Jordatmosfären Gymnasiet i Petalax publikationsserie Esrange Årgång 4 4/04 Detta projekt genomfördes under våren 2004. Vi besökte Rymdgymnasiet i Kiruna där vi åhörde en föreläsning om ozonlagret och deltog i en provskjutning av miniraketer, som nådde i bästa fall 200-300 m höjd. Vi besökte IRF och en markradarstation, ICECAT, som ses på pärmen. Tyvärr lyckades vi inte ordna med ett besök på ESRANGE, så projektnamnet är lite missvisande. Nertill finns en del av de bilder vi tog på vår resa till Kiruna. På väg !! IRF Markradarstationen ICECAT Rymdgymnasiets raketuppskjutning Observatoriet Från LKAB-gruvan Järnvägshotellet Utsikt från hotellrummet Renar från hemfärden Deltagare i projektet: Jannika Sohlberg Anna Mia Walgren Lilian Häggvik Bill Korsman Simon Widd Mathias Gullfors Kim Stoor Fredrik Nyström Atmosfären Om vi skulle kunna åka tillbaka i tiden några miljarder år skulle vi inte tycka att jorden var ett speciellt trevligt ställe att bo på. Från början (ca 4,5 miljarder år sedan) var jorden omgiven av ett för oss giftigt gashölje utan syre. Men med tiden uppstod de första cellerna och när sedan fotosyntesen uppstod kunde de gröna växterna börja ta av all koldioxid som då låg runt jorden. Växterna släppte ut syrgas som en restprodukt, något som sedan djuren kunde använda. Sedan utvecklades atmosfären till den vi har idag. Atmosfären är ett gashölje kring jordklotet. Består till största delen av kväve (78%), syre (21%), argon (0,93%) och koldioxid (0,035%). Består även av ädelgaserna: neon, helium, metan, krypton, dikväveoxid, väte, ozon och xenon. Kväve, syre, argon och koldioxid omfattar tillsammans 99,9% av atmosfären. Koldioxiden i atmosfären har dock ökat med åren på grund av aktiv förbränning av fossila bränslen. Från år 1880 har halten koldioxid stigit från 295 ppm till 350 ppm (ppm = parts per million). Luftskikt i atmosfären Atmosfären delas in i fyra skikt. Det understa skiktet, troposfären, är klimatets och väderlekens region och innehåller huvuddelen av atmosfärens gasmassa och vattenånga. Från markytan och uppåt sjunker temperaturen med höjden i genomsnitt 6º C per km upp till en övre gräns, tropopausen, på ca 10 km höjd. Det nästföljande skiktet, stratosfären, börjar vid gränsen -50º till 90º C, från vilken temperaturen efter hand stiger till max +10º C vid ungefär 50 km höjd, stratopausen. Inom stratosfären finns på drygt 20 km höjd ett skikt av gasen ozon, (O3). Ozonskiktet fungerar som ett skydd mot solens farliga UV-strålning. Mesosfären, skiktet ovanför stratosfären, sträcker sig till ca 80 km höjd. Fram till mesospausen sjunker temperaturen igen ända till -90°C. Det följande skiktet termosfären sträcker sig flera tusen km upp från jordytan och temperaturen stiger över 2000° C. Inom termosfären finns ett område, jonosfären, där det bildas fyra elektriskt ledande skikt, som reflekterar radiovågor både från solen och från radiosändare på jorden. Norrsken I rymden rör sig snabba laddade partiklar, plasma. Norrsken uppkommer när en del av dessa partiklar kommer in i jordens atmosfär och krockar med atomer och molekyler som finns där. När partiklarna krockar bildas ett ljus och det är detta ljus som kallas norrsken. Partiklarna som skapar norrsken kommer ifrån jonosfären men har fått en enorm hastighet med hjälp av energi från solvinden. Partiklarna fångas in av jordens magnetfält och styrs mot jordens poler. När partikeln når atmosfären krockar den med någon av de många atomer som finns där. Beroende på med vilken gas som partiklarna först krockar med så bildas det ljus i olika färger. Pärlemormoln Dessa moln finns i den lägre stratosfären på ca 20-30 km höjd och moln på denna höjd är ovanliga eftersom luften här är mycket torr. Pärlemormoln har ofta formen av en tunn lins och bildas liksom linsmolnen i troposfären då vågrörelser uppstår i stabilt skiktad luft. Denna molntyp består av små iskristaller och uppkommer troligtvis genom att luftens vattenånga sublimerar, dvs ånga omvandlas direkt till fast form . Pärlemormolnen är mest märkbara vid solnedgången då de observeras 10-20 grader från solen. Molnen iriserar (skimrar) i praktfulla pärlemorfärger och lyser flera timmar efter solnedgången. De brukar oftast ses när en kallfront har passerat och luften är ren i de lägre luftlagren. Denna speciella molntyp siktas bara på högre breddgrader under vintern och är mest vanlig på den ostliga sidan av den skandinaviska