Albedo-effekten | Rapport | Naturgeografi C

Side 1

11|11|15

Albedo
 Naturgeografi C

STX 2.g

Herning Gymnasium 2014x

Side 2

1

Indholdsfortegnelse

Indledning .......................................................................................................................................................... 1 Teori ................................................................................................................................................................... 2 Albedo ............................................................................................................................................................ 2 Insolation ................................................................................................................................................... 3 Absorption ................................................................................................................................................. 3 Global opvarmning ......................................................................................................................................... 5 Formål og teori .................................................................................................................................................. 6 Materialer og metoder ...................................................................................................................................... 6 Fremgangsmåde ............................................................................................................................................ 6 Materialer ...................................................................................................................................................... 6 Resultater ........................................................................................................................................................... 7 Databehandling .................................................................................................................................................. 7 Diskussion .......................................................................................................................................................... 8 Konklusion .......................................................................................................................................................... 9 Indledning

Når solens stråler rammer et materiale, så absorberes en del af strålingen og omsættes til varme. Det er en af grundene asfalt bliver ulideligt at gå på med bare tæer om sommeren, og sandet på en strand bliver varmere og varmere som dagen går.

Men ikke alle materialer og farver er lige gode til at absorbere solens stråler, og hensigten med dette forsøg

har været, at observere, hvordan forskellige materialer/farver opvarmes af solen. For forskellige materialers

evne til at absorbere eller reflektere solens stråler, har faktisk stor betydning for Jordens klima og den globale opvarmning.

Når man f.eks. fælder en hel skov, så ændrer man jordoverfladens absorptions- og reflektionsevner. Det samme sker, når isen på polerne smelter, og disse ændringerne kan både være med til at bekæmpe samt forværre den globