Jordatmosfären

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