Troposfera - poziom zaawansowany

Rycina 1. Przygotowanie eksperymentu nr 1.
L: lampa; T: termometr
A: woda; C: dwutlenek węgla
B: czarny karton
I: izolacja cieplna (np. zatyczki korkowe)
© 2004 Seesing, Tausch; Universität-Duisburg-Essen

Rycina 2. Efekt cieplarniany. Znaczna część promieniowania słonecznego (I) docierającego do ziemi (E) jest pochłaniana, zamieniana na ciepło (Q) i wypromieniowywana przez podłoże jako promieniowanie długofalowe (cieplne). Gazy cieplarniane (g) znajdujące się w atmosferze (A) pochłaniają to promieniowanie prawie całkowicie i wypromieniowują je z powrotem, także w kierunku Ziemi. W efekcie zatrzymują ciepło niczym dach szklarni. (S: przestrzeń kosmiczna) © 2004 Seesing, Tausch; Universität-Duisburg-Essen, Duisburg

Przygotuj eksperyment tak jak pokazano na ryc. 1. Potrzebna będzie lampa (300 W, wolfram), szklane naczynie z wodą (warstwa 1 cm), drugie szklane naczynie z czarnym kartonem wyściełającym jego dno i czujnikiem temperatury w jego wnętrzu. Po włączeniu lampy odczytuj temperaturę co 30 sekund, zapisuj wyniki i na ich podstawie wykonaj wykres. Zakończ pomiary po 5.

Z 1

Przeprowadź pomiary stosując: a) powietrze, i b) dwutlenek węgla, jako gaz wypełniający drugie naczynie szklane.

Z 2

Powtórz pomiary (a i b), ale zamiast czarnego kartonu połóż na dnie drugiego naczynia folię aluminiową.

temperatura

pokrycie dna drugiego naczynia: czarny karton (A1)

pokrycie dna drugiego naczynia: folia aluminiowa (A2)

czas[sek.]

powietrze

dwutlenek węgla

powietrze

dwutlenek węgla

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

Z 3

Wpisz w wolne miejsca poniżej co w eksperymencie nr 1 (E1) naśladuje poszczególne elementy środowiska przyrodniczego (patrz ryc. 1 i ryc. 2).

Z 4

Eksperyment E1 przedstawia model naśladujący efekt cieplarniany. Dlaczego umieszczenie zimnej wody między lampą a szklanym pojemnikiem z gazem jest istotne? Zaznacz właściwą odpowiedź.

Z 5

Po około 150 s w serii pomiarowej wykonanej przy użyciu CO₂, temperatura osiąga wartość o około 1^oC wyższą niż to ma miejsce w serii z użyciem powietrza. Wyjaśnij dlaczego tak się dzieje posługując się informacją z ryc. 2:

T6

W czasie eksperymentu efekt cieplarniany staje się szczególnie widoczny gdy wyłożymy dno drugiego szklanego naczynia czarnym kartonem. Można uzyskać podobne rezultaty stosując karton w innych kolorach, ale nie w przypadku folii aluminiowej. Wyjaśnij dlaczego tak się dzieje.

T7

Dzięki gazom cieplarnianym powietrze w dolnej części troposfery jest średnio o 33°C cieplejsze niż gdyby tych gazów nie było. Z tego 20,6°C jest powodowane przez parę wodną (H₂O), 7,2^oC przez dwutlenek węgla (CO₂), a 2,4^oC przez ozon troposferyczny (O₃). Powietrze w dolnej części troposfery zawiera 0,037% objętości CO₂, ale tylko około 40 ppb O₃. Jaki udział (w °C) miałby ozon gdyby było to proporcjonalne do jego ilości w powietrzu? Poniżej zapisz swoje obliczenia i wynik:

Z 8

W rzeczywistości udział ozonu w efekcie cieplarnianym jest znacznie wyższy niż to wynika z obliczeń w Z 7. Jaka jest tego przyczyna?