TEMA 3. BALANCE DENERGIA DE UN PALNETA (2016)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 3º curso
Asignatura CIENCIAS DE LA BIOSFERA
Año del apunte 2016
Páginas 11
Fecha de subida 14/04/2016
Descargas 3
Subido por

Descripción

Apuntes realizados con el material visto en clase y con la complementación del docente.

Vista previa del texto

CIÈNCIES DE LA BIOSFERA Tania Mesa González 3º CURS BIOLOGIA UAB TEMA 3: BALANÇ D’ENERGIA D’UN PLANETA Svante Arrehenius  a finals del segle XIX va introduir els cations i anions. Fet que li va donar el premi Nobel.
- Coneixia be el CO2 i va fer càlculs i mesures al laboratori i va observar que aquest capta la llum i que a més l’acumulació d’aquest fa que incrementi la temperatura.
 - Va postular que si es doblava la quantitat de CO2, la temperatura incrementaria 4ºC.
Va ser qui va establir, que tot i que toques una època de glacera propera, si la cosa continuava igual, ens la saltaríem.
- També va establir que els processos químics i metabòlics, de certa manera depèn de la temperatura.
Charles Keeling  va ser un químic que treballava en una institució oceanogràfica de Hawaii. Va mesurar a llarg termini la concentració de CO” de forma constant al llarg dels anys, representant de forma gràfica els resultats.
- Va veure que la concentració incrementava amb el pas del temps.
DADES D’INTERÉS DEL PLANETA TERRA: - El radi de la Terra es de 6000 Km.
- A la Terra hi ha aproximadament 10 M d’espècies eucariotes.
- A la Terra viuen aproximadament 7000M de persones.
- La concentració de nitrogen es aproximadament del 80 %.
- La concentració de CO2 e3n l’atmosfera és de 400 ppm.
CÀLCUL DE LA TEMPERATURA DELS PLANETES: Els planetes més propers de la Terra son Venus i Mart: a) Venus  460 ºC  Massa calent b) Terra  15 ºC c) Mart  -55 ºC  Massa negativa - La temperatura de Venus es molt més alta que la de la resta de planetes, el que fa pensar que a part de la distància també hi ha altres factors que afecten a la temperatura.
RADIACIÓ ELECTROMAGNÈTICA - Caracteritzada per donar una ona amb certa longitud  λ  Viatja a la velocitat de la llum.
 La seva freqüència és la energia que emet.
- Tots els coses emeten radiació electromagnètica - Dins de l’espectre de radiació, entre els 400-700 nm es on es troba la llum visible.
 Més enllà de la llum visible es troba els raig UV, X i gamma  són de gran energia.
 D’altra banda es donen les microones, ones de radiació i l’infraroig  ones de menor energia.
 Les ones d’infraroig es el que dona l’energia calorífica.
- La potència (Watts) es mesura a través del flux de radiació  com més perpendicular arribi la radiació en funció de la superfície, més potencia rebrà, i per tant la Terra més s’escalfarà.
 Aquest fet es el que fa que segons la zona en la que ens trobem hi ha més o ments incidència de raigs perpendiculars i per tant hi ha més o menys temperatura.
La llei quadràtica inversa: - A una distància el doble de gran arriba una quarta part de la radiació.
- Si tenim un objecte que irradia en totes les direccions, el fluix d’energia radiant (S) que arriba a un punt situat a una distancia r del centre.
- Varia de forma inversament proporcional amb el quadrat de la distància.
- En el centre tenim un punt que irradia en totes direccions, dons a una distància r arriba una quantitat de radiació S0 en (Wm2 )  arriba igual a tots els punts de l’esfera.
- La radiació que arriba a tota l’esfera és S=S0x4πr02  si després tenim una nova S amb un nou radi quedaria S=Sx4πr2 quedant llavors: (fórmula imatge) - A la Terra arriba aquesta radiació S0 a tots els punts de l’esfera.
 Per tant la radiació que arriba a tota l’esfera és el producte de S0 multiplicat per la superfície de l’esfera que correspon a 4πr2.
- En el cas de que l’esfera sigui més gran, la radiació que arriba a un punt de l’esfera imaginària és S, però el producte de S multiplicat per 4πr2 és el mateix, perquè l’espai gaire no absorbeix radiació.
- Si s’igualen les dues equacions, la radiació que arriba és inversament proporcional a la distància.
Radiació del cos negre: - Tots els objectes emeten radiació electromagnètica (en forma de temperatura, que acostuma a ser major al 0 absolut) a no ser que estiguin en el 0 absolut.
-  Contra més calent estigui el cos, més energia emetrà.
 Si canvia de color a diferents temperatures, es perquè emet longituds d’ona diferent.
El flux de radiació que emet un cos, l’emet a diferents longituds d’ona.
 Si hi ha un cos amb diferents temperatures, la emissió de radiació es fa seguint la funció de Planck.
