Obieg ciepła w atmosferze - Klimat
advertisement
Klimat – fizyczna zagadka! Obieg ciepła w atmosferze Uczniowie Gimnazjum nr 3 w Czeladzi: Weronika Patrzyńska Karolina Chechelska Marlena Majda Piotr Bednarczyk Łukasz Mikłuszka 1z9 Klimat • • • • Charakterystyczny przebieg zjawisk pogodowych na danym obszarze w okresie wieloletnim (30-50 lat). Ustalony jest na podstawie wieloletnich obserwacji normalnego przebiegu pogody, zarówno jej stanów jak i poszczególnych jej składników. Klimat na Ziemi kształtują trzy podstawowe procesy klimatotwórcze: obieg ciepła, obieg wody, krążenie powietrza, czynniki geograficzne: układ lądów i oceanów, wysokość n.p.m., odległość od morza (oceanu) Klimat jest jednym z czynników ekologicznych wpływających na występowanie i życie organizmów. 2z9 Ciepło Ziemi Ziemia, jak każda inna planeta, otoczona jest próżnią i dlatego wymiana energii cieplnej z otoczeniem odbywa się wyłącznie poprzez promieniowanie elektromagnetyczne. Jedyną znaczącą ilościowo energią docierającą do Ziemi jest energia światła słonecznego. Ziemia nie tylko otrzymuje, ale też oddaje energię cieplną w postaci promieniowania cieplnego, którego ilość zależy od temperatury planety. Promieniowanie elektromagnetyczne , którego źródłem jest Słońce: Promieniowanie ultrafioletowe, choć niewidzialne, ma silne działanie fotochemiczne - przy długości fali poniże 300 nm wywołuje już jonizację i jest zabójcze dla organizmów żywych. Bierze udział w produkcji witaminy D . Ziemię chroni przed nim warstwa ozonowa, a także powietrze. Promieniowanie świetlne, ta część promieniowania elektromagnetycznego, na którą reaguje siatkówka oka w procesie widzenia. Dla człowieka promieniowanie to zawiera się w przybliżeniu w zakresie długości fal 380780 nm (co najmniej), dla zwierząt zakres ten bywa inny, aczkolwiek o zbliżonych wartościach. Promieniowanie cieplne, promieniowanie termiczne, strumień energii fal elektromagnetycznych emitowanych przez ciało znajdujące się w temperaturze większej od zera bezwzględnego. W zależności od temperatury ciała w promieniowaniu cieplnym dominować może promieniowanie o różnej długości fal. 3z9 Promieniowanie Słońce dostarcza na powierzchnię Ziemi najwięcej energii. Dzieje się tak z powodu niewielkiej odległości, jaka dzieli oba te ciała niebieskie. Wynosi ona bowiem średnio 149,6 miliona kilometrów, podczas gdy dystans do najbliższego innego źródła energii, gwiazdy Proxima Centauri, jest przeszło 282 tysiące razy większy, równy w przybliżeniu 4,3 roku świetlnego, czyli prawie 40,5 biliona kilometrów. Dla przeciętnego mieszkańca Ziemi, żyjącego w umiarkowanych warunkach klimatycznych, promieniowanie słoneczne ma również istotne znaczenie. Umożliwia bowiem produkcję witaminy D. Bez niej organizm ludzki nie jest w stanie rozwijać się prawidłowo. Brak słońca może także wpływać na obniżenie nastroju, stąd odnotowuje się częstsze depresje u ludzi późną jesienią i zimą. 4z9 Obieg ciepła Pomiędzy podłożem a atmosferą odbywa się stała wymiana ciepła. Przyczyniają się do niej przemiany fazowe wody (parowanie, skraplanie), a także przewodnictwo i konwekcja oraz promieniowanie. Przewodnictwo cieplne Przewodzenie ciepła polega na bezpośrednim przekazywaniu energii kinetycznej jednej cząstki innej cząstce, a więc jest możliwe tylko wówczas gdy występuje bezpośredni kontakt między molekułami Cząstki znajdujące się w cieplejszych miejscach ciała są obdarzone większą energią niż pozostałe i część swej energii oddają bezpośrednio cząstkom sąsiednim, należącym do chłodniejszej części ciała. Proces ten trwa dopóty, dopóki nie nastąpi równomierny rozkład prędkości cząsteczek w całym ciele, ewentualnie w całej przestrzeni. 5z9 Konwekcja Proces przenoszenia ciepła wynikający z ruchu materii w objętości dowolnej substancji (powietrza, wody) Ciepło może być przenoszone na duże wysokości wyniku ruchów wznoszących, czyli prądów konwekcyjnych. Ciepłe powietrze cechuje się mniejszą gęstością od powietrza otaczającego, dlatego unosi się do góry. Widocznym przejawem tych ruchów są silnie rozbudowane w pionie chmury kłębiaste. Ten sposób wymiany ciepła między ziemią a atmosferą jest najbardziej wydajny. 6z9 Promieniowanie cieplne to transport ciepła między obszarami o różnych temperaturach, zachodzący bez udziału cząsteczek ośrodka dzielącego te obszary na drodze emisji fal podczerwonych Ciepło jest oddawane przez Ziemię, chmury i składniki atmosfery. Wypromieniowanie odbywa się we wszystkich kierunkach równomiernie: w stronę przestrzeni kosmicznej, a z chmur i z warstw atmosfery - również w stronę Ziemi. Dzięki temu obiekty na Ziemi i w dolnych warstwach atmosfery są wtórnie ogrzewane. W przeciwieństwie do promieniowania słonecznego długofalowe promieniowanie ziemskie jest pochłaniane przez niektóre składniki atmosfery (m. in. parę wodną i dwutlenek węgla), a następnie powtórnie wypromieniowane przez te składniki równomiernie we wszystkich kierunkach - w przestrzeń kosmiczną i z powrotem w stronę Ziemi. 7 7z 9 Bilans cieplny Głównym źródłem ciepła na Ziemi jest krótkofalowe promieniowanie słoneczne, które przechodząc przez atmosferę, ulega osłabieniu tak, że do powierzchni Ziemi dociera niewiele ponad jego połowę, tj. 52%. Pozostała część promieniowania jest pochłaniana przez ozon i chmury (15%) oraz odbijana od chmur i rozproszona przez aerozole (33%). Promieniowanie słoneczne docierające do powierzchni Ziemi jest od niej odbijane w 5% natomiast pozostałe 47% ulega pochłonięciu przez podłoże i przetworzeniu na ciepło, które Ziemia oddaje atmosferze w postaci promieniowania długofalowego. Wypromieniowane przez Ziemię ciepło ogrzewa powietrze atmosferyczne. Znaczna część promieniowania długofalowego Ziemi pochłaniana jest przez parę wodną i CO2. Dolne warstwy atmosfery, zatrzymując znaczną część promieniowania długo-falowego, chronią Ziemię przed nadmierną utratą ciepła. W sumie Ziemia oddaje tyle samo ciepła, ile otrzymuje. Gwarantuje to utrzymanie stałej średniej temperatury powierzchni Ziemi 15°C. Jest to tzw. równowaga cieplna Ziemi. Bez atmosfery Ziemia miałaby średnią 8 8z 9 temperaturę około -18°C. Źródła www.wikipedia.pl www.sciaga.pl www.wiem.pl www.ekologika.pl www.edu.pgi.gov.pl www.fuw.edu.pl B. Modzelewska, E. Piełowska: Podstawy geografii fizycznej 9 9z 9
