stor skillnad mellan land och hav. Detta beror dels på jordskorpans varierande tjocklek och dels på variationer i sammansättningen. Den uppmätta energitransporten är i havsområden 2.4*10-6 kal/cm2/s och i landområden 1.4*10-6 kal/cm2/s. Ovanstående medelvärde är i god överensstämmelse med dessa värden.

Hur stor är uppvärmningseffekten från jordens inre jämfört med solstrålningen? Låt oss börja med att göra om till SI-enheter

2*10-6 kal/cm2/s = 2*10-2 kal/m2/s = 0.08 W/m2

eftersom 1 kalori är c:a 4 joule.

Solarkonstanten, dvs den från solen instrålande effekten är 1370 W/m2, se fråga 13917. Värmen från jordens inre ger alltså ett mycket litet bidrag även med hänsyn taget att solstrålningen fördelas på ytan p r2 (cirkelyta) medan jordvärmen fördelas på ytan 4p r2 (klotyta).

Om vi, som frågan sade, bortser från solstrålningen, vilken temperatur skulle jordytan ha? Transporten av energi ut från jorden kan bara ske med elektromagnetisk strålning, s.k. temperaturstrålning. Den utstrålade effekten per m2 ges av Stefan-Boltzmanns lag:

P = sT4

där konstanten s=5.67*10-8 W/m2/K4 och T är den absoluta temperaturen i kelvin. Tillämpning av denna på energiflödet från jordens innandöme ger

0.08 = 5.67*10-8 T4

dvs

T4 = 1400000

och

T = 34 K eller -239oC (brrrr...)

Detta gäller om jorden kan betraktas som en absolut svart kropp, dvs om den absorberar all inkommande strålning.

Observera att vad vi räknat ut är temperaturen vid jordytan. Temperaturen i jordens inre är ju mycket högre (jordens inre är ju flytande). Man har en temperaturgradient (ökande temperatur med ökat djup) som bestäms av värmeledningsförmågan, se figuren i fråga 19301 .

Tack Per-Gunnar Andreasson, Geologi, Lund för uppgifter om jordens inre!

Tillägg 12/11/08:
Enligt länk 1 är den utvecklade effekten 44 TW, vilket motsvarar 44/4=1.1 1013 cal/s, vilket stämmer bra med ovanstående värde. Länk 1 nämner även en referens som ger effektutvecklingen till 31 TW. Dessa värden är alltså ganska osäkra. Man har gjort uppskattningarna genom att mäta temperaturgradienten i borrhål på olika ställen av jordytan.

De isotoper som bidrar mest till uppvärmningen är 40K, 232Th och 238U (halveringstider 1.3 Ga, 14 Ga och 4.5 Ga [Ga=miljarder år]). Om man visste hur mycket av dessa isotoper som finns i jordens inre, skulle man lätt kunna räkna ut effektutvecklingen. Men man kan inte komma åt att analysera vilka halter dessa spårämnen har. Seismologiska data ger bra information om huvudsammansättningen, men spårämnena måste man uppskatta från halterna i meteoriter och solatmosfären.

I länk 1 föreslår man att man skall mäta ovanstående sönderfall genom att detektera neutriner. Dessa tar sig lätt genom jordens inre och kan detekteras på ytan. Genom att mäta neutrinernas antal, energi och vilken riktning de kommer ifrån, kan man räkna ut hur mycket av ovanstående isotoper som finns i jordens inre, och därmed få en direkt mätning av effektutvecklingen. Mätningen är emellertid ganska svår och kräver stora och dyra detektorer.
/Peter E

Se även fråga 13917

Nyckelord: jordens inre [11]; temperaturstrålning [21]; radioaktivt sönderfall [33]; solarkonstanten [6]; *geologi [16];

1 http://arxiv.org/abs/physics/0607230

*

Universum-Solen-Planeterna [13917]

Fråga:
Varför har vi årstider?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Alla planeter som har en lutning har årstider. Men borde inte själva årstiderna bero på att ett område får olika mängd energi ifrån solen beroende på vart i året dom är. Och jag undrar också om det är möjligt att räkna ut hur mycket energy en plats får som är X° från ekvatorn, och planeten lutar Y°. är det möjligt?
/zelos j, rudbeck, örebro

Svar:
Jo, primärt beror årstiderna på att solenergin sprids ut på olika stora ytor beroende på vinkeln mellan jordytans plan och riktningen till solen, se figuren nedan. Vi kan även uttrycka det så att instrålningen (effekten hos inkommande strålning) beror på hur högt solen står på himlen. Dessutom påverkas naturligtvis instrålningen av att dagens längd varierar. En ytterligare effekt som påverkar temperaturen är jordytans albedo (reflektionsförmåga). Is/snö har högt albedo och tederar alltså att sänka temperaturen.

Eftersom man har utbyte av värme mellan olika delar av jorden (havsströmmar och vindar) blir det i själva verket mycket mer komplicerat att beräkna temperaturen vid en viss breddgrad för en given tid på året.

Om man placerar en yta på en kvadratmeter vinkelrätt mot solen utanför jordatmosfären kommer ytan att motta effekten 1370 W. Detta är vad man kallar solarkonstanten (1370 W/m2). Om vinkeln mellan ytan och riktningen till solen är i, så kommer effekten per kvadratmeter bli 1370*sini, dvs uppvärmningen blir mindre ju mindre i blir.

Tillägg om solarkonstanten

Man kan beräkna solarkonstanten från solens utvecklade effekt (luminositet) P (för detta värde och jordbanans radie R se Planetary Fact Sheets ):

solarkonstanten = P/(4pR2)

Uttrycket i nämnaren är ytan av ett klot med jordbanans radie. Med insatta värden får vi

solarkonstanten = 384.6*1024/(4p*(149.6*109)2) = 1368 W/m2.

Anmärkning: I själva verket har man bestämt solarkonstanten och från denna räknat ut solens utvecklade effekt.

Se fråga 16846 hur man uppskattar jordens medeltemperatur från solarkonstanten. I länk 1 uppskattas solens utstrålade effekt med hjälp av Stefan Boltzmans lag.

Se vidare solarkonstanten och Solar_constant .



/Peter E

Nyckelord: årstider [4]; solarkonstanten [6]; solenergi [14]; #ljus [63]; solens energiproduktion [9];

1 http://www-vaxten.slu.se/amnesingang/Naturvet/ovningar/solarkonst.htm

*

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord: (Enda villkor)
Definition: (Enda villkor)
 
 

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.

 

 

Frågelådan innehåller 7179 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-09-20 12:13:24.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.