Havet, atmosfæren og klima på Naturfag 2

Havene står for 90% av varmeopptaket på jorden. Varmekapasiteten (4,18 kJ/kgK) til vann er svært stor sammenlignet landjorden. Konveksjon i vannet bidrar ytterligere til havets evne til å ta opp varme. Gjennom en øvelse med isbiter i ferskvann og saltvann belyses egenskapene til vannet.

Isbiter i ferskvann og saltvann
Is smelter i både ferskvann og saltvann, men på ulikt. Gjennom å observere hvordan isen (fargelagt) danner et sjikt øverst i glasset med saltvann i motsetning til hvordan smeltevannet blander seg med resten av ferskvannet i det andre glasset får man belyst egenskaper som tetthet og termisk vekselvirkning.

Middeltemperaturen på jorden svinger fra år til år, men har de siste 100 årene jevnt over vært stigende. Temperaturøkningen er tett knyttet til økende CO2-nivå i atmosfæren, men unntak finnes. Fra 1930 til 1970 økte CO2-nivået jevnt, men temperaturen økte ikke nevneverdig. Samtidig som CO2-nivået økte økte også mengden støv og sotpartikler og bidro til å dempe drivhuseffekten. I dag renses mer av avgassene enn tidligere. En god ting, men som paradoksalt nok bidrar til en ytterligere oppvarming av klimaet.

Havstrømmene styres blant annet av vinden som blåser over havene. Over Stillehavet dytter passatvinden vannet mot vest ved ekvator. Corioliseffekten gjør at overflatevannet (som følger vinden) dreier av mot nord på den nordlige halvkule og mot sør på den sørlige halvkule. Overflatevannet som dermed beveger seg vekk fra ekvator må erstattes av vann nedenfra. Det kalde vannet strømmer opp ved ekvator og danner et belte med kjølig overflatevann ved ekvator. I tillegg til vinddrevet havstrøm er også temperaturforskjeller og tidevann viktige kilder til havstrømmene.

Ved et lavtrykk strømmer luft inn mot lavtrykkets sentrum. Jorden rotasjon gjør at luftmassene som beveger seg inn mot dette sentrumet bøyer av mot høyre på den nordlige halvkule og vi får en roterende luftmasse med klokken. På den sørlige halvkule er bevegelsen mot klokken. Høytrykkene har motsatt bevegelse. Et roterende bord med en vannfylt beholder kan bidra til å illustrere fenomenene når kald luft synker og danner lavtrykk.

Jorden får tilført 340W/m2 energi fra solstråling. Ikke alt stråler tilbake – drivhusgasser absorberer en del av utstrålingen fra jorden. Netto drivhuseffekt er 155W/m2, som altså er energi som ikke ’slipper ut’ som stråling tilbake til verdensrommet. Klimasystemet er med dette i ubalanse. En ytterligere forstyrrelse kommer i form av tilbakekoblingsmekanismer. Noen tilbakekoblinger kan være negative – de svekker den initiale forandringen. De fleste er likevel positive – de forsterker den opprinnelige ubalansen. Viktige tilbakekoblinger i klimasystemet er økt mengde vanndamp i atmosfæren, økt mengde skyer, endring i de vertikale temperaturforskjellene, endring av havets CO2-opptak, økt albedoaffekt, og virkningene av aerosoler. Disse mekanismene har svært stor betydning. Samlet vil det være slik at dobling av CO2-konsentrasjonen ville gi 1,2 grader temperaturøkning, mens effekten vil være 3,0 grader når vi regner inn tilbakekoblingsmekanismene.

Isotopanalyse er et nytt felt innenfor meteorologisk forskning. H-isotopene i vannmolekylet er litt ulike, etter hvor vannet kommer fra. Hver vanndråpe bærer med seg sin isotop-sammenstening, so kan fortelle hvor vannet i den kommer fra. Kartlegging av kildene, og vannets bevegelse i atmosfæren, er et svært nitid arbeid.  GFI har fått tildelt et stort europeisk forskningsprosjekt, som vil gjøre det mulig å komme et langt steg videre i dette arbeidet. Naturfagkurset har i mellomtiden sitt eget bittelille forsknignsprogram – hvordan er isotopsammensetningen i vannprøver deltakerne har tatt med fra sine hjemsteder?

Et forsøk med å danne egne skyer og regnvær, i et gjennomsiktig rør, er under utprøving.  Varmt vann gir vanndamp – men vi ser at det ikke dannes skyer i en tom flaske eller i røret uten videre. Frøst når vi tilfører aerosoler får vannmolekylene noe å kondensere omkring, og det blir skydannelse. Vi kan oppnå dette i en flaske ved å senke trykket raskt.Alternativt kan vi ha kokende vann i en ende – nede -i en kolbe eller et rør, og kalde forhold – is -i andre enden.

Vær og klima er store tema i skolen fremover, elevene trenger både innsikt i klimamekanismene og en grunnleggende forståelse for værsystemene.

Vedlegg