fjällkedjan. Tillståndet i atmosfären undergår i våra dagar vissa förändringar som en följd av de skadliga ämnen som människan genom sin teknologi sprider i lufthavet; det rör sig bl.a om koldioxid, kväveoxider och luftgrumlande stoft av olika slag. Ett samspel av fint balanserade tillstånd och processer kan därmed rubbas. Atmosfärens sammansättning påverkar och påverkas av livet. Ozonlagret I jordatmosfären på mellan 10 - 45 km höjd finns det ozonlagret. Det är ett mycket tunt skikt av ozonmolekyler. Vid jordytan, där trycket är högre, skulle det bara vara 3 mm tjockt. Kort sagt så består ozonlagret av syre, dock inte samma syre som vi andas. Medan syret vi andas O2 består av två atomer, består ozonlagrets syre O3 av tre atomer. Syret som ozon består av är kraftigt oxiderande och irriterar därför lätt ögon och slemhinnor hos människor och djur. Den största delen av ozonet befinner sig på hög höjd och kallas ozonskiktet. Ozonskiktet fungerar som ett slags filter och är nödvändigt för ett liv här på jorden. Vad förstör ozonskiktet? Exempel på ämnen som bryter ned ozon är haloner (eldsläckare), metylbromid (växtgifter) och metylkloroform (lösningsmedel). freon (CFC) som man förr i tiden använde vid tillverkning av kylskåp och som idag till viss mån används inom sprayburkstillverkningen, trots att det är förbjudet är också ett väldigt giftigt och skadligt ämne. En av de största förövarna är dock flygplanen, som släpper ut massvis med giftiga gaser. Från våra bilar kommer också en stor del utsläpp, kvävemonoxider som reagerar med ozonet som därmed bryts ner. De mest utsatta punkterna för ultraviolett ljus är Australien men framför allt Antarktis. Under september-oktober är Antarktis uttunningen som värst då ozonlagret mer än halveras. Orsaken till den enorma uttunningen beror på de speciella väderförhållandena där. Vid låga temperaturer i stratosfären bildas ismoln. Till ismolnen binds föreningar, som annars neutraliserar klorföreningarna. Då får de ozonnedbrytande ämnena friare spelrum, och kan inom loppet av några veckor förtunna ozonlagret. Alltså finns det inget hinder för kloratomerna när föreningarna inte neutraliserar dem. Och eftersom ozonlagret behöver lång tid att läka sig själv, och framställningen av freonet inom industrin inte avvecklats riktigt ännu, kommer de ner bryt bara ämnena öka och först avta efter år 2000. Vilka konsekvenser ger ett förtunnat ozonskikt? En stor del av människorna tänker vad gör ett hål i ozonlagret över Antarktis mig? Just nu gör det inget men om ett par år så kan det vara annorlunda. På grund av att ozonfattig luft från området över Antarktis driver norrut och blandas med luften där, och med den luften kommer också mycket kloroxid som förstör ozonet där. Om vi tillåter att CFC s.k. Freon släpps ut länge till kommer det tillslut att nå befolkade trakter. Om temperaturen stiger och hålls kvar på väldigt hög värme länge kommer polarisarna att smälta. Det gör att vattenytan kommer att stiga med ca 7m. Om Ozonskiktet blir för tunt kommer höga halter av UV strålning. Det gör att vi människor mycket lätt kan drabbas av hemska sjukdomar som t.ex. cancer, hudtumörer, gråstarr , samt många andra ögon och hudproblem. Enligt forskare kan man mäta tjockleken på ozonlagret med pingvinblod. Pingvinerna på Antarktis lever ju i en drabbad zon med ett stort ozonhål. Genom att mäta pingvinens d-vitaminer som finns i blodet och som blir fler vid ökad UV strålning, kan man räkna ut om det finns ett tunt eller tjockt ozonlager just där. Man har också märkt att växter som finns i drabbade zoner ökar sitt så kallade pigment, för att skydda sig mot strålarna. Det blåa fältet är hålet i ozonlagret över Antarktis. Bilden är tagen i Vilka åtgärder? September år 2000. I stället för att åka en per bil kan vi köra fem personer, då sparar vi 4 gånger så mycket på naturen. Tåg, Buss och annan sorts kollektivtrafik. T.ex. Finland och Sverige, där Kiruna är Europas centrum för ozonforskning. I projektet medverkar också länderna Tyskland, Österrike, Schweiz, Australien, Nya Zeeland och alla länder i norden. Man har bestämt att alla i-länder skulle avveckla sin freon tillverkning fram till 1995, och alla u-länder har tid på sig att avveckla tills år 2000. Men ändå kommer inte all freon tillverkning avvecklas helt, för man måste hitta något ozonvänligt som kan ersätta freonet när det gäller kylskåp och frysar. Därför kommer det att ta