 Si tenim un cos a una certa temperatura, aquest cos emetrà radiació en funció a la seva superfície.
 Aquests funció té un màxim a una certa longitud d’ona, que depèn de la temperatura.
 El màxim el dona la funció.
 Si tu saps a quina longitud d’ona hi ha més radiació, es pot saber la temperatura, tal i com es fa servir per a calcular la temperatura de planetes, estrelles, cossos, etc.
- L’àrea de la funció de Planck és proporcional a la temperatura elevat a la quarta potencia  T4.
 El total d’energia emesa és la superfície que hi ha sota la corba  si fem la integral de la corba veiem que existeix una proporcionalitat a la quarta potència de la temperatura, per lo que veiem que aquesta incrementa molt de pressa.
Exemple: Sol .Vs. Terra - Els dos segueixen la llei de Stefan-Boltzmann.
- Però veiem que el Sol (0,1-1 µm) té un màxim més gran que el de la Terra (10 µm) .
a) Sol  emet en la zona visible b) Terra  emet, però en la franja IR  La terra si no estigues il·luminada pel Sol no es veuria, perquè estaria a l’infraroig.
 Es possible veure la Lluna gràcies a la radiació que reflexa la Terra provinent del Sol.
- El que tenen en comú, és que tant l’energia del Sol, com la de la Terra són capaces de traspassar l’atmosfera.
Exercici: - Albedo  lletra F.
- Radiació  S  es l’àrea que queda sota l’equació de Planck  e · σ · T4  energia que emet un cos.
- La temperatura d’equilibri del planeta es dona quan l’energia d’entrada i de sortida són les mateixes.
- En la energia d’entrada no es considera el 4 para calcular la superfície, perquè no arriba a totes les zones per igual, i per tant es pot considerar com un “disc”.
COMPOSICIÓ ATMOSFÈRICA: - La concentració d’aigua (vapor) és molt variable, ja que depèn molt de les temperatures.
- El vapor d’agua és el gas que més efecte hivernacle produeix.
 El que passa es que no es considera com a tal, pel fet de que no es pertorba per la activitat humana directament.
- Els CFC, tot i tenir una petita concentració, per com actuen tenen un fort efecte.
Efecte hivernacle: - Part de la energia que emet la terra, no retorna a l’espai, ja que queda atrapada pels gasos.
Aquest fet fa que incrementi la temperatura de la Terra, parlant dons de l’efecte hivernacle.
- Els gasos que absorbeixen l’infraroig són aquelles que presenten enllaços que no són geomètrics, es a dir els CFCs.
Pressió de l’atmosfera  es pot comprovar que la pressió va disminuint a mesura que estem a més alçada.
Temperatura de l’atmosfera: - No es la mateixa en totes les parts, ja que varia en funció de l’alçada.
A mesura que pugem per les capes cada cop hi ha menys concentració de gas i el que passa es que va perdent temperatura.
- Les capes que més influeixen directament al clima són: a) Troposfera  la temperatura disminueix de forma molt ràpida amb l’alçada. Es deu a l’absorció de la llum solar que es dona en la terra i no en l’atmosfera, això fa que s’escalfi per sota i no pas per les capes més properes a l’espai.
Aquest fet fa que es donin processos climàtics  és on es dona la meteorologia.
b) Estratosfera  s’escalfa per dalt, ja que està estratificada i en la seva capa superior es troba la capa de O3, que si que absorbeix la temperatura que li arriba directament des del Sol.
 L’estratosfera presenta un pic important d’alta concentració d’ozó aproximadament als 30 km d’alçada.
MECANISMES DE TRANSPORT DE CALOR: En l’atmosfera i oceans, la conducció del calor es pot donar per tres mètodes: a) Convecció b) Calor latent c) Radiació - Convecció  Les cèl·lules de convecció es creen una s’escalfa un fluid des de baix i aquest altre escalfat, menys dens, puja cap amunt i ocupa el lloc de l’altre fluid més fred que baixa.
BALANCE DE ENERGIA GLOBAL: Radiación del Sol  llegan 100 unidades arbitrarias - La atmosfera refleja un 25 % y el 75% restante es absorbida ya que se transmite en forma de radiación infrarroja.
- A la superficie llega sólo aproximadamente la mitad.
Superficie: - Una vez llega a la superficie, esta refleja parte de la energía que le llega.
- La Tierra emite radiación infrarroja - La que emite la superficie  una parte de ella la absorben los gases de efecto invernadero.
Des del agua: - Se da el calor latente, que es la energía que se pierde cuando el agua se evapora.
FEEDBACKS CLIMÁTICOS - Positivo  Si sube la temperatura  incrementa el vapor de agua en la atmosfera incrementando el efecto invernáculo y por tanto hace que siga incrementando la temperatura.
- Positivo  un aumento de temperatura, hace disminuir la superficie de hielo y de nieve. Si hay menos hielo hay menos albedo, porque hay menos superficie de refracción. Si aumenta el albedo la temperatura incrementa.
