A NAPSUGÁRZÁS
Dr. Lakotár Katalin
Sugárzás: energiaátadás NAP elektromágneses hullámok
FÖLD
elektromágneses sugárzás = fotonok árama -minden irányba terjed -terjedéshez közvetítő közeg nem kell -hőenergiává csak anyagi közegben alakul át -hőenergia átadás csak anyagi közegben jön létre
-légköri folyamatok fő energiaforrása a részecskesugárzás és elektromágneses sugárzás napsugárzás energiaforrása atommag reakció, amely a Nap belső részeinek rendkívül magas hőmérsékletén - 20-50 millió fok - nagy nyomáson megy végbe Nap tömegének 98%-át kitevő hidrogén atomjai héliumatomokká alakulnak át felszabaduló energia szétszóródik, majd többszöri átalakulás után eljut a Nap felszínére elektromágneses sugárzásként szóródik a világűrbe légkör anyagával kölcsönhatásba kerül: 1.légkör alkotórészei elnyelik (abszorpció) 2.eredeti haladási iránytól eltérítik (szórják) világosság
elektromágneses sugárzás = hullámok formájában tovaterjedő elektromágneses energia -elektromágneses sugárzás hullámtermészetű -hullámhossz(λ): két azonos rezgésállapotban levő pont távolsága - mértékegység:mikrométer -minél rövidebb a sugárzás hullámhossza, annál nagyobb az energiája -frekvencia:adott idő alatt elhaladó hullámcsúcsok száma -hullámhossz és frekvencia között fordított arányosság -rövidebb hullámhossztól a hosszabb felé haladva: gamma-sugárzás, röntgensugárzás, ultraibolya sugárzás, látható fény (46%),infravörös sugarak – hősugárzás (47%), rádióhullámok
elektromágneses sugárzás különböző hullámhosszúságú sugarakból áll: -10% rövid hullámhosszú (380 nm-ig) ultraibolya sugárzás (UV) - 45% látható fény (380-720 nm hullámhossz) - 45% láthatatlan infravörös tartományba (720 nm felett) esik -földfelszínt melegíti -infravörös sugárzást a növények elnyelik, az alacsonyabb tartományba esőt visszaverődnek -Föld által visszasugárzott energia legnagyobb része a légkörben újra elnyelődik, majd visszasugárzódik
Föld légkörének külső határára érkező napsugárzás -26%- a visszaverődik szórt sugárzásként a világűrbe -23%-át a légköri gázok elnyelik, hővé alakítják -51%-a éri el a felszínt 33% közvetlen rövidhullámú sugárzás 18% diffúz sugárzás -a földfelszín a napsugárzás 10%-át visszaveri 5% a légkörben elnyelődik, 5% pedig a világűrbe
légkör a földfelszínre érkező napsugárzás gyengülését okozza, amit jelentősen befolyásol az időjárás állandó változásától függő felhőzet és köd napsugárzás jelentős részét visszaverik, ill. elnyelik. Elektromágneses sugárzás erősségét a napállandó fejezi ki: közepes Föld-Nap távolság esetén a légkör külső határán a sugárzásra merőleges keresztmetszeten időegység alatt áthaladó energia 1365 W/m² = 1.365 kW/m²
Energiaspektrum a felszínen: kissé más eloszlás, mint a légkör külső határán -légkör alján legtöbb energiát szállító hullámhossz nagyobb rövidebb hullámoknál áthaladáskor nagyobb a veszteség -0,3 nm rövidebb hullámok – röntgensugarak és ultraibolya jelentős része - hiányoznak ózonréteg elnyeli -egyes hullámhosszaknál – főleg infravörös – energiacsökkenés, elnyelési sávok vízgőz, szén-dioxid okozza
A napsugárzás eloszlása
Magyarország „legnapsütöttebb” és „legkevésbé napsütött” helye között a különbség mindössze kb. 8%.
A magyarországi napfénytartam éves megoszlása
A havi átlagos napbesugárzás 2000 áprilisában, a Meteosat-7 mérései alapján, kilowattóra/m2 egységekben. Magyarország egész területére pl. 4000-5000 kWh/m2 érték a jellemző. (Kép: Univ. Oldenburg)
Sugárzási törvények -sugárzási törvény az úgynevezett abszolút fekete test állapotra készült: a testet idealizálva tekintjük, azaz úgy vesszük, hogy a test az összes elnyelt sugárzást maradéktalanul vissza is sugározza ilyen test nincs, de ezen állapotot megközelítő test sok van Plank törvény: az adott hullámhosszhoz tartozó energia a hullámhossz és a hőmérséklet függvénye Eλ=f(λ,Τ) Kirchoff törvény: test T hőmérsékleten és λ hullámhosszon e(λT) mennyiségű energiát bocsát ki magából és ugyanilyen feltételek mellett a(λT) mennyiségű energiát nyel el
Stefan-Boltzmann törvény: a kisugárzott összes energiamennyiség csak a sugárzó test abszolút hőmérsékletétől függ, annak negyedik hatványával arányos Wien-féle törvény: a sugárzás eltolódási törvény szerint a maximális sugárzás hullámhossza a rövidebb vagy hosszabb hullámhossz-tartományokba tolódik el a sugárzó test hőmérsékletének függvényében.
