Człowiek i atmosfera ziemska

Transkrypt

1 Człowiek i atmosfera ziemska Wrogowie czy przyjaciele? Szymon Charzyński CFT PAN

2 Ogólne własnow asności atmosfery Masa: kg =1/ masy Ziemi Gęstość na poziomie morza: 1,2kg/m³ maleje 2 krotnie co 5,6km Czyli poniŝej 5,6 km znajduje się 50% masy całej atmosfery poniŝej 16 km 90% masy poniŝej 100 km % masy 100km umowna granica atmosfery. Na tej wysokości przyciąganie ziemskie jest tylko o 3% mniejsze niŝ na powierzchni!

3 Warstwy WyróŜnia się kilka warstw róŝniących się proporcjami w składzie i temperaturą Atmosfera pochłania praktycznie całe e szkodliwe dla człowieka promieniowanie: gamma, rentgenowskie, UV (nadfioletowe).

4 Dynamika atmosfery Przestrzeń kosmiczna Słońce Konwekcja Powierzchnia Ziemi Promieniowanie słońca s ogrzewa powierzchnię Ziemi. Część ciepła a jest wypromieniowywana, reszta jest przekazywana do atmosfery, za pośrednictwem której ciepło o jest odprowadzane w przestrzeń kosmiczną. Średnia temperatura powierzchni: 15 C.

5 Modelowy przykład CHAOSU: atmosfera Ziemi 1963 rok, Edward Norton Lorenz badając c zjawisko konwekcji w atmosferze, dokonał odkrycia, które legło o u podstaw rozwiniętej później teorii chaosu deterministycznego.

6 Czy moŝna zatem wierzyć prognozom pogody? Chaos? Tak, ale są w nim pewne regularności, czyli zjawiska, które przebiegają w typowy sposób.

7 Konwekcja + siła Coriolisa = pasaty

8 Inny przejaw siły Coriolisa: Cyklony Formowanie cyklonu na półkuli północnej W N S E NiŜ NiŜ Bez siły Coriolisa Siła Coriolisa => wirowanie Cyklony na półkuli p południowej wirują w przeciwną stronę.

9 Jak korzystać z wiatru?

10 Co zrobić Ŝeby dać się ponieść ść? Przekrój podłuŝny Siła aerodynamiczna Przekrój poprzeczny

11 Co zrobić Ŝeby dać się ponieść ść? Rekord Polski: 269 km Rekord świata: 423 km

12 Ale uwaga na cumulonimbusy! 16 lutego 2007 paralotniarka Ewa Wiśniewska została a wessana przez chmurę burzową z wysokości kilkuset metrów w i wyniesiona na wysokość 9947 metrów, gdzie panowała temperatura -50 C. Jej maksymalna prędko dkość wznoszenia wynosiła 20m/s (72km/h) a opadania 33m/s (120km/h). Podczas wznoszenia pokrył ją lód d i straciła a przytomność ść.. Odzyskała a jąj po 40 minutach na wysokości 6900m i udało o jej się wylądowa dować. Siła była niewyobraŝalna. W takiej sytuacji jesteś niczym, czujesz się jak liść unoszony przez wiatr Ewa Wiśniewska

13 Chmura burzowa Wysokość do 20 km Podstawa 2 do 3 km Prądy wstępuj pujące do 60 m/s Prądy zstępuj pujące do 35 m/s Szczyt chmury składa się głównie z kryształków w lodu Wewnątrz chmury następuje separacja ładunków elektrycznych i w konsekwencji powstają silne pola elektryczne

14

15

16 Pioruny Przepływ prądu w kanale zjonizowanego powietrza. Zwykle główne g wyładowanie poprzedzone jest rozgałę łęzionym wyładowaniem pilotującym. Liczby: 120 ka 100 MV 50 kwh 10,000 C

17 Filmy z YouTube:

18 Lipsk, 16 czerwca Tysięcy samochodów zniszczonych, w tym mój.

19 Grad Występuje głównie g na średnich szerokościach geograficznych Spada z wyjątkowo rozbudowanych chmur burzowych Największe prawdopodobieństwo jest na początku lata, kiedy powierzchnia Ziemi mocno się nagrzewa, a górne g warstwy atmosfery sąs chłodne. Największa zmierzona grudka gradu spadła a 22 czerwca 2003 roku w miejscowości ci Aurora w stanie Nebrasca w USA. Mierzyła 18 cm.

