3. Balanç energètic del planeta (2017)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 3º curso
Asignatura ciències de la biosfera
Año del apunte 2017
Páginas 6
Fecha de subida 03/09/2017
Descargas 0
Subido por

Vista previa del texto

3. Balanç d’energia dels planetes.
Arrhenius va ser el que va proposar la teoria iònica de les dissolucions, però a part d’això va fer una contribució en l’estudi del CO2 i de l’escalfament de la Terra (fa 100 anys). Si a la Terra augmentés la concentració de CO2 també augmentaria la temperatura de la Terra. El diòxid de carboni agafa la radiació IR. La F és l’energia en W que no surt de la Terra, aquesta energia passa a temperatura.
𝐶 𝛥𝐹 = 6,3 ln ( ) 𝐶0 Si nosaltres posem més diòxid de carboni, la temperatura puja, però no tindrà efectes uniformes en tot el planeta. S’escalfaran alguns llocs més que d’altres. Actualment estem en un moment interglacial.
A Suècia hi havia dos o tres quilòmetres de gel en el període glacial. Arrhenius pensava que es podria lluitar contra les glaciacions. Alguns diuen que la glaciació que hauria d’haver vingut per fenòmens astronòmics ens l’hem saltat per l’augment de concentració de diòxid de carboni.
Més recentment, hi ha una altra persona que és Charles Keeling. Quan aquest senyor va començar a treballar no se sabia quina era la concentració de CO2 a l’atmosfera. Aquest home va començar a prendre mesures de la quantitat de CO2 a l’atmosfera. Algunes les va començar a fer a llocs allunyats de la civilització. Es va trobar que hi havia un cicle diari en un lloc on hi havia vegetació el qual ho va associar a la fotosíntesis i respiració. Aleshores va començar a agafar una mica d’interès i va començar a fer monitoritzacions més sèries. Va veure un cicle anual, i l’increment que es dona cada any, encara que hi ha uns anys que puja més i d’altres que puja menys.
Els dos planetes tipus la Terra són: Venus i Mart. Ambdós tenen temperatures molt diferents a la de la Terra. A Venus és molt alta (460oC), a la Terra és de 15oC i a Mart és molt baixa (-55oC).
La diferència de temperatura tant gran entre Venus i la Terra no només s’explica amb la distància entre Venus i Sol.
Escala de temperatura.
Si puja 1 K puja 1oC, però una està correguda respecte l’altre. 0oC es 273K.
Radiació electromagnètica Es caracteritza per una longitud d’ona. La més curta és més energètica, la més llarga menys energètica. Tot l’espectre de longituds d’ona avarca des de km fins a nm.
Els rajos X són molt energètics i per tant tenen una longitud d’ona molt petita.
Trobem l’espectre visible que va des de longituds d’ona curtes (blau) fins a llargues (vermells).
L’energia es transmet amb aquestes ones.
Flux de radiació.
Si tenim un focus d’energia i posem un paper perpendicular arribarà més energia per unitat de superfície. Mentre que si el posem en un angle elevat (més paral·lel a la horitzontal) arribarà menys energia per unitat de superfície.
Llei quadràtica inversa.
Si tenim el Sol i a la Terra arriba una certa quantitat de radiació. la que arribarà a S, és la que arriba a S0 però corregida amb el quocient de radis al quadrat. (Fórmula).
Al suposar que no hi ha absorció d’energia diem que Lin = Lout. L és l’energia total.
𝐿𝑖𝑛 = 𝑆 ⋅ (1 − 𝐹) ⋅ (𝜋 ⋅ 𝑅 2 ) • • • S és l’energia que arriba a la Terra. Les seves unitats son W/m2.
F és l’albedo (Energia que reflecteix).
𝜋 ⋅ 𝑅 2 és la superfície de la Terra que veu el Sol, que és un disc.
𝐿𝑜𝑢𝑡 = 𝜀 ⋅ 𝜎 ⋅ 𝑇 4 ⋅ (4 ⋅ 𝜋 ⋅ 𝑅 2 ) • • • ε és l’emissivitat.
