CC BIOSFERA Tema 3.- Balanç de l'energia planetària (2015)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 3º curso
Asignatura ciències de la biosfera
Año del apunte 2015
Páginas 4
Fecha de subida 25/02/2015
Descargas 25
Subido por

Vista previa del texto

CIÈNCIES DE LA BIOSFERA arokargomez 3r Biologia UAB Tema 3.- Balanç d’energia planetària Energia electromagnètica. Albedo. Temperatura d'equilibri d'un planeta. Composició de l'atmosfera i l'efecte hivernacle. Efecte dels núvols en el balanç d'energia.
Principals retroalimentacions climàtiques.
El balanç global d'energia La Terra és el planeta que es troba en la distància al Sol que permet la vida tal com la coneixem, ja que no fa ni massa fred (com en el cas de Mart) ni massa calor (com en el cas de Venus).
Radiació electromagnètica En la radiació electromagnètica, la distancia que hi ha des d’un punt a un altre igual de la ona s’anomena amplada (λ). La velocitat de la ona (c) varia en funció del temps, que en un punt determinat és t i en un altre es t + Δt. L’espectre electromagnètic és molt gran, i va des de ones més llargues fins a ones més petites. A l’extrem de les longwaves trobem les ones de radio o de TV, i més cap a la dreta trobem les ones de llum (que es divideixen en llum visible i invisible). La frequència de les ones es mesura en Hz.
La radiació que arriba a un lloc es mesura en wats per m2. Un wat es un Joul/segon.
La llei de l’evolució quadràtica inversa diu que a una distancia el doble de gran arriba una quarta part de la radiació. Si tenim un punt (bombeta, el Sol) que irradia en totes direccions, a una distancia r0 arriba una quantitat de radiació en wats/m2 S0 cap a tots els punts del cercle o esfera. La radiació que arriba en tota l’esfera és: S0 * 4πr02. Cal tenir en compte que aquest resultat ha de ser igual que S * 4πr2, ja que l’espai absorbeix molt poca radiació i es confirma que la radiació arriba en igual mesura a tots els punts de l’esfera.
La radiació que arriba és inversament proporcional al quadrat dels radis. S/S0 = (r0/r)2  S = S0 * (r0/r)2.
Tots els cosos que estan a una temperatura superior al zero absolut radien temperatura, per tant tots els cosos emeten energia electromagnètica. Com més calent està aquest cos més energia electromagnètica emet. La funció d’això es coneix com a funció de Planck, que diu que: “Si tenim un cos a una certa temperatura, el cos emet radiació en moltes longituds d’ona, que varien fins a un màxim que després decreix”. Aquest màxim de longitud d’ona el dóna la funció de planck.
Això serveix per saber la temperatura a la que es troben els cosos, perque sabent la longitud d’ona a la que emet es pot saber la temperatura a la que es troba el cos.
El total d’energia emesa és la superficie que hi ha sota la corba (la integral de la corba) i és la quarta potencia de la temperatura (T4), de forma que augmenta de forma molt brusca.
CIÈNCIES DE LA BIOSFERA arokargomez 3r Biologia UAB La Terra es invisible en quant a la radiació que emet. Això és important perque l’energia que ve del Sol ha de travessar l’atmosfera, igual que l’energia que surt de la Terra, tot i que tenen diferents longituds d’ona.
Amb això ja es pot calcular la temperatura d’equilibri d’un planeta.
Per saber l’energia que arriba a la Terra fem la fòrmula anterior S = S0 * (r0/r)2. Com que aquesta mesura es dona en wats/m2 s’ha de multiplicar per la superfície de la Terra.
En quant a les entrades: De tot el Sol, una meitat està a les fosques, i de la part iluminada no tota emet igual. Mirant la Terra des del sol es veu com un disc, i s’ha de tenir en compte l’albedo de la Terra.
En quant a les sortides: es calculen amb l’equació de Planck i tenint en compte el factor d’emisivitat.
Exercici: en una situació sense atmosfera, quin seria l’equilibri de temperatura de la Terra? Considera un albedo de 0,30, una constant solar de 1367 W/m2 i un valor de constant de Stefan de 5,6703*10-8 W/ m2K4. La Temperatura actual del planeta està al voltant dels 15º, quina és la magnitut de l’efecte hivernacle? S (1 – F) πr2 = e σ T4 (4 πr2) T4 = [S (1 − F)/ eσ4] T = 𝟒√𝐒 (𝟏 − 𝐅)/ 𝐞𝛔𝟒 L’emisivitat té com a valor màxim 1. Si l’energia que arriba a la terra no marxa servirà per augmentar la temperatura.
