Efekt cieplarniany i warstwa ozonowa

Transkrypt

1 Efekt cieplarniany i warstwa ozonowa

2 Promieniowanie ciała doskonale czarnego Ciało doskonale czarne ciało pochłaniające całkowicie każde promieniowanie, które padnie na jego powierzchnię, niezależnie od długości fali

3 Ciało doskonale czarne nie dobija padającego nań promieniowania, nie jest widoczne, stąd jego nazwa. Ciało doskonale czarne może jednak samo emitować promieniowanie, jeśli jego temperatura jest dostatecznie wysoka.

4 Dobrym przykładem ciała doskonale czarnego jest mały otwór prowadzący do zamkniętej wnęki. Światło, które wpada przez otwór, doznaje tylu odbić wewnątrz wnęki, że jest praktycznie całkowicie pochłonięte. Innym przykładem ciał, które w dobrym przybliżeniu mają właściwości ciała doskonale czarnego są gwiazdy.

5 Wzór określający widmo promieniowania ciała doskonale czarnego podany został po raz pierwszy przez niemieckiego fizyka M. Plancka

6 Zgodnie z nim emisja (i absorpcja) światła odbywa się w porcjach (kwantach) o energii hν, gdzie h - stała Plancka, ν - częstotliwość fali światła, a zależność zdolności emisyjnej ε od częstotliwości fali ν i temperatury T gdzie c - prędkość światła, k - stała Boltzmanna.

7 Kształt widma promieniowania ciała doskonale czarnego

8 Powierzchnia zawarta pod krzywą określa całkowitą energię emitowaną przez ciało doskonale czarne. Wraz ze wzrostem temperatury energia emitowana przez ciało doskonale czarne szybko rośnie, następuje również przesunięcie maksimum widma promieniowania w kierunku krótszym długości fal.

9 Własności emisyjne i absorbcyjne Ziemi Obszary pokryte śniegiem i lodem odbijają dużą część padającego nań promieniowania Własności absorbcyjne wody zależą od kąta padania na nią promieniowania Działalność człowieka (wycinanie lasów, zanik szaty roślinnej, pokrywanie się pyłami lodowców- efekt- szybsze topnienie, katastrofy tankowców)

10 Odbijanie promieniowania od różnych rodzajów podłoża na powierzchni Ziemi:

11 Na drodze promieniowania słonecznego ku powierzchni Ziemi i na drodze promieniowania podczerwonego z Ziemi w przestrzeń kosmiczną znajduje się atmosfera ziemska. Może ona w istotny sposób modyfikować ilość energii przekazywanej ku i od powierzchni Ziemi.

12 Gazy atmosfery ziemskiej. Absorbcja i rozpraszanie w atmosferze Ziemia otoczona jest warstwą różnych gazów. Wpływają one w bardzo różny sposób na absorbcję przechodzącego przezeń promieniowania, gdyż wśród nich są jednoatomowe gazy szlachetne, jak i gazy o cząsteczkach wieloatomowych.

13 Ważną cechą jest przenikanie promieniowania przez atmosferę. Jeśli promieniowanie o danej długości jest silnie absorbowane przez atmosferę, to może ona stać się dla niego szczelną zaporą. Tak jest np. z absorbcją promieniowania słonecznego o długości fali mniejszych od 200nm. W obszarze od 200 do 300 nm promieniowanie nadfioletowe jest głównie absorbowane przez ozon.

14 Skutki pochłaniania promieniowania słonecznego zależą od jego energii. Promieniowanie o największej długości fal, powyżej 700 nm jest promieniowaniem cieplnym, podnosi temperaturę, a organizmy żywe odczuwają ją jako ciepło. Promieniowanie o długości fali od 400 do 700 nm czyli promieniowanie widzialne, może być w sposób selektywny odbijane przez ciała, co rejestrujemy za pomocą zmysłu wzroku jako kolor ciała. Energia tego promieniowania jest wystarczająca, aby rozerwać słabsze wiązania chemiczne. Energia promieniowania nadfioletowego jest wystarczająca aby rozerwać bardzo silne wiązania chemiczne, w tym struktury kwasów DNA. Błędy powstające przy naprawie tych uszkodzeń mogą prowadzić do powstania raka.

15 Widmo promieniowania elektromagnetycznego

16 Promieniowanie nadfioletowe za względu na skutki medyczne dzieli się na: UV A o dł. fal od 400 do 320 nm UV B o dł. fal od 320 do 280 nm UV C o dł. fal 0d 280 do 200 nm

17

18 Efekt cieplarniany Czym jest efekt cieplarniany? Ziemia posiada atmosferę o grubości ponad 1000 kilometrów. Atmosfera zawiera masy powietrza, które zatrzymują i magazynują ciepło pochodzące ze słońca pod postacią promieniowania podczerwonego. Podwyższenie temperatury powierzchni Ziemi będące skutkiem zatrzymywania energii słonecznej przez gazy cieplarniane nazywane jest efektem cieplarnianym lub "szklarniowym", a także globalnym ociepleniem.

