Geofysikk og klima på Naturfag 2

IMG_0751Havet, luften og jordas eigneskapar – ikkje noko lite tema sjølv for eit instiutt ved UiB. Geofyisk instiutt har dette arbeidsfeltet – med klima inkludert. Tett samanvevd med Bjerknessenteret og senter for klimadynamikk leverer GFI data og forskningsresultat i verdsklasse, mellom anna til IPCC. I mars fekk studentane på Naturfag 2-kurset innsyn i forskningstema og klimamodellar, gjennom foredrag og øvingar.

Kor lang tid tar det før ein ballong fylt med vatn sprekk, dersom du varmar han opp med ein ligther? Prøv gjerne sjølv – deltakarane på kurset blei overraska, og dei fekk ein fin metode for å vise elevane sine kor stor varmekapasitet vatnet har. Det alvorlege bakteppet for denne øvinga som lett endar i latter, er varmekapasiteten i havet.

Professor Helge Drange, som hadde fleire forelesningar og demonstrasjonar på kurset, forklarte at myje av den globale oppvarminga er bunden i havet. – Dermed har vi magasinert varmeauken, og vil slite med den i lang tid, sjølv om utsleppet av klimagassar skulle stoppe i dag, seier Drange. Det er så mykje vatn, ikkje berre dekker havet 71% av jordas overflate – havet er gjennomsnittleg 3800 meter djupt. Oppvarminga gir mange utslag – endring av vertikale og horisontale straumar, smelting av is, endra levekår.

Issmelting er ei ny klasseromsøving på kurset; legg ein isbit i eit kar med vatn, og ein på fast grunn i eit anna kar der det òg er vatn. Tenk og diskuter på førehand: kva vil skje med vassnivået i dei to kara? I dette forsøket simulerar vi vilkåra i Arktis (kar med berre vatn og is) og i Antarktis (karet der isen ligg på fast grunn over vassnivået). Eller heime hos isbjørnen og pingvinen, om vi vil.

Forsøket med issmelting blei følgd opp av eit foredrag frå ein forskar som nett er komen heim frå tre månaders forksning i Antarktis, Elin Darelius Chiche. Chiche forklarte korleis varmt og kaldt, lett og tungt vatn, strøymar og gir opphav til dei store havstraumane. Innunder og langsmed isbremmen i Antarktis finst det kaldaste vatnet i verda. Med aukande temperatur på jorda skjer det endringar her, og desse vil forskarane finne ut av. Under toktet skreiv Chiche ei fyldig blogg, som òg inneheld øvingar og reknestykke for vidaregåande skule. Du finn bloggen her.

Også i luften er det sirkulasjon og dramatikk – eller vêr som vi kallar det. Meteorolog Ellen Viste forklarte dei grunnleggande elemnta som skapar vêrsystema. Høgtrykk, lågtrykk og vind, oppvarming og nedkjøling – og ikkje minst vatn i atmosfæren, gir oss vêret. Vatn blir løfta opp med dei vertikale rørslene i luftlaga, frå obverflata til stratosfæren. Kondenseringspunktet endrar seg med temperaturen. I kalde luftlag får vi skyer, og etterkvart regndråpar. Vassdamp er ein fargelaus gass, skyane og dampen vi kan sjå er altså kondensert vatn som framleis er svevande. Det ligg ei god utfrodring for lærarar i å lage eit godt kondesneringsforsøk som kan vise noko om korleis vêrsystema fungerar.

Klimamodellar var tema for andre dag på kurset. Igjen er det Helge Drange som forelesar. Utgangspunktet for det heile er ganske enkelt seier han: vi har ei kule som blir oppvarma langs ekvator, og nedkjølt ved polane. Det meste av kulen er dekka av vatn, mindre enn ein tredel av fast grunn. Kald luft strøymar frå polane langs overflata, varm luft ved ekvator stig og strøymar motsett veg. Vindsystema treff kvarande ved 30 og 60 grader. Kula roterer mot venstre, og vind og straum blir difor bøygd av mot høgre. Desse få og oversiktlege mekanismene er opphav til vêr og klima. Så korleis skaffe seg oversyn over tilstanden, og endringane? Eit poeng er å skaffe seg gode data, og så modellere endringar ved hjelp av enorm datakraft. Det er dette klimamodellen NorESM gjer. Jorda er delt i eit tett rutenett, der data og parametre for endring er lagt inn. Modellen er testa mot tidlegare klimaendring, og viser seg å fungere korrekt. Den er så nytta til framskriving, med ulike scenarier i botnen. Variasjonen i premiss er i hovudsak kor mykje klimagasser vi menneske vel å sleppe ut kvart år, og kva tid vi sluttar å flytte karbon frå fossile kjelder over i atmosfæren. Eit anna poeng er å forstå mekanismane meir i detalj enn på kulemodellen. For å vise korleis jordrotasjonen verkar inn på rørslene i havet, nytter Drange eit roterande kar. Med farga vassdroper ned i det roterande vatnet kan ein til dømes sjå korleis Taylor-søylar oppstår. Det farga vatnet tar til å rotere i ein liten spiral – som går frå overflate til botn i karet. Det oppstår altså ein roterande søyle, med akse parallell med karets rotasjonsakse. Om vi så innfører temperaturskilnader i karet vårt, kan sjå fleire av de mekanismane som både Chiche og Viste snakkar om i sine foredrag: lågtrykk, høgtrykk, termohalinsk sirkulasjon.

Eit moment som har ført til ordskifte om klimaendringane – om dei verkeleg finst, om dei er menneskeskapte og om dei er så alvorlege, er usikkerheten i forskningsresultata. IPCC oppgjer grad av usikkerhet, for den er der alltid – berre meir eller mindre. Vil elevane våre forstå usikkerjetsomgrepet? Skjøner folk flest at usikkerhet er forbunde med seriøs forskning – eller blir den brukt til å skape tvil og avfeie klåre vitskaplege bevis? «Forskarane er nå ikkje heilt sikre». «Dei blir ikkje enige» «Ingen kan bevise heilt sikkert at havet vil stige». Utsagn vi høyrer, og som tyder på  lita innsikt i korleis naturvitskapen arbeider. Olaug Vetti Kvam frå skulelaboratoriet løfta fram denne problemstilling, og starte ein diskusjon mellom deltakarane. Å forstå naturvitskapleg prosess er eit læringsmål i skulen, og forhåpentleg held diskusjonen fram i klasseromma.

Mot slutten av kursdagane foreleste Ellen Viste om ekstremvær. Media bruker gjerne ordspelet ‘varmere – våtere – villere’, men det er ikkje sikkert at vêret blir så mykje villare i framtida. Varmare blir det, og våtare ved at det regnar meir når det regnar. Vi kan få fleire ekstremhendingar, meir tørke, flom og ras.

Frå dei globale problemstillingane og verdsomfemnande klimamodellane, skal vi tilbake til klasserommet. Som med andre utfordringar må vi møte denne med kunnskap. Korleis skape forståing, fagleg diskusjon og optimisme blant ungdomane? Eit bittelite forsøk for klasserommet avslutta kurset: legg hendene omkring ei langhalsa kolbe nesten fylt med kladt vatn. Oppvarminga får vatnet til å stige merkbart. Nedkjøing i kaldt vatn eller med is har den motsette effekten. Vi kan sjå effekten, og har fått eit startpunkt for meir undervisning, meir forståing og meir handling.