Ma egy új cikksorozat első részét olvashatjátok, mely a meteorológiáról, időjárásról és az éghajlatról fog szólni.
A sorozatban szeretném bemutatni a Föld energiamérlegét, a víz körforgását, az éghajlat és az időjárás közötti különbségeket, és az időjárási jelenségeket.
Normális esetben ilyenkor maximum 10 fok szokott lenni a nappali havi középhőmérséklet.
Október azonban rendkívül hideg volt, hamar lehullottaka falevelek is.
Ennyi meteorológiai bevezető után nézzük, mi a különbség az időjárás és a klíma között.
Időjárás az, amit magunkon érzünk a Föld egy adott pontján: hideg vagy meleg, látjuk, hogy éppen esik az eső, a hó, vagy süt a Nap.
A klíma (éghajlat) egy adott régióra vonatkozik, és többnyire több év adatait foglalja magában, mely egyezményesen jelenleg 30 év. A referencia intervallum 1961-1990 ebben az évtizedben, ami azt jelenti, hogy az ebben a 30 évben mért hőmérséklet és csapadékmennyiség átlagához viszonyítjuk a jelenlegi tendenciákat és készítünk előrejelzéseket a következő évtizedekre.
Ez azonban nem veszi figyelembe, hogy a jelenlegi 2001-2010 évtizedben megnőtt az extrém események száma (erős szél, tornádók, forróság).
Az éghajlattan egy olyan tudományág, mely a különböző kölcsönhatásokat vizsgálja a légkör (atmoszféra), a vizek (hidroszféra), a jégvilág (krioszféra), a talaj- és kőzetek (pedoszféra és litoszféra) és a élővilág (bioszféra) között. A modern kutatók a sorba beveszik az anthroposzférát is,azaz az ember alkotta tárgyakat, az emberi tevékenységeket, és magát az embert is.
Ahhoz, hogy az időjárásról információt tudjunk adni, néhány adatot mérnünk kell, hiszen nem elég csak azt tudni, hogy most hideg van (fázunk) vagy meleg van (melegünk van), hanem célszerű tudni, hogy hány fok van (hőmérsékletmérés), mekkora a páratartalom, milyen erős a Nap sugárzása, milyen erős szél fúj, mennyi szennyezőanyag van a légkörben (pl. szén-dioxid, metán, ózon), és mennyi csapadék esik adott területen.
Az éghajlat változásához azonban további adatokra van szükségünk: talajhőmérséklet, talaj nedvességtartalma.
A különböző éghajlati elemek között visszacsatolási rendszerek vannak, ezek pozitív és negatív irányúak is lehetnek.
Negatív visszacsatolás például, amikor a felmelegedés hatására a növények nagyobb területen tudnak élni, ezáltal több növény lesz a Földön, így több szén-dioxidot tudnak megkötni. A szén-dioxid koncentrációja így csökken, tehát összességében idővel lehűlés lesz a végeredmény, ha az emberi tevékenység által hozzáadott mennyiséget most nem vennénk figyelembe.
Pozitív visszacsatolás például, amikor az erős felmelegedés mellé erős napsugárzás is társul, így megnő a növények által leadott vízgőz mennyisége. Összességében megnő az atmoszférában a szén-dioxid koncentrációja, ami további felmelegedést eredményez.
Az éghajlatot és az éghajlati övek kialakulását nagy mértékben meghatározza, hogy milyen pozícióban kerüli meg a Föld a Napot. Ezt Milankovich.ciklusnak nevezzük:
A Föld tengelye jelenleg 23,5 fokot megdőlt, iránya úgy alakul, hogy a déli félgömb mutatja magát a Nap felé. Az előbbi dőlés 41ezer évente változik, a tengely iránya 26ezer évente változik. Ilyenkor az évszakok is megváltoznak: szeptemberben akár napközel is lehet, ami telet jelent. Ugyanígy április hónapban is előfordulhat ez a jelenség.
A harmadik ciklus az excentricitás, mely megmutatja, hogy milyen közel kerül a Naphoz a Föld tavasszal és ősszel. Ez a ciklus kb. 100Ezer évente változik.
Nézzük először a légkört.
A légkör összetétele:
78% nitrogén
20,95% oxigén
0,93% argon.
A légkör tartalmaz továbbá további nemesgázokat (hélium, neon, kripton, xenon), illetve olyan gázokat, melyek kis koncentrációban vannak jelen, de koncentrációjuk gyorsan változik. Ilyen gázok többnyire az üvegházhatású gázok: szén-dioxid, vízgőz, metán, dinitrogén-monoxid, ózon, aeroszolok (folyadék és por), por, korom, jalogénezett szénhidrogének, kén-hexafluorid.
