Du er her: Forsiden » Hav » Tetthet og varmekapasitet: Saltholdighet og temperatur, luft og hav

Tetthet og varmekapasitet: Saltholdighet og temperatur, luft og hav

Figur 1: Lufttemperatur er ofte ganske forskjellig fra havtemperaturen (Meteorologene 2017)!

Fokus for denne oppgaven er betydning av salinitet og temperatur for havets fysiske egenskaper og forskjellen i varmekapasitet mellom luft og hav. Den inneholder to korte forsøk, og er ment som bakgrunnsstoff for en bedre forståelse av andre oppgaver.
Mål: Forstå konsept om varmekapasitet og tetthet

  1. Tetthet måles i vekt/volum, for eksempel kg/l, og beskriver hvor mye et visst volum av et stoff veier.
    a) Hvis man har en mengde vann som man varmer opp et par grader, hva skjer med tettheten til vannet?
    b) Og tilsvarende, hvis man tilsetter salt til en mengde vann, hva skjer med tettheten til vannet?
    c) Ved hvilken temperatur har vann høyest tetthet, og endrer svaret på dette hva du svarte i spørsmål 2a?
  2. Gi en kort forklaring på hvorfor salt og temperatur har den effekten de har på tettheten til vann.
  3. Dette enkle forsøket illustrerer vannets avhengighet av saltholdighet og temperatur, og kan utføres på laben på skolen, eller hjemme på kjøkkenet.
    Utstyr: Kjøkkenvekt, to litermål, bordsalt.
    Fyll et litermål med vann og notér volum og vekt (pass på å veie litermålet først så du vet hvor mye vannet faktisk veier!). Hell så like mye vann i det andre litermålet og tilsett en god del bordsalt i litermålet med vann. Notér igjen volumet i litermålet og vekten av vann + salt. Hva har skjedd med forholdet mellom volum og vekt? Regn ut tetthet av ferskt vann, og det salte vannet du har blandet. Hva sier dette om tettheten til saltvann vs. ferskvann? Ved å helle vann ut av et av litermålene, få dem til å veie like mye, se på ‘havnivået’ i de to litermålene, og trekk en slutning angående havnivå til relativt ferskt sjøvann, og relativt salt sjøvann. Ut ifra svarene du ga i 1b) om temperatur, gjør et tankeeksperiment lignende det beskrevet over, og forklar hvordan havnivå endrer seg som følge av temperaturendringer. Diskuter med sidemannen hvorfor disse to forskjellene kan være viktig for forhold i havet.


    Et konsept som er relatert til temperatur og som også har en sentral rolle i forståelsen av klimaendringer og endringer i havet som følge av dette er varme og varmekapasitet. Når lufttemperaturen på jorda endrer seg, endrer også temperaturen i havet seg. Men hvordan endrer temperaturen i lufta og havet seg i forhold til hverandre? På en varm dag i april kan du kanskje gå i t-skjorte og shorts som om det var sommer, men likevel ville du aldri hoppet i sjøen for å bade. Luften varmes altså lettere opp enn vann, og dette har med varmekapasiteten til vann og luft å gjøre.
  4. Les denne artikkelen på NOAA sine sider om instrumentet CTD (NOAA Ocean Explorer n.d.). Noter hva dette instrumentet måler, og hvilke to viktige egenskaper til vannsøylen disse målingene gir informasjon om. (temp, konduktivitet vs dyp, temp og salt).
  5. Gå inn på bøyen Gabriel sin nettside ektedata.no, og last ned data over lufttemperatur og havtemperatur over en tidsperiode på ett år (du må gjerne velge en lengre tidsperiode om du vil, men det er ikke nødvendig for denne oppgaven. Det viktige er at de to datasettene er fra samme tidsperiode). Dersom du ønsker kan du se på disse instruksjonsvideoene for hvordan man laster ned data fra Gabriel før du setter i gang. Husk å gjøre et gjennomtenkt valg når du velger hva slags tids- og dybdegjennomsnitt du velger. Overfør datene til Excel eller Geogebra, og tegn inn punktene til de to datasettene i samme figur. Notér en kort forklaring på varmekapasitet (se gjerne gjennom denne artikkelen hos Store norske leksikon), se på figuren og gi en forklaring på hvorfor havets og luftas temperatur endrer seg i forhold til hverandre slik som de gjør ved å bruke begrepet varmekapasitet.
  6. Dersom du nå føler du forstår hva varmekapasitet er og forskjellen mellom luft og vann, tør du kanskje nå å utføre forsøket vist i filmen under. Diskutér hvorfor ballongen med vann ikke sprekker og hvorfor ballongen med luft sprekker med en gang lighteren tennes.
    Lagfilm/finnfilm!!!!
  7. Se på figuren under, og forklar hva du ser ved hjelp av svarene fra oppgaven over. Legg spesielt merke til enheten på y-aksen. Forklar forskjellen mellom de øverste lagene i havet og dyphavet, og kom med et forslag til hva som kan være årsaken til de negative hav-verdiene mellom 1960 og 1970. Gi også en forklaring på hva denne oppvarmingen av verdenshavene kan ha for det globale klimaet.

    Figur 2: totalt endring i varmeinnhold på land/is/atmosfære, i øverste del av havet og dyphavet siden 1960 (Nuccitelli et al 2012).

     

  8. CO2 er en drivhusgass, og dermed er økte konsentrasjoner av denne en årsak til global oppvarming. Med dette som bakgrunn, forklar sammenhengene som vises mellom \( CO_{2} \) , temperatur og økning i havnivå i figuren under.

    Figur 3: Figur 5-2 fra IPCC’s Climate Change 2001: Synthesis Report. Selv om utslipp av CO2 stanses idag, vil ikke konsekvensene av utslippene stabiliseres før om flere hundre til tusener av år

Kompetansemål som passer innunder denne oppgaven

Geofag 2

  • presentere informasjon om klimaendringer i polare områder og gjøre rede for ulike syn på årsaker til klimaendringer og virkninger av dem

Fysikk 1

  • gjengi og drøfte kvalitativt termofysikkens første og andre lov

Generell forståelse av grunnleggende konsepter innen termodynamikk som varmekapasitet, og hvordan dette spiller inn på vekselvirkninger mellom hav og atmosfære som er helt sentralt i forståelsen av klimaendringer.

Kilder: 

Meteorologene [Meteorologene] 2017, ‘Bade i sjøen i kveld? Det er stedvis varmere i vann enn på land i SørNorge. Kos deg!’, Twitter post, 12. juli. Tilgjengelig via: https://twitter.com/Meteorologene/media. [19. juli 2017].

NOAA Ocean Explorer n.d., CTD stands for conductivity, temperature, and depth, and refers to a package of electronic instruments that measure these properties. tilgjengelig via: http://oceanexplorer.noaa.gov/facts/ctd.html. [19. juli 2017].

Nuccitelli et al 2012, Total heat content, image. Tilgjengelig via: https://skepticalscience.com/graphics.php?g=65. [19. juli 2016].

IPCC Climate Change 2001: Synthesis report Figure 5-2, After CO2 emissions are reduced and atmospheric concentrations stabilize, surface air temperature continues to rise by a few tenths of a degree per century for a century or more, image. Tilgjengelig via: https://www.ipcc.ch/ipccreports/tar/vol4/english/fig5-2.htm. [19. juli 2017].

 

1 kommentar

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert. Obligatoriske felt er merket med *