Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning 6 frågor/svar hittade Universum-Solen-Planeterna [20532] Ursprunglig fråga: Svar: 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!) Nyckelord: solaktivitet [2]; klimat [11]; solarkonstanten [6]; växthuseffekten [36]; 1 https://www.skepticalscience.com/solar-activity-sunspots-global-warming.htm Universum-Solen-Planeterna [20478] Ursprunglig fråga: Svar: 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. Nyckelord: solarkonstanten [6]; solens utveckling [4]; växthuseffekten [36]; istider [8]; 1 https://en.wikipedia.org/wiki/Paleoclimatology#/media/File:All_palaeotemps.png Energi [16846] Ursprunglig fråga: 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? Svar: 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. Nyckelord: solarkonstanten [6]; växthuseffekten [36]; jordens atmosfär [12]; klimat [11]; 1 http://media.pearsoncmg.com/bc/bc_bennett_essential_2/tutorials/PlanetST/GoPlanetST.html Universum-Solen-Planeterna [16796] Svar: 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. Se även fråga 13917 Nyckelord: solarkonstanten [6]; Universum-Solen-Planeterna [13938] Ursprunglig fråga: Svar: 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: 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. Se även fråga 13917 Nyckelord: jordens inre [14]; temperaturstrålning [29]; radioaktivt sönderfall [38]; solarkonstanten [6]; *geologi [16]; Universum-Solen-Planeterna [13917] Ursprunglig fråga: Svar: 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 . Nyckelord: årstider [4]; solarkonstanten [6]; solenergi [14]; #ljus [63]; solens energiproduktion [9]; 1 http://www-vaxten.slu.se/amnesingang/Naturvet/ovningar/solarkonst.htm Frågelådan innehåller 7624 frågor med svar. ** Frågelådan är stängd för nya frågor tills vidare **
|
Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar.