Kategoriarkiv: Tokt 2016

Eksperiment: Hva flyter i Dødehavet?

Du har sikkert sett bilder av folk som ligger og flyter i Dødehavet mens de leser avisen eller en bok… Men hva mer er det som flyter der?

Du trenger:

  • 2 store skåler eller plastbokser
  • Vann og (mye) salt
  • Diverse grønsaker (eller andre gjenstander som du vil teste)

Bland veldig salt vann i den ene skålen og fyll den andre med vanlig springvann. Saltholdigheten i Dødehavet er 33,7 %, men det holder med ca. 1 kg salt til 4 liter vann. Saltet løser seg lettere opp om vannet er varmt. Sett opp en hypotese (gjett) før du tester om hvilke grønsaker som flyter i ferskvann og hvilke som flyter i «Dødehavet». Er det noe som flyter i det ene men ikke i det andre? Er det noe som synker i Dødehavet?

Flyter kokosnøtten? Fra Forskningsdagene i Bergen. Foto: UNI research
Flyter kokosnøtten? Fra Forskningsdagene i Bergen. Foto: UNI research

Bredvid iskanten

När jag tittade ut genom fönstret tidigare idag när jag var på väg ned till matsalen var allt jag såg en vit vägg. En vit vägg av is som sträckte sig både åt höger och vänster så långt ögat kunde nå (vilket inte var så väldigt långt efter som det snöade lätt och dimman, precis som så många andra dagar i det sista, envisades med att förfölja oss). Det var Dotson shelfisen, en av de mindre shelfiserna i Amundsenhavet, som majestätiskt tornade upp sig framför oss. Biologerna hade en station precis framför iskanten och ett av planktonnäten var precis på väg ner i djupet. Runt middagsbordet gick diskussionen het – hur hög är egentligen den där väggen vi ser? Tio meter? Tjugo? Trettio? Gissningarna haglade – men ingen hade svaret. Så när middagen (bläckfisk, friterad sötpotatis och ris) var avklarad gick vi upp på bron och bad kaptenen om att få låna sextanten (google eller wikipedpia kan nog förklara vad det är bättre än jag) . Medan en av matroserna letade i skåpen efter den så tog vi en titt på radarskärmen och noterade att avståndet till väggen var en halv sjömil (1 sjömil= 1852m). Innan matrosen hade hittat vad han letade efter (och innan vi lärt oss hur sextanten fungerar) var planktonnätet uppe på däck och vi var på väg till nästa station. När vi äntligen mätte vinkeln (0.77 grader) var avståndet till väggen 1.5 sjömil. Hur hög var väggen? Den som vill vara riktigt noggrann behöver också veta att bron är 16.7 meter över havet och att sextanten var 1.5 m över golvet när vi mätte vinkeln. Men skillnaden mellan att vara «noggrann» och att förenkla (det finns många sätt att göra det på) problemet är förvånadsvärt liten!

DSC_0022
Ett, två, tre hopp! (Foto: Elin Darelius Chiche)

När båten stannar igen är «väggen» fortfarande där. CTD:n ska i vattnet. De koreanska oceanograferna jobbar i skift och det är alltid någon på vakt i CTD-rummet. Just nu är det Ta-wan som sitter framför den stora skärmen och knappar på datorn medan matroserna gör klar vinschen och själva CTD:n ute på däck. Det har börjat snöa igen och det blåser kallt, så jag stannar kvar i värmen inne hos Ta-wan. Radion sprakar till och jag hör några korta meningar på koreanska – samtidigt dyker det upp röda, gröna och vita linjer på skärmen framför oss, så meddelandet förkunnade tydligen att CTD:n nu är i vattnet. CTD:n får stå kvar i ytan en stund, tills pumpen (som ser till att samma vatten kommer till de olika sensorerna) har startat och allt fungerar som det ska. Sen bär det iväg ner i djupet! Graferna ritas upp «live» och linjerna på skärmen blir längre allt eftersom kabeln rullas ut och CTD:n sjunker ner. De första 30-40 metrarna är vattnet är vattnet relativt färskt (33.9) och mellan 0-0.5C; det här är ytlagret, det har blandats av vinden, värmts av solen och blivit färskt därför att det spätts ut med smältvatten från smältande havsis, snö och isberg. När vi lämnar ytlagret stiger salthalthalten till 34.2 och temperaturen sjunker till -1.5C och sen förblir både salthalt och temperatur ganska konstant i flera hundra meter. Det är «vinter vatten», vatten som kylts av under vintern.