4 · 𝜋 ⋅ 𝑅 2 és tota la superfície de la Terra (superfície d’una esfera).
σ és una constant.
Quan Lin = Lout : 𝜀 ⋅ 𝜎 ⋅ 𝑇 4 ⋅ (4 ⋅ 𝜋 ⋅ 𝑅 2 ) = 𝑆 ⋅ (1 − 𝐹) ⋅ (𝜋 ⋅ 𝑅 2 ) 𝜀 ⋅ 𝜎 ⋅ 𝑇 4 ⋅ 4 = 𝑆 ⋅ (1 − 𝐹) Si busquem la temperatura d’equilibri (T): 4 𝑆 ⋅ (1 − 𝐹) 𝑇=√ 4⋅𝜀⋅𝜎 Utilitzant aquestes fórmules podem veure com l’efecte hivernacle (els gasos), evita que la temperatura no sigui tant baixa. La temperatura que esperaríem utilitzant aquestes fórmules seria més baixa de la que realment és, això es degut a aquests gasos.
Radiació del cos negre Qualsevol objecte que estigui a més de 0 K emet radiació, per tant qualsevol objecte que no estigui en el 0 absolut. Un objecte emet radiació a diferents longituds d’ona i segueixen una distribució on hi ha un màxim, relacionat amb la temperatura de l’objecte. Això ho marca la funció de Planck.
El més important de tot és que la integral és proporcional a la T 4 i això es coneix amb el nom de la llei de Stefan-Boltzmann.
Un espectrofotòmetre és capaç de mesurar la longitud d’ona i per tant podem fer una estimació de la temperatura, així els astrònoms estimen la T de les estrelles humanes.
La aplicació més important de la Stefan Bolztmann diu que la superfície sota la corba es proporcional a T4. Si nosaltres tenim un cos calent, irradia més energia i per tant es refreda més. Perd energia per reducció. A la llei la temperatura es a la 4 potencia i per tant és molt important.
El Sol està més calent que la Terra, per tant el Sol ha d’irradiar més que la Terra, la zona del pic del Sol és la zona de l’espectre visible i la Terra irradia en infraroig. En la imatge veiem una representació en forma logarítmica, pel que fa que veiem la diferència del flux de radiació entre el Sol i la Terra més petita.
A l’energia total li dèiem “L”, aleshores la Terra manté una temperatura constant si arriba la mateixa quantitat d’energia de la que ella emet. A efectes pràctics tenim una temperatura més o menys constant.
La quantitat d’energia que arriba a la Terra és l’energia que ve del Sol, però també hi ha una certa energia que es dona aquí mateix a la Terra per isòtops molt petits, però és molt petita i per tant la desestimem.
Un cos negre es el que emet tota l’energia que rep, però els cossos reals no són així. La temperatura d’un planeta serà més gran quan més energia arribi de l’estrella. Arribarà més energia quan el planeta estigui més a prop de l’estrella o aquesta sigui més brillant. Com més albedo menys temperatura. La emissivitat és la manera que tenim nosaltres, de introduir els efectes dels gasos de l’efecte hivernacle. Podríem modificar l’albedo amb tècniques de geoenginyeria.
Gasos d’efecte hivernacle.
Els gasos d’efecte hivernacle són el vapor d’aigua, diòxid de carboni, metà, òxid nitrós i ozó.
Estructura atmosfèrica.
Pressió.
A 16 km tenim una pressió del 10 %, si pugem a 32 km només tenim 1 %. Per tant, si baixem 16 km la pressió és 10 cops més alta.
Temperatura.
Si tenim en compte la temperatura, s’ha de dividir l’atmosfera en varies parts: troposfera, estratosfera, mesosfera i termosfera.
Troposfera.
Quan pugem en altitud a la troposfera, cada vegada fa més fred. Quan un gas s’escalfa puja cap amunt degut a que és menys dens. La zona més calenta de la Terra la trobem a la superfície.
La troposfera és CONVECTIVA, s’escalfa per baix i crea corrents convectius. Un cop s’ha arribat a dalt, la barreja creada pels ascendents arriba fins a uns 15 km i després entrem a l’estratosfera.
Estratosfera.