lite tid innan pingvinerna på Antarktis kan få minimal sol i ögonen, i stället för starka UV strålar. Vad är växthuseffekten? Det är egentligen tack vare växthuseffekten som vi kan leva här på jorden. Jordytan värms upp av solens kortvågiga strålar. Den uppvärmda ytan sänder i sin tur ut långvågig värmestrålning som snabbt absorberas av växthusgaser i atmosfären och värmer upp den. Den uppvärmda atmosfären strålar tillbaka värme till markytan och temperaturen ökar. Det är detta fenomen som kallas för växthuseffekten. De viktigaste naturliga växthusgaserna är vattenånga och koldioxid. Ökar dessa och andra växthusgaser i atmosfärens luftlager ökar jordens medeltemperatur. Under de senaste 150 åren har människan genom utsläpp ökat luftens halt av växthusgaser och därmed förstärkt den naturliga växthuseffekten. Varför ökar växthuseffekten? Klimatforskarna har kommit fram till att temperaturhöjningen under de senaste 50 åren kan förklaras endast om bidrag från mänskliga utsläpp av växthusgaser inräknas. Människans användning av fossila bränslen, i industrin, för transporter, i elproduktion och för uppvärmning ger utsläpp av koldioxid som skapar ökad växthuseffekt. Växthuseffekten höjer temperaturen på jorden vilket påverkar jordens klimat. För varje år som går blir det allt tydligare att människans utsläpp av växthusgaser påverkar klimatet. Människans utsläpp av koldioxid, som är en växthusgas, skapar ökad växthuseffekt. Koldioxid ingår i kolets naturliga kretslopp som löper mellan atmosfären, hav och land. Genom att atmosfären nu tillförs mer koldioxid än vad växtligheten och haven kan ta emot har systemet rubbats. Koldioxid bildas vid förbränning och kan inte renas bort med den teknik som finns idag. Att koldioxidhalten ökar beror framförallt på den ökade användningen av fossila bränslen. Vid förbränningen frigörs kol som legat bundet i jorden i form av kol, olja och naturgas sedan miljoner år. Varje bensin- eller dieseldriven bil, varje oljepanna och all el som produceras av fossileldade kraftverk bidrar till den ökande koncentrationen av koldioxid. Av världens energikonsumtion kommer ca 80 procent från fossila bränslen. I-ländernas användning av energi- och naturresurser är huvudorsaken till klimatförändringarna. I-länderna bär ansvaret för 80% av utsläppen av växthusgaser. Nedan visas de viktigaste växthusgasernas procentuella bidrag till den ökade växthuseffekten. Vad händer om klimatet förändras? Fortsätter vi att använda fossila bränslen i samma takt som vi gjort kan vi förvänta oss drastiska förändringar av klimatet och det kommer att ske med ökande hastighet. De växthusgaser vi släpper ut idag kommer att påverka jordens klimat flera hundra år framåt i tiden. Om jordens länder tar ansvar för att minska utsläppen under 2000-talet kan temperaturhöjningen begränsas till ca 2 grader under detta sekel enligt klimatforskarnas scenarier. Detta är tre gånger så snabb temperaturhöjning som under 1900-talet. I en värld med fortsatt kraftig befolkningstillväxt, stark ekonomisk tillväxt och fortsatt hög användning av våra fossila resurser skulle jordens genomsnittliga temperatur kunna öka uppemot 6 grader, dvs. 10 gånger snabbare än under de senaste 100 åren. Det mänskliga agerandet framöver har alltså stor betydelse för hur kraftig klimatpåverkan kommer att bli. Men temperaturhöjningen blir olika för olika delar av jordklotet. Ökningen beräknas bli större över land än över hav. Den blir större mot polerna, särskilt vid Nordpolen, än vid ekvatorn och förväntas skapa en ökning av extrema väderförhållanden som stormbyar och kraftiga regnväder. Länderna kring ekvatorn där en stor del av världens befolkning är bosatt och har sämst levnadsförhållanden är de som kommer att drabbas värst av den framtida klimatförändringen. Förutsättningarna för matproduktionen försämras, vattenresurserna minskar där det redan idag är vattenbrist, intensivare värmeböljor, episoder med torka ökar i vissa delar samtidigt som översvämningarna blir värre i andra delar. Klimatförändringarna kommer att ge skador på såväl biologiska och tekniska system som på människans hälsa. De allvarligaste konsekvenserna för jordens befolkning kan bli att det kommer att storma och regna oftare och intensivare än idag. Gymnasiet i Petalax Mamrevägen 13 66240 Petalax Finland Phone: +358-(0)6-3471630 Fax: +358-(0)6-3471635 e-mail: gymnasiet.petalax@malax.fi home page: www.malax.fi/gymnasiet