CTD
CTD:n är på väg ner i djupet framför Dotson shelf-isen. (Foto: Elin Darelius Chiche)

Tillbaka till skärmen där trycksensorn visar att vi nu nått ner till 400 m och där både temperaturen och salthalten plöstligt börjat stiga. Den blåa linjen, den som visar temperatur, försvinner till slut ut från figuren. Medan Ta-wan knappar på tangentbordet för att ändra skalan på grafen så tippar vi andra hur högt den kommer gå. När Ta-wan fått ordning på figuren kan vi konstatera att Karen och Göteborgs Universitet gått av med segern, och att det varmaste vattnet här inne vid shelfisen är 0.64 C. Det här är det varma vatten vi är här för att studera, «Circumpolar Deep Water»,som funnit vägen upp på kontinentalsockeln och strömmar söderut mot shelfisen längst botten av Dotson Trough (kanske den kan kallas Dotson Rännan på svenska/norska?), en djup ränna som isen själv grävt ut en gång för länge sen när klimatet var kallare och istäcket över Antarktis var mycket större och tjockare än vad det är i dag.

CTD:n har nått botten och framför oss på skärmen ser vi tre lager med vatten, eller tre vattenmassor, som vi oceanografer skulle kalla dem. Vattnet med lägst densitet, det lättaste vattnet, flyter överst (precis som när lätt olja flyter på tungt vattnet) och vattnet med högst densitet ligger underst. Men nu räcker det med oceanografi för i dag. Klockan blivit åtta och jag lämnar Ta-wan och de andra i CTD-rummet och beger mig upp till träningsrummet och pingisbordet. Povl (en dansk oceanograf som sedan många år jobbar på British Antarctic Survey i Cambridge, UK) och jag har blivit utmanade av Monsieur Park och Isabelle från L’Ocean i Paris, så här gäller det att kavla upp ärmarna och försvara de skandinaviska färgerna!

DSC_0430_LR
Ett av de vackrare isbergen vi seglat förbi! (Foto: Elin Darelius Chiche)

 

Ps – medan vi var uppe och spelade pingis så satte Nicole (från Rutgers University, USA) en «glider» i vattnet. Glidern kan ändra sin volym (och därmed sin densitet, eftersom massan inte ändras) och med hjälp av sina vingar kan den, fullastad med sensorer, därmed flyga upp och ned i vattnet. En självgående CTD, helt enkelt! När den är uppe i ytan skickar den hem data och position via sateliter, och den kan också ta emot nya order om vart den ska simma, hur djupt den ska dyka, och vilka sensorer som ska vara på. Om ni går in på www.marine.rutgers.edu/cool/auvs och letar efter glider RU25 så kan ni se vad glidern har gjort och vad den samlat in för data!

glider
Nicoles glider på väg ner i vattnet (vingarna är inte monterade ännu) (Foto: Elin Darelius Chiche)

 

Ps 2 – Skandinavien vann!

Oppgaver og øvelser

Norsk

Svenska

Oppgaver: Saltholdighet, temperatur og tetthet.

DSC_0240
Vakre bølger i Antarktis! Foto: Elin Darelius Chiche

Vi oseanografer snakker ofte om «vannmasser». Dette er vann med ulikt opphav og som derfor har ulik saltholdighet og temperatur. Vi snakker for eksempel om Atlantisk vann som er varmt og salt, om Antarktisk overflatevann som er kaldt og ferskt, og om Antarktisk sokkelvann som er kaldt og salt. Vannets saltinnhold og temperatur bestemmer dets tetthet; kaldt vann er tyngre enn varmt vann, ferskt vann er letter enn salt.