Üvegházhatás: légkör hővisszatartó képessége
Nap rövidhullámú sugárzás energia a Földre -légkörbe lépő sugárzás teljesítménye kb. 1370 watt/m² földfelszín: 324 watt/m² csökken -beérkező energia 30%-a visszaverődik a világűrbe, fennmaradó rész (240 watt/m²) elnyelődik melegí- ti a felszínt felmelegíti a légkört energia infra-vörös sugárzás formájában távozik -legnagyobb visszaverődés a sarkokon:hó, jég, bee-sési szög alacsony -Föld által elnyelt és a világűr felé kisugárzott energia évi mérlege nulla ha nem így lenne, a Föld hőmér-séklete folyamatosan növekedne üvegházhatás jelensége: üvegházhatású gázok fal a Föld felszíne és a világűr közt átengedik a napsu-gárzást, nem engedik át a
Üvegházban élünk? Joseph Fourier' fedezte fel 1824-ben, számszerűleg először 1896-ban Svante Arrhenius svéd kémikus vizsgálta 1998–ban Buenos Airesben 180 ország részvételével ENSZ konferenciát tartottak az üvegházhatás káros következményeinek csökkentése érdekében. 1960-as évekig: levegő vízgőztartalma, a szén-dioxid, a metán, az ózon, a dinitrogén-oxid 60-as évektől: freonok szerepe erősen megnövekedett
Az üvegházhatásért felelős legfontosabb gázok átlagos koncentrációja a Föld légkörében (ppm: part per million): Szén-dioxid
Nitrogén-oxidok
Freonok
Ózon
Metán
Iparosítás elõtt
290
0,28
…
0
0,70
1980
339
0,30
0,0015
0,03
1,55
1993
363
0,31
0,0017 - 0,0030
0,035
1,70
Becslés 2030-ra
450
0,50
0,0035 - 0,0060
0,04
2,4
Milyen veszélyek fenyegetik a Földet az üvegházhatás növekedése miatt? -üvegházhatású gázok kibocsátása az utóbbi évek ütemében: 2030-ra a Föld átlaghőmérséklete 3 - 6 °C-kal emelkedne -hőmérséklet növekedése mellett jelentősen (akár 30 %) csökkenne a csapadék évi mennyisége - 1 - 2 °C-os évi középhőmérséklet-növekedés 100 év alatt 40 cm-rel emelné meg a világtenger szintjét az elolvadó jégtömegek miatt
Az üvegházgázok hozzájárulása a Föld felmelegedéséhez Gáz
Szén-dioxid
Nitrogén-oxidok
Freonok
Ózon (a troposzférában)
Metán
A felmelegedéshez való hozzájárulása 2000-ig
A felmelegedéshez való hozzájárulása 2050-ig
Középhõmérsékletet növelõ hatása 2050-ig
42 - 46 %
51 - 60 %
1,5 - 6 °C
3-4%
6-9%
0,25 - 1,0 °C
30 - 35 %
20 - 23 %
0,3 - 0,7 °C
14 %
...
0,8 °C
6 - 12 %
3 - 23 %
0,3 °C
Jégfúrások -grönlandi és az antarktiszi jégtakarókból vett fúrásminták 200 ezer évre visszamenőleg tájékoztatnak a légkör összetételének változásairól lehullott, jéggé alakult hó kis légbuborékokat tartalmaz -jégbe zárt légbuborékok arról is tanúskodnak, hogy milyen hőmérséklet-változások mentek végbe a közvetlen mérések kezdetét jóval megelőző időkben - nemrég elvégzett vizsgálatsorozatkor öt kontinens (kivéve az Antarktisz) 616 pontjáról fúrásminta megerősítette azt a feltételezést, miszerint a XX. szban a hőmérséklet növekedett.
Korallminták vizsgálata -korallminták elemzéséből következtetni lehet a tengervíz egykori hőmérsékletére és sótartalmára, rekonstruálható egy adott korszak éghajlata -új-guineai Houn-félsziget korallteraszokból áll, kéregmozgások emelték felszínre 130 ezer éves korallok vizsgálatára van lehetőség -korallt izotópos és vegyi elemzésnek vetik alá, 14 különböző, egyenként 20-100 éves korszak éghajlatáról ad képet -40 ezer évvel ezelőtti glaciális és a 125 ezer évvel ezelőtti interglaciális korszakban keletkezett korallminták vizsgálatával sikerült kiértékelni az El-Nino jelenség viselkedését a különböző éghajlatú korokban
Vízmelegedés hatására a korallok kilöki az őket színező algákat
Izotópos vizsgálatok -legáltalánosabb módszer a földtörténeti korok éghajlatának rekonstruálására globális felmelegedés okainál nehéz megkülönböztetni a természetes folyamatok és az emberi tevékenység hatását -módszer azon alapul, hogy a természetes folyamatok és emberi tevékenység során kibocsátott széndioxid szénatomjainak izotópmegoszlása különböző természetes szén-dioxid szénatomjai mérhető radioaktivitást mutatnak, a fosszilis energia-hordozók elégetése során keletkezett szén-dioxid szénatomjai elvesztették radioaktivitásukat a keletkezésüktől fogva eltelt évmilliók alatt