19

20 Jak powstaje efekt cieplarniany? Znaczna część promieniowania słonecznego (promieniowanie krótkofalowe o długości fali od 0,1 do 4 mm) jest przepuszczana przez atmosferę ziemską i pochłaniana przez powierzchnię Ziemi, co powoduje jej ogrzanie. Wskutek ocieplenia powierzchni Ziemi następuje emisja promieniowania podczerwonego (promieniowanie długofalowe o długości fali od 4 do 80 mm). Znaczna część tego promieniowania jest pochłaniana przez znajdujące się w atmosferze cząsteczki wody, dwutlenku węgla i innych gazów oraz przez drobne kropelki wody w chmurach.

21 Energia cieplna jest teraz przekazywana przez atmosferę głównie z powrotem do powierzchni Ziemi w postaci tzw. promieniowania zwrotnego a tylko częściowo w przestrzeń kosmiczną. Promieniowanie zwrotne ogrzewa ponownie powierzchnię Ziemi, dlatego jest podstawową przyczyną występowania na naszej planecie efektu cieplarnianego. Energia oddawana przez naszą planetę jest mniejsza od energii przyjmowanej pochodzącej ze Słońca.

22

23 Czym są gazy cieplarniane? Gazy cieplarniane są lotnymi substancjami chemicznymi występującymi w atmosferze, których budowa fizyko-chemiczna pozwala na zatrzymywanie i magazynowanie energii cieplnej oraz przekazywanie jej do powierzchni Ziemi w postaci promieniowania podczerwonego.

24

25 W powstawaniu efektu cieplarnianego najważniejszą rolę odgrywa dwutlenek węgla, którego udział wynosi 50%. Tak wysoki udział CO2 w efekcie cieplarnianym, mimo najmniejszej efektywności pochłaniania promieniowania podczerwonego jest możliwy dzięki jego wysokiej zawartości w atmosferze - ok. 0,03% (zaw. objętościowa). Rola dwutlenku węgla w efekcie cieplarnianym wciąż wzrasta, co jest skutkiem działalności człowieka: emisja CO2 związana z przemysłem, połączona z gwałtownym zmniejszaniem się powierzchni terenów zalesionych.

26 Wysoki udział w powstawaniu efektu cieplarnianego ma również metan (CH4) - 18%. Gaz ten powstaje i jest emitowany do atmosfery w wyniku licznych reakcji beztlenowego rozkładu szczątków roślin i zwierząt oraz beztlenowego rozkładu odchodów zwierzęcych. Metan jest głównym składnikiem gazu ziemnego, dlatego też jego znaczne ilości są uwalniane do atmosfery wraz z wydobywanym węglem kamiennym i ropą naftową.

27 Ostatnimi czasy trwa spór o przyczynę występowania efektu cieplarnianego. Wielu uczonych z całego świata twierdzi, że gazy cieplarniane emitowane wskutek działalności człowieka mają znikome znaczenie w kształtowaniu globalnej temperatury powietrza. Za przyczynę powstawania efektu cieplarnianego uznaje się czynniki naturalne, takie jak wzmożona aktywność słoneczna, czy wybuchy wulkanów.

28 Warstwa ozonowa Górna warstwa stratosfery znajdująca się na wysokości km, w której zawartość ozonu wykazuje znacznie wyższy poziom niż w pozostałych warstwach atmosfery. Powłoka ozonowa jest naturalnym filtrem chroniącym organizmy żywe przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym długości fali poniżej 285 nm.

29 Całkowite stężenie ozonu w atmosferze można mierzyć w różnych jednostkach. Zwykle są to tzw. jednostki Dobsona.

30 Wiele gazów niszczy warstwę ozonową. Uważa się, że największym wrogiem ozonu jest chlor. Jest to gaz bardzo aktywny chemicznie. Chlor dostaje się do atmosfery w postaci różnych związków chemicznych. Związki te dostają się do stratosfery, gzie zostają rozłożone przez promieniowanie słoneczne i uwalniają swobodny chlor.

31

32

33 Protokół montrealski Protokół Montrealski w sprawie substancji zubożających warstwę ozonową międzynarodowe porozumienie dotyczące przeciwdziałania dziurze ozonowej podpisane w Montrealu 16 września 1987 roku.