Det er i stor grad atmosfæren som bestemmer vannmassenes egenskaper. Der det er varmt varmes opp, der det er kaldt kjøles det ned. Saltholdigheten bestemmes av fordampning, ferskvannstilførsel (fra elver og bekker eller fra regn eller snø), og av isdannelse. Når det dannes is om vinteren, er det vannmolekylene som fryser. Det meste av saltet blir skilt ut, og saltholdigheten i vannet under øker. I grunne områder der det dannes mye is – for eksempel på noen av kontinentalsoklene i Antarktis – kan vannet bli veldig salt og dermed veldig tungt. Når isen senere smelter om våren så dannes det et ferskt lag på toppen av det salte. I oppgaven her snakkes det om «Circumpolar Deep Water», CDW. CDW er egentlig en blanding av flere vannmasser, blant annet vann som kommer helt fra Nord-atlanteren. CDW har en temperatur mellom 1 og 2 grader og en saltholdighet mellom 34.62 og 34.73. Saltholdigheten har merkelig nok ingen enhet, men det tilsvarer omtrent promille. Om saltholdigheten er 1 så er det 1 gram salt per kilo vann. Saltholdigheten i havet er typisk 35, eller ca. 3,5%.

I et TS-diagram (en figur med saltholdighet på x-aksen og temperatur på y-aksen; se figur) blir en vannmasse til et punkt eller en liten boks. Blander vi to vannmasser kommer blandingen til å ha en saltholdighet og en temperatur som ligger på rett linje mellom de to originale vannmassene.

 

TS-diagram. De røde boksene viser saltholdighet og temperatur til CDW og WW (se tekst). De stiplete linjene er isopyknaler – alle vannmasser som ligger på en isopyknal har samme tetthet.
TS-diagram. De røde boksene viser saltholdighet og temperatur til CDW og WW (se tekst). De stiplete linjene er isopyknaler – alle vannmasser som ligger på en isopyknal har samme tetthet. Den svarte linjen viser vannets frysepunkt.

Oppgave 1

Du har to flasker A og B med havvann der \(S_A\)=33.2, \(T_A\)=4C og \(S_B\)=34.8, \(T_B\)=1C. Tegn dem inn i et TS-diagram.

a) Hvilken saltholdighet og temperatur har en blanding som består av 50% A og 50% B ?

b) Hvilken saltholdighet og temperatur har en blanding som består av 10% A og 90% B ?

c) Hvilken saltholdighet og temperatur har en blanding som består av 73% A og 27% B ?

d) Tegn inn dine blandinger i TS-diagrammet.Hva ser du?

e) Om du har en tredje vannmasse der \(S_C\)=33.7, \(T_A\)=0C – hvilke blandinger kan du få da?

 

Oppgave 2

a) Les inn og plott temperatur og saltholdighet fra riggen S4, 320 m dybde som en funksjon av tid (Filen heter: Riggdata_S4_TS.txt).

b) Tiden er gitt i dager siden 1. Januar 2012. Hvilken dag ble riggen satt ut? Når ble de tatt opp igjen?

c) Hva er middel temperatur/saltholdighet og standardavvik?

d) Ser du noen sesongvariasjon? Kan den beskrives med en sinusfunksjon? Hvorfor / hvorfor ikke?

e) Plott temperatur som en funksjon av saltholdighet, hva ser du? Kan du beskrive forholdet mellom salt og temperatur med hjelp av lineær regresjon?

f) Et instrument i nærheten målte S=34.25, S=34.6 og S= 33.9 – hva tror du temperaturen var?

g) Er dine svar på oppgaven ovenfor rimelige? Havvann fryser ved -1.9C. For hvilke saltholdigheter er din regresjon gyldig?

h) Observasjonene viser at vannet vi observerer ved riggen er en blanding av CDW (Circumpolar Deep Water) og WW (Winter Water). Hvilke egenskaper har vårt CDW? WW har vanligvis en temperatur på -1.9C. Observerer vi rent WW på riggen? Bruk regresjonen til å bestemme hvilken saltholdighet WW har.

i) Du har nå bestemt egenskapene (S og T) på WW og CDW. Hvilken temperatur og saltholdighet får en blanding av 10% CDW og 90%WW? 50% av begge? 75% CDW og 25% WW?

j) Hvilken temperatur har vann som har en saltholdighet på 34.45? Hvor stor del av vannet er CDW og WW?

 

Oppgave 3

Vannets tetthet – dvs. hvor mye 1 m\(^3\) vann veier – er avhengig av hvilken temperatur og hvilken saltholdighet det har. Kaldt vann er tyngre enn varmt, ferskt vann er lettere enn salt. Sammenhengen mellom S, T og tetthet er komplisert, men for små endringer i salt og temperatur så er forholdet tilnærmet lineært:

\(   \rho = \rho_0 [1 + \beta (S – S_0) – \alpha (T – T_0) ] \)

 

I utrykket over er \(S\) saltholdighet, \(T\) er temperatur, \(\beta\) er den haline koeffisienten og \(\alpha\) er den termale koeffisienten. \(S_0\) og \(T_0\) er referanseverdien som man selv kan velge og \(\rho_0=\rho(S_0,T_0)\). Verdiene på \(\alpha\) og \(\beta\) avhenger av hvilke verdier du velger for \(S_0\) og \(T_0\). Om vi velger \(S_0\)=34.6 og \(T_0=\)=0.5C så er \(\rho_0=\rho(S_0,T_0)\)=1027,8 kg/m\(^3\), \(\alpha \approx \) 5.77*10\(^{-5}\) C\(^{-1}\) og \(\beta \approx 7.84*10^{-4}\). Med andre ord så starter vi fra en referanseverdi og så beregner vi bidraget fra endringer i salt og temperatur.

Bruk lineariseringen til å beregne tetthetsprofiler fra temperatur og salt profilene i CTDdata_Amundsenhavet.txt. Hvordan ser de ut sammenlignet med profilene for salt og temperatur?

a) Velg en av profilene. Hvor er tettheten størst? minst? Hvorfor er det slik?

b) Hvor stor er tetthetsforskjellen mellom overflaten og bunn? Hvor mye saltere må overflatevannet bli for at det skal bli like tungt som vannet på bunn?

Tettheten må øke med økende dyp, ellers er vannet ustabilt: tungt vann ligger over lett vann. Det tunge vannet kommer da til å synke ned til «sitt» nivå (noe som kalles konveksjon).

c) Om vi kjøler ned vannet i overflaten til frysepunktet \((T_f\)=-1.9C), hvor tungt blir det da? Hva tror du skjer?

d) Når det blåser så blandas vannet i overflaten og vi får ett homogent (konstant saltholdighet og temperatur) lag på toppen. Da blir den nye saltholdigheten i overflaten lik middelsaltholdigheten til det vannet som blandes.

e) Hva er middelsaltholdigheten i de øverste 100 m?

f) Hvor tungt blir det homogene laget i overflaten om det kjøles ned til frysepunktet? (\(T_f\)=-1.9C)

g) Hvor mye må vi øke saltholdigheten for at vannet skal bli like tungt som vannet på bunnen? Hvordan kan saltholdigheten øke i Antarktis? I Middelhavet?

 

Oppgave 4

Når vannet blir varmere synker tettheten – det betyr at varmt vann tar mer plass. En stor del av havnivåstigningen som vi ser i dag (og kommer å se mer av i framtiden) skyldes at vannet nede i dypet varmes opp. Om 4000 m dypt vann (med \(S_0\), \(T_0\), \(\rho_0\),\(\beta\) og\(\alpha\)) som i oppgave 3 varmes opp en grad, hvor mye stiger havnivået da?

Oppgave 5

Når det fryser is, så er det vannmolekylene som danner krystaller og blir til is. Største delen av saltet skilles ut og blandas inn i vannet under. Saltholdigheten* på ganske ny is er typisk 7-10**. Ettersom saltholdigheten er så viktig for vannets tetthet, vil vi gjerne vite hvor mye saltholdigheten øker i vannet (\(\Delta S\)) om det fryser is med en viss tykkelse (\(h_{is}\)) og saltholdighet (\(S_{is}\)). Det kan vi regne ut med formelen:

\(\Delta S= \frac{h_{is}(S-S_{is})}{H_{vann}}\)
der \(H_{vann}\) er tykkelsen på laget med vann som saltet blander seg med.

a) Hvor mye øker saltholdigheten om vi fryser (i) 10 cm (ii) en meter med is over et 100 m tykt lag der S=34.5 og \(S_{is}\)=7.

b) Hvor mye øker saltholdigheten om vi fryser (i) 10 cm (ii) en meter med is over et 1000 m tykt lag der S=34.5 og \(S_{is}\)=7.

c) Hvor mye øker tettheten i a-b? La T=T\(_f\) (Se oppgave 3).

d) Hvor mye is må vi fryse for at vannet i oppgave 3h skal bli like tungt som vannet på bunnen? (La H=100 m, tykkelsen på laget som stormen blandet). Er det realistisk?