El principal gas causant de l’efecte hivernacle és el vapor d’aigua. És més important que el CO2, que el metà, CFC i NO2 i O3. Els gasos que hi ha a l’atmosfera absorbeixen molta aigua, bastant CO2, i en la regió que està al voltant del pic d’emissió de la Terra no hi absorbeix ni el CO2 ni l’aigua, de forma que qualsevol substancia que absorbeixi aqui té una importancia molt elevada en l’efecte hivernacle. Els gassos que absorbeixen en aquesta regió son els CFCs, per això son molt importants en l’efecte hivernacle.
CIÈNCIES DE LA BIOSFERA arokargomez 3r Biologia UAB Característiques de l’atmosfera Pressió: disminueix linealment conforme augmenta l’alçada.
Primer gràfic.
Temperatura: l’atmosfera es distribueix en varies capes. La toposfera té una temperatura que disminueix des de la superfície cap amunt, ja que s’absorbeix molta més radiació a la superfície que l’atmosfera. La Terra s’escalfa per abaix, per tant a baix hi ha temperatures més altes. Això produeix que la toposfera sigui convectiva (els fluids quan s’escalfen són menys densos i pugen, formant corrents ascendents fins que arriba a dalt, es refreda i torna a baixar). Així direm que l’aire es mou com a conseqüència del seu escalfament des de sota.
La estratosfera s’escalfa per dalt perque qui contribueix al seu escalfament és l’ozó, i el màxim d’aquest gas es troba en aquella zona. Aquestes dos son les regions atmosfèriques que més importen respecte a la temperatura de la terra (primers 4km).
Calor latent: es un tipus de mecanisme de transport del calor que es dona quan hi ha un canvi de fase, on es dona un guany o pèrdua de calor.
Feedbacks positius del clima Si augmenta la temperatura, hi ha més aigua a l’atmosfera ja que el cicle hidrològic s’accelera.
Això farà que pugi l’efecte hivernacle, fent que augmenti la temperatura de nou. Això desestabilitza la temperatura de la terra (feedback positiu).
Si augmenta la temperatura de la Terra, hi haurà menys gel (relació inversament proporcional) i per tant disminuirà l’albedo (relació directament proporcional). Això farà que augmenti la temperatura de la terra de nou (inversament proporcional). Dona un altre feedback positiu.
CIÈNCIES DE LA BIOSFERA arokargomez 3r Biologia UAB L’únic factor que estabilitza el clima de la terra és que si augmenta la temperatura, augmenta l’emissió d’energia (relació directamente proporcional). Aquest augment a més és molt gran ja que s’eleva a la quarta potència.
Els núvols afecten l’albedo (reflecteixen una part de la radiació que arriba del Sol), però també emeten radiació segons la seva temperatura. Els núvols baixos estan més calents perque estan més a baix. Aquests el que fan és refredar el planeta. En canvi, els núvols que estan més a dalt escalfen el planeta.
Lovelock va observar l’atmosfera de certs planetes, i va veure que la Terra tenia una atmosfera molt diferent de Venus i de Mart. Nosaltres tenim molt CO2, nitrogen i poc oxigen. En canvi venus i mart son al contrari. Si comparem la pressió atmosfèrica, tenint la Terra com a valor 1, trobem que part té una pressió de 0,00064 i Venus una pressió atmosfèrica de 90. Això fa impossible la vida en aquests planetes.
Geoenginyeria La solució per reduir l’efecte hivernacle seria reduir les emissions de CO2. La geoenginyeria és la intenció deliberada i a gran escala en el sistema climàtic de la terra amb la finalitat de moderar l’escalfament global.
Els mètodes de geoenginyeria es divideixen en dos: els que treuen CO2 de l’atmosfera i els que es refereixen a modificar la radiació que arriba a la terra. El primer tractaria de modificar la emitivitat i el segon el numerador de l’equació anterior. T = 4√S (1 − F)/ eσ4 Aquests mètodes es basen en alguns esdeveniments naturals del planeta, com per exemple l’any que no va haver estiu a la Terra per l’explossió del Pinatubo.
Els criteris per classificar les diferents propostes de geoenginyeria són: 1. Eficàcia: si és econòmic però poc efectiu no interessarà.
2. Oportunitat: si el projecte ja es pot dur a terme o si s’ha d’esperar o crear unes condicions necessàries.
3. Seguretat 4. Cost ...