Estos dos feedbacks positivos no contribuyen a equilibrar la temperatura de la Tierra.
- Negativo (estable)  si incrementa la temperatura se emite más energía (a la cuarta potencia), y si se emite más energía disminuye la temperatura.
Permite estabilizar la temperatura del planeta.
NUBES Son muy importantes en el papel de la determinación climática  afectan al albedo, ya que reflejan parte de la radiación solar, si no fuese por ellas en vez de 0.3, el albedo sería de 0,1.
a) Nubes bajas  oscuras y gruesas b) Nubes altas  son más finas.
Los tipos de nubes tienen un balance distinto. Si incrementan las temperaturas, hay más evaporación y por tanto más nubes.
 Las nubes bajas tienen un efecto de enfriamiento, porque tienen un albedo alto y emiten bastante radiación porque están más calientes al estar más abajo.
 Las nubes altas incrementan el albedo pero menos, disminuyendo la radiación y por tanto dando efectos de altas temperatura.
VIDA EN MARTE y VENUS: No pude haber vida en Marte y Venus por la composición de las atmosferas.
- En Marte y Venus, las composiciones de la atmosfera son muy diferentes.
- Venus es mucho más caliente que Marte, pese a tener concentraciones similares de CO2, pero esto se debe a que son concentraciones equitativas de la composición de los gases de cada planeta. A parte sobre este factor también actúa la presión.
- Por tanto Marte está muy frio, a parte de por la distancia, si no también porque su atmosfera es muy tenue.
Marte  presenta una atmosfera muy tenue y débil. Presenta mucho CO2 en la atmosfera pero su efecto es débil.
Venus  tiene una atmosfera mucho más potente que la de la Tierra y el efecto del CO2 es muy grande, por eso la temperatura de Venus es muy alta debido al gran efecto invernáculo atmosférico.
Tierra sin vida  la atmosfera sería muy potente, parecida a la de Venus, con temperaturas muy bajas.
GEOINGINERÍA La cantidad de CO2 atmosférico está aumentado. Por ello se está intentando reducir el impacto de este gas sobre la atmosfera y para ello se ha creado la geoingeniería, que no es más que la intervención para modificar el clima de la Tierra (por nuestro interés), para intentar moderar el calentamiento global.
Esta ciencia presenta varios métodos de actuación, entre los que encontramos: Eliminación del CO2: Técnicas que intentan disminuir la emisión de CO2 y eliminarlo de la atmosfera.
- Tratan el tema clave del cambio climático.
- Métodos biológicos: a) Incrementa la cantidad de bosques para retirar el CO2 de la atmosfera (aforestación).
b) Estimular la producción primaria de los océanos para conseguir que parte del CO2 vaya al fondo de estos.
i.
Fertilizar los océanos con hierro c) Capturar el CO2  una vez eliminado el CO2de la atmosfera, este se puede inyectar en poros de gas o petróleo que ya se han vaciado.
i.
Otra opción es transformar este CO2 en combustible para que pueda ser consumido.
- Métodos físicos  capturadores de CO2 del aire  son filtros de aire que captan el CO2.
- Métodos químicos  mediante la carbonatación de silicatos.
Manejo de la radiación solar (SRM): Técnicas basadas en reflejar parte de la radiación solar que llega a la Tierra y devolver luz y calor al espacio.
- Estos intentan compensar los efectos del incremento de los gases de efectos invernáculo, absorbiendo menos radiación.
a) Uso de reflectores del espacio  no dejan llegar tanta radiación a la Tierra. El problema es que aún no existen materiales adecuados para este sistema.
b) Imitación de erupciones volcánicas, que liberan metales a la estratosfera que perduran durante muchos años y hacen disminuir la temperatura en la Tierra como consecuencia final.
 Se distribuiría ácido sulfúrico  forma aerosoles que reflejarían la radiación incrementando el albedo.
 Es un método muy efectivo pero tiene grandes inconvenientes, ya que sí que hace disminuir la temperatura, pero a la vez modificará a las precipitaciones de forma descontrolada.
Además a como son gases y se podrían expandir por todo el mundo, podríamos causar un gran problema global.
 Otro efecto negativo, es que la lluvia podría ser ácida, aunque de poca acidez, ya que la cantidad de ácido liberado sería poco.
 La ventaja es que estos aerosoles duran bastante en la atmosfera (2 años) y a la vez es un método muy económico.
c) Incrementar la cantidad de nubes bajas  ya que estos son los que más radiación reflejan.
 Sería a través de estructuras similares a barcos, que permitirán evaporar el agua e inyectarla con partículas de sal.
 Esta sal “evaporada” actuaría como núcleo decondensación que facilitaría la producción de nubes.
 El problema es que no tiene efectos a largo término.
Para clasificar estos métodos, se tienen en cuenta varios criterios: 1. Efectividad, seguridad y coste 2. Timeliness  oportunidad de poderse hacer actualmente o aún falta tecnología para desarrollarlo.
...