*Man bestemmer saltholdigheten på is ved å smelte den og deretter måle saltholdigheten på smeltevannet.

** På gammel is i Arktis kan den være nesten 0!

Eksperiment: Bland en lagdelt drink

Du finner mange fargerike væsker med ulik tetthet hjemme på kjøkkenet – så her er det bare fantasien som setter grenser! Begynn med den tyngste og tilsett deretter forsiktig de andre væskene en etter en.

Her er et eksempel på tettheter til væsker som dere kanskje har hjemme:

Babyolje –  0.83 kg/L

Rapsolje – 0.92 kg/L

Isbit – 0.92 kg/L

Melk – 1.03 kg/L

Oppvaskmiddel – 1.06 kg/L

Solbærsaft – 1.33 kg/L

Honning – 1.40 kg/L

Babyolje, melk, oppvaskmiddel, solbærsaft og flytende honning… ikke så godt kanskje, men veldig fint! Foto: P. Langebroek

Eksperiment: Bygg et «vanntermometer»

Varmt vann tar større plass enn kaldt vann… det ser du enkelt her!

Du trenger:

  • 1 liten plastikkflaske
  • 1 gjennomsiktig sugerør
  • Modelleire
  • Konditorfarge (ikke helt nødvendig)
  • En stor, høy skål, litermål eller lignende der flasken kan stå på bunnen.
  • Kaldt og varmt vann

Fyll flasken med kaldt vann (og tilsett evt. et par dråper konditorfarge om du vil). Flasken skal være fylt til randen – dvs. det skal nesten renne over. Sett så i sugerøret og lag et lokk av modelleire. Sugerøret skal stikke opp minst 10 cm. Test om lokket er tett ved å klemme lett på flasken; vannet skal da renne ut av sugerøret uten at det lekker andre steder! Det er ikke lett å få det tett, men prøv noen ganger så går det til slutt!

Sett flasken i skålen og fyll på med varmt vann (vær forsiktig så du ikke brenner deg!). Vent et par minutter og se hva som skjer. Hvor langt opp stiger vannet? Erstatt det varme vannet med lunket/veldig varmt/iskaldt/kaldt vann – hva skjer da?

Vi observerer at vannet nede i havdypet blir varmere og varmere – hva tror du skjer da?

Eksperiment: Hvor mye salt er det i havet?

Du trenger:

  • Vann fra havet.

Du kan sikkert selv finne på en måte (det finnes flere!) å måle saltholdigheten i vannet.

Når du henter saltvann, ta med litt ekstra og fyll for eksempel en skål eller en flaske med vann som du lar stå – kanskje på toppen av et skap? – slik at vannet får fordampe. Sjekk vannet av og til og noter hvor mye vann som har forsvunnet siden sist, og følg med på hva som skjer i skålen. Når begynner du å se krystaller? Hvor lang tid tar det før alt vannet er borte?

Amundsenhavet – nu är vi äntligen här!

Amundsenhavet – nu är vi äntligen här! Utsikten utanför de runda fönstrena har ändrat karaktär – det är inte bara grått och blått längre.  Mellan oss och horisonten guppar som oftast ett och ett annat isberg runt, då och då ser vi havsis och kanske en ensam snöpetrell eller en säl…. men inga pingviner, ännu.

Vi är nu ganska precist 15711 km hemifrån – och ni vill säkert veta varför vi rest just hit!

Vattnet i Amundsenhavet är såklart lika blått (och blött) som det vi finner i Vågen utanför Bryggen i Bergen – men på många av våra oceanografiska kartor målar vi det rött. Rött för att det är (relativt) varmt, rött för att isen och shelfisen här smälter snabbare än på andra platser runt Antarktis. Det ena hänger i hop med det andra – shelfisen, den flytande förlängningen av inlandsisen som täcker stora delar av den Antarktiska kontinenten, smälter därför att det varma vattnet strömmar in under den.