20 Jak my wpływamy na atmosferę?

21 Ozon O 3 Gaz którego cząsteczka jest zbudowana z trzech atomów tlenu. Gaz toksyczny dla organizmów Ŝywych, ma działanie anie antyseptyczne, uŝywany u do uzdatniania wody. Pochłania promieniowanie UV, szkodliwe dla ludzi

22 Dziura ozonowa W 1985 roku wokół bieguna południowego zaobserwowano spadek zawartości ozonu do 1/3 wartości w porównaniu do okresu przed 1975 r. Zmniejszanie stęŝ ęŝenia ozonu obserwowano juŝ w latach 70 Główna przyczyna: freon CCl 2 F 2 i jego pochodne stosowane w spręŝ ęŝarkach, chłodniach, w przemyśle kosmetycznym i medycynie

23 Odpowiedź na zagroŝenie Zawarto umowy międzynarodowe, na mocy których od 1985 roku stale zmniejsza się emisję gazów niszczących cych ozon. StęŜ ęŝenie ozonu nadal maleje, ale znacznie wolniej. Szacuje się, Ŝe powrót t ozonosfery do stanu wyjściowego potrwa jeszcze kilkadziesiąt t lat!

24 Efekt cieplarniany Jest to naturalne zjawisko, korzystne dla Ŝycia na Ziemi. Średnia temperatura obecnie: 15 C. Bez efektu cieplarnianego: od -19 C od -27 C! ZagroŜenie stanowi nasilanie się tego efektu. Gazy cieplarniane i ich procentowy udział w efekcie cieplarnianym: para wodna % 66% (razem z chmurami 66-85%) dwutlenek węgla w (CO 2 )- 9 26% metan (CH 4 )- 4 9% Ozon (0 3 )- 3 7%

25 StęŜ ęŝenie CO 2 ciągle rośnie Główne źródło: spalanie paliw kopalnych, czyli węgla, gazów i ropy, ale takŝe rolnictwo i hodowla zwierząt. Szacuje się, Ŝe e stęŝ ęŝenie CO 2 i CH 4 wzrosło o odpowiednio o 31% i 149% od początku ery przemysłowej w połowie owie XVIII wieku. Poziomy te sąs wyŝsze niŝ kiedykolwiek indziej w ciągu ostatnich lat.

26 Średnia temperatura równieŝ rośnie Czy wzrost średniej temperatury ma związek zek z emisją gazów cieplarnianych?

27 Jak zaspokajać głód d energetyczny bez produkcji spalin? Obecny światowy pobór r mocy: 13,5 TW Spalanie paliw: 86 % Energia jądrowa: j 8 % Biopaliwa i odpady: : 2.8 % Energia wodna: 2.7 % (0,36 TW) Źródła a geotermalne: 0.36 % (0,05 TW) Wiatr: 0,12 % (0,016 TW) Słońce: 0,06% (0,008 TW) Prognoza na 2050 rok: 28 TW Potencjalne rezerwy: Wiatr: 2 TW* Energia wodna: 1.6 TW Energia słoneczna s docierająca ca do Ziemi: TW * Gdyby pokryć wiatrakami całą powierzchnię lądów, na których szybkość wiatru spełnia minimalne wymagania.

28 Jak zaspokajać głód d energetyczny bez produkcji spalin? Rozwiązanie zanie doraźne: energia jądrowaj Przyszłość ść: energia słonecznas Przy 10% wydajności do wytworzenia 20TW wystarczy pokryć konwerterami energii słonecznej 0,54% powierzchni lądów, czyli ok. 800 tys. km 2 = 2,5 razy tyle co powierzchnia Polski = 8,8% powierzchni USA. Energetyka jądrowa j w wybranych krajach: Francja: 78% Belgia: 54% Słowacja: 50% Szwecja: 50% Korea Płd.: P 39% Szwajcaria: 37% Japonia: 30% Niemcy: 25% Polska: 0%

29 Wrogowie czy przyjaciele? Nie ma jednoznacznej odpowiedzi. Atmosfera jest manifestacją praw natury, a te nie sąs ani przyjazne, ani wrogie. SąS obojętne. Ich konsekwencje mogą być dla nas korzystne, mogą być zabójcze. Trzeba mieć tego świadomość podczas podejmowania decyzji, tych małych dotyczących cych wyjścia w góry g przy niepewnej pogodzie, bądźb tych duŝych dotyczących cych emisji spalin przez ludzkość ść. Przed prawami przyrody nigdzie się nie skryjesz Menander

30 Źródła Ilustracje: Wikipedia - Edward Lorenz National Weather Service Forecast Office: - cumulonimbus Atmospheric Science Group, Department of Geosciences, Texas Tech University: - tornado tornado - piorun - pasaty - thundercloud - chmura burzowa - Ewa Wiśniewska - cumulusy - NASA cumulonimbus Filmy: YouTube Dane liczbowe: Wikipedia, R.H. Golde: Lightning Vol.1, Academic Press, J. Karpiuk: Apetyty na energię, Wiś 2/2007