L’estratosfera és completament diferent, s’escalfa per absorció de l’energia que fa l’ozó.
L’estratosfera s’escalfa per les parts altes. Quan tenim un líquid que s’escalfa per dalt no és convectiu, perquè el líquid més calent ja està on li toca, no te tendència a baixar, si tenim un fluid que s’escalfa per dalt direm que està ESTRATIFICAT i això li confereix ESTABILITAT.
L’estratosfera està ESTRATIFICADA i és SECA no hi ha núvols. La temperatura baixa amb l’altitud en la troposfera i augmenta amb l’altitud a l’estratosfera. La concentració d’ozó estratosfèric té un pic a la part superior de l’estratosfera.
Quan més s’escalfa la Terra més irradia, i aquesta radiació el que fa és refredar la Terra. Així doncs la Terra es troba estabilitzada per aquest feedback negatiu (↑T  ↑radiació  ↓T).
Feedbacks climàtics (positius).
Quan la temperatura augmenta, hi ha més aigua (vapor d’aigua) a l’atmosfera, per tant, augmenta l’efecte hivernacle i per tant augmenta la temperatura.
Després hi ha un altre que també es positiu que ve relacionat amb el gel. Quan disminueix la temperatura hi ha més neu i gel, com més gel més albedo, quan augmenta l’albedo disminueix la temperatura. Ho podem veure des de l’altre perspectiva en la que més temperatura, menys gel, menys albedo més temperatura.
Núvols.
Els núvols també afecten al clima de la Terra, bloquegen l’arribada de la radiació, modifiquen l’albedo.
No se sap quin efecte tindran els núvols futurs sobre l’escalfament de la Terra. Crea aquesta incertesa perquè hi ha diversos tipus de núvols.
- Els més baixos bloquegen l’arribada de llum.
Mentre que hi ha uns altres alts i prims que no bloquegen tant l’energia del Sol.
Els núvols baixos tenen un albedo més alt que els alts (els alts són de gel i no d’aigua). Els núvols alts son molt més freds, irradien molt menys radiació que els de baix. En conseqüència aquests núvols baixos tenen un efecte que refreda mentre que els alts escalfen.
Vida i atmosfera en altres planetes.
Lovelock va dir que no podíem anar a Mart, que no hi havia vida perquè l’atmosfera era diferent.
Venus i Mart tenen sobretot CO2, a la Terra el volum de CO2 és del 0,04%.
De nitrogen en tenen molt poc, però a la Terra és el gas principal (79%), i d’oxigen gairebé no en tenen, mentre que a la Terra és del 21%.
A Venus l’atmosfera és molt desenvolupada, té una pressió atmosfèrica 90 vegades més gran que la Terra, en conseqüència l’efecte hivernacle fa que augmenti la temperatura a Venus, hi ha una temperatura molt alta.
La principal causa de la alta temperatura de Venus és la seva atmosfera.
Mart és tan fred perquè té una atmosfera atenuada. Si a la Terra no hi hagués vida, esperaríem una atmosfera molt semblant a la de Venus i una temperatura de 300 oC (no hi hauria aigua líquida i no podria haver-hi vida).
Geoenginyeria en el clima.
La geoenginyeria és la intervenció a gran escapa sobre el sistema climàtic de la Terra, per poder moderar l’escalfament global.
Hi ha dos tipus de geoenginyeria: - - Els que pretenen reduir el CO2 atmosfèric (CDR, Carbon dioxide removal). Aquestes tècniques es centren en l’arrel de la causa del canvi climàtic, amb la intenció de eliminar els gasos d’efecte hivernacle de l’atmosfera.
Els que pretenen controlar la temperatura (SRM, Solar Radiaton Management). Que es basen en reflectir un petit percentatge de llum solar i calor a l’espai. El que pretenen aquestes tècniques es reduir els efectes de l’augment de la concentració de gasos d’efecte hivernacle fent que la Terra absorbeixi menys radiació solar.
Per classificar els diferents mètodes trobarem: - L’efectivitat, lo oportuns que són.
El cost.
- La seguretat.
L’oportunitat.
...

Comprar Previsualizar