Sjøsetting av bøye. (Foto: Povl Abrahamsen)
Sjøsetting av bøye. (Foto: Povl Abrahamsen)

Smältande shelfiser är ett av orosmolnen i det kapitlet i IPCC-rapporten som handlar om havsnivå. Ososmoln – därför att konsekvenserna om de smälter är så stora, men också frågetecken, därför att vi vet så lite om hur de fungerar och om hur de påverkas (och påverkar) av havet under dem. Shelfisen flyter – så när de smälter påverkar de inte havsnivån, men när de blir tunnare, rör de sig snabbare ut från land och inlandsisen där bakom följer med. Då flyttas is från land till hav och då stiger havsnivån.

Under våra  veckor till havs ska vi göra mätningar och sätta ut instrumenter – både i havet och uppe på isen – för att bättre förstå vad det är som sker, för att mäta hur mycket värme som havet transporterar in mot shelfisen och för att följa med på hur fort isen smälter.

Mycket av tiden här går åt till att göra «CTD-stationer». CTD är kort för Conductivity-Temperature-Depth och är en samling sensorer monterade på en ställning, oftast med ett antal flaskor omkring sig, som vi skickar ner i havet med hjälp av en kraftig kabel och en stor vinsch. På sin väg ner mot botten mäter CTD:n kontinuerligt, och på skärmarna framför oss ritar den upp profiler som visar hur salthalten (som man kan räkna ut från temperaturen och konduktiviteten) och temperaturen ändrar sig med djupet. «Flaskorna» är öppna i båda ändarna så att vattnet kan strömma igenom och på vägen upp stannar vi CTD:n med jämna mellanrum och för att stänga en av dem – på så sätt får vi med vatten upp från olika djup, som vi (eller biologerna ombord) kan ta med oss hem för att analysera vidare.

Skipets laboratorium har mye utstyr. (Foto: Povl Abrahamsen)
Skipets laboratorium har mye utstyr. (Foto: Povl Abrahamsen)

För några timmar togs den första CTD-stationen och instrumenterna skickades ned till botten 3450 m under oss. Vi är fortfarande ute på djupt vatten, och ska fortsätta ta stationer på väg in mot kontinentalsockeln. Här ute är det mycket «varmt» vatten ner i djupet, den stora frågan är hur mycket av det som kommer upp på sockeln, in mot isen.

Annars… har ting blivit vardag om bord… vi har klurat ut vilka knappar man ska trycka på på den koreanska tvättmaskinen, jag har lärt mig att hålla mig undan den röda (=starka) maten och vi har fått rutin på brödbaket! Min kollega Anna (från Göteborgs Universitet) har varit ombord tidigare och hon tog helt sonika med sig en brödmaskin (och 25 kilo mjöl) för att slippa ännu en expedition med bara fryst formfranska… Koreanerna själva äter vanligtvis inte bröd men när det nu luktar nybakt bröd i korridorerna så kommer de gärna och smakar!

Et historiske øyeblikk! Det første brødet bakt på Araon skjæres opp. (Foto: Povl Abrahamsen)
Et historiske øyeblikk! Det første brødet bakt på Araon skjæres opp. (Foto: Povl Abrahamsen)
Koreansk barbecue serveres på lørdagar. Ukens kulinariske høydepunkt. (Foto: Povl Abrahamsen)
Koreansk barbecue serveres på lørdagar. Ukens kulinariske høydepunkt. (Foto: Povl Abrahamsen)

Oppgaver og øvelser

Norsk

Svenska

Oppgaver: Vann, varme og is.

DSC_0064
Foto: Elin Darelius Chiche

Isbremmene i Amundsenhavet smelter relativt raskt fordi det strømmer relativt varmt vann inn under isen. Vi vil derfor finne ut hvor mye varme vannet på kontinentalsokkelen inneholder – og hvor mye varme som inn under isbremmen. Man angir varmeinnholdet relativt til en bestemt referanse temperatur, \(T_{ref}\). Det man altså beregner er hvor mye varme man må «ta ut» for å kjøle ned vannet til \(T_{ref}\). Hvis man trenger å tilsette varme for at vannet skal nå \(T_{ref}\), så er varmeinnholdet negativt.