A legfontosabb üvegházhatású anyag a vízgőz, a legerősebb azonban a kén-hexafluorid.
A légkör felépítése:
12 km magasságig: troposzféra
12-50 km: sztratoszféra (hőmérséklet -40 és +10 fok között)
50-80 km: mezoszféra (lehűlés -60 fokig)
85 km felett: termoszféra (hőmérséklet emelkedik)
A levegő sűrűsége a magassággal csökken.
A légkörben lévő üegházhatású gázok különböző mértékben nyelik el az ultraibolya (UV) sugarakat, majd infravörös (IR) sugarakat bocsátanak ki. Ezt az erősségbeli különbséget globális felmelegedési potenciálnak (Global Warming Potential, GWP) nevezzük.
Egyezményesen 1 molekula CO2 GWP=1, a többi gáz hatását ehhez képest adjuk meg. A metán esetében ez 21-szeres, a dinitrogén-monoxid kb. 300-szoros, a kén-hexafluorid pedig 22800-szoros. Vagyis ennyivel szorgalmasabban nyelik el az UV-sugarakat és bocsátanak IR-sugarakat.
Az éghajlat nagy mértékben függ a Naptól. A Nap energiát sugároz a Föld felé, ami tulajdonképpen az egész földi élet mozgatója, motorja.
A Nap sugarai nélkül lehetetlen lenne az élet (pl. Fotoszintézis).
A Nap sugarai elektromágneses hullámok, avagy részecske természete is van: fotonok a fény részecskéi. Ez a hullám- és részecsketermészete a fénynek.
A fény információt szolgáltat konkurenciáról (állatok látják egymást), táplálékról, és energiát ad a magoknak, hogy kicsírázzanak.
Az energiamérleg nem enne teljes, ha csak a beérkező energiát vennénk figyelembe. Minden test, így a Föld is sugároz energiát, mely a hőmérsklettől függ. Ez az energia infravörös tartományú, azaz hőenergia.
Minél melegebb egy test, annál több energiát ad le, és minél melegebb a test, annál rövidebb hullámhosszú energiával sugároz.
Egyrészt részben visszaverődnek a molekulákról és aueroszol anyagokról, másrészt részben elnyelik a légkör alkotóelemei a sugarakat.
A továbbjutó sugarak az alsóbb rétegekben lévő felhőkről is visszaverődhetnek, illetve részben a olekuák is elnyelhetik. A földfelszínre jutó UV-sugarak részben visszaverődnek, részben a Föld elnyeli. A Földnek az UV-sugarakat visszaverő képessége az albedó, ami jelenleg kb. 30%, vagyis a földfelszínre beérkező UV-sugarak 30%-a midnenféle változás nélkül vissza is verődik a világűrbe.
A másik oldalon a molekulák, melyek az UV-sugarakat elnyelték, a földfelszín felé IR-sugarakat bocsátanak ki, a talaj szintén bocsát ki IR-sugarakat. Ez utóbbi sugarakat az üvegházhatású gázok részben elnyelik, részben kibocátás révén a Föld felé visszajuttatják. Ez utóbbi a természetes üvegházhatás.
Az IR sugarak egy része módosulás nélkül kijut a világűrbe, más része a párolgás révén az energiatranszportban vesz részt.
Az energiatranszport az a jelenség, amikor a felszíni vizekből és a talajból elpárolog a víz, a növények pedig vízgőzt bocsátanak ki, majd ez a víz kondenzál, felhő képződik. A légáramlásoknak köszönhetően a felhők vándorolnak, majd máshol eső vagy más csapadék formájában a víz lehullik.
Így energia továbbtható például a trópusi égövből Európa felé a Golf-áramlat segítségével.
A Földre érkező UV-sugárzás mértéke novemberben kb. 350 W/m2, júniusban 1000 W/m2.
Az albedóról: a friss hó visszaverő képessége közel 95%, a sötét felületeknek viszont csak 1%.
A Napból származó energia tehát nagyon fontos:
– segíti a növények vzleadását, ebből vízgőz keletkezik, így a felhőképződésben szerepet játszik;
– a fotoszintézis mozgatómotorja
– részt vesz a szelek kialakulásában: légtömeg felmelegszik, sűrűsége csökken, térfogata megnő, ezért az adott légtömeg felfelé mozdul el, helyét fidegebb veszi át.
– magas- és alacsony légnyomású területek alakulnak ki a hőmérséklet-különbség alapján
A következő cikkekben megnzzük:
– mi történik egy felhős és egy felhőmentes éjszaka
– mi a természetes üvegházhatás, mi a hőmérséklet
– tanulmányozni fogjuk a víz körforgását
stb.