Vi kan regne ut varmeinnholdet, \(H\), i vannet fra en CTD-profil (observasjoner av temperatur og salt fra overflaten ned til bunnen):

\(H\approx\sum_{z=1}^{depth}\rho c_p \left(T(z)-T_{ref}\right)\Delta z\)

\(\rho\) er vannets tetthet (1027 kg/m\(^3\)) og \(c_p=4\times10^3\)J/kg/C er varmekapasiteten.

Man kan velge hvilken referansetemperatur man vil, men da havvann fryser ved -1.9C så gir det fysisk mening å velge \(T_{ref}\)=-1.9C. Da er varmeinnholdet den energien man kan ta ut fra vannet innen det fryser. \(H\) er varmeinnhold per kvadratmeter.

Når det varme vannet kommer i kontakt med is kjøles det ned (til frysepunktet) og varmen brukes til å smelte is. For å smelte ett kilo is trengs det ca. 330 kJ (litt mer om isen er kald).

En CTD på väg ner i kallt Antarktiskt vatten
En CTD på vei ned i kaldt Antarktisk vann. I midten av flaskene sitter sensorer for temperatur, konduktivitet (som man bruker for å regne ut saltholdighet) trykk og andre parametere. Foto: Elin Darelius Chiche

Oppgave 1

a) Last in CTD profilene fra Amundsenhavet (de ligger etter hverandre i CTDdata_Amundsenhavet.txt) i Geogebra og plott et par profiler og beregn varmeinnholdet.

b) Hvor mye varme finnes det i de øverste 200 m? Under 200 m dyp?

c) Vi er mest interessert i den varme som finnes i dypet. Hvorfor, tror du?

d) Lag en tabell der du noterer varmeinnhold (i det øvre og ndre laget) og bunntemperatur. Samarbeid gjerne i grupper.

e) Mine kollegaer mener at det er en direkte sammenheng mellom bunntemperatur og varmeinnhold, slik at det egentlig burde være nok å måle temperaturen på bunnen. Hvordan ser det ut i deres data? Kan dere trekke noen konklusjon basert på de profilene dere har? Diskuter!

Hvis dere vil ha mer punkter i diagrammet deres så går det an å laste ned data fra et tokt til Amundsenhavet i 2010 i fra NODC, en stor database der vi forskere sender data slik at andre forskere (og du!) skal kunne bruke dem.

Oppgave 2

a) Hvor mye is (per kvadratmeter) kan vi smelte med varmen fra profilene?

b) Man antar at det hvert år smelter ca. 400 Gton is under isbremmene i Amundsenhavet. Hvor mye varme tilsvarer dette?

Oppgave 3

a) Forskerne mener at hvis den vest-Antarktiske iskappen kollapser så kommer havnivået til å stige med tre meter. Hvor mange kubikkmeter tilsvarer dette?

b) Hvor mye varme trengs for å smelte isen?

c) Et typisk vindkraftverk produserer 2MW når det går for fult. Hvor lang tid trenger vindkraftverket for å produsere nok energi til å smelte isen?

d) Man antar at jorden mottar 0,5 W/m\(^2\) mer strålingsenergi fra solen enn hva den gir fra seg. Hvor lang tid ville det tatt å smelte all isen om all den energien gikk til å smelte is?

e) Energiforbruket i Norge er ca. 30 000 kWh per person. Hvor mange kubikkmeter smeltet is per år tilsvarer dette?

Jordens radius: 6371 km

Tetthet, is: 900 kg/m\(^3\)

Tetthet, snø: 300 kg/m\(^3\)

Tetthet, havvann: 1027 kg/m\(^3\)

Andel av jordoverflaten som er dekket av hav: 70%

Eksperiment: Smeltende isbiter

Du trenger:

  • To glass (evt. glassbeholdere)
  • Konditorfarge
  • Salt
  • Tilgang til fryser
  • Isbitsform

Bland grønt vann, hell i isbitformen og vent… nå har du grønne isbiter! Fyll de to glassene vann i fra kranen. Tilsett salt i et av glassene til det smaker hav. Legg deretter en isbit i hvert av glassene og se hva som skjer. Hvor smelter isen raskest? Hvorfor?

Du kan også bruke ufargede isbiter, men da ser du ikke like tydelig hva som skjer.

Du kan lese om hva som skjer – og hvorfor – på min venn og tidligere kollega Mirjam sin blogg «Adventures in oceanography and teaching«.  Der finner du også mange andre spennende eksperiment.

Ingen is!

Det är tidig morgon, och det blåser kallt uppe på däck. Jag står ensam ute vid relingen och spejar mot horisonten. Långt där borta går det blå havet över i en grå himmel – och det är likadant vart jag än ser. Araon som såg stor ut där hon låg i hamnen är nu en liten, liten prick som guppar runt på ett evigt hav. Araon är en Koreansk isbrytare som under den här expeditionen till Antarktis och Amundsenhavet (se karta längst ner!) har med sig ett fyrtiotal forskare: biologer, kemister, meteorologer och ett gäng med oceanografer. Jag hör till den sista kategorin: oceanograf. Det betyder att jag forskar på havet och dess fysik; lite som en meteorolog, men i vattnet. Sedan någon vecka befinner jag mig alltså ombord Araon för att så småningom sätta ut instrumenter nere på den Antarktiska kontinental sockeln.

Araon i hamnen utanför Christchurch, Nya Zealand. Här blev vi liggande längre än planerat på grund av motortrubbel.
Araon i hamnen utanför Christchurch, Nya Zealand. Här blev vi liggande längre än planerat på grund av motortrubbel.

Vi skulle egentligen varit på väg in i isen nu – men någon timme innan vi skulle lägga ut från kaj på nyårsafton så upptäckte de ett oljeläckage i maskinrummet. Tekniker kallades in från Korea och vi blev liggande stand by i hamnen i nästan en vecka medan de reparerade motorn. Det vara bara att «gilla läget» och boka om returbiljetten.
Isen runt Antarktis växer till under vintern och smälter bort under sommaren – jämfört med Arktis är det relativt lite is som överlever sommaren (Isen i Arktis är fångat mellan kontinenterna, medan is runt Antarktis kan sprida sig åt alla håll – du kan läsa mer om skillnaden mellan is i Arktis och i Antarktis här: https://nsidc.org/cryosphere/seaice/characteristics/difference.html), men närmast kontinenten ligger isen kvar. Hur mycket is det är runt Antarktis kan du se här: http://www.iup.uni-bremen.de:8084/amsr2/  (Bilderna från Antarktis ligger ganska långt ner på sidan, under Arktis)

Isen är vacker och viktig! Isen har stor betydelse djurlivet (allt från stora sälar till pyttesmå alger «bor» på eller i den), för vattnet under (den isolerar havet från den kalla atmosfären och den skiljer vatten från salt och skapar nya vattenmassor) och för klimatet, eftersom den vita isen reflekterar strålningen (och energin) från solen medan det mörka havet absorberar den.
Men det bästa med isen är att den effektivt «tar död» på vågorna. Just nu gungar det ordentligt. Vi är på väg att kryssa södra ishavet (breddgrad 40, 50 och 60) och det är inte för inte man pratar om «roaring fourties», furious fifies (det är där vi är nu.) och screaming sixties . All utrustning som inte är fastbunden åker i golvet och jag har varit uppe mer än en gång i natt för att plocka upp och sätta fast saker vi missat. Magen gungar också – sjösjukeplåstret till trots. och det var inte lätt att få ner den koreanska frukosten i morse : soppa, stekt småfisk ( 3-4 cm lång, med huvud och allt) och ägg, också ris såklart. Frukosten skiljer sig egentligen inte så mycket från lunchen och middagen…

Mitt rum under kommande sju veckorna. Jag delar hytt med Isabell från Frankrike.
Mitt rum under kommande sju veckorna. Jag delar hytt med Isabell från Frankrike.

Innan vi sätter kurs mot Amundsenhavet (och isen!) ska våra fransk kollegor sätta ut instrument och göra mätningar i den Antarkstiska circumpolära strömmen – det är världens starkaste ström! Varför vi sen åker till Amundsenhavet och vad vi ska göra där ska ni får höra mer om nästa vecka! Men tills dess, så kan du försöka göra uppgifterna och lära dig mer om hur isen växer! Jag har hört att det är kallt hemma i Bergen, så kanske ni har mer is i närheten än vad jag har…

Karta över Antarktis. Nya Zealand ligger längst ner till höger!
Karta över Antarktis. Nya Zealand ligger längst ner till höger!

Oppgaver og øvelser

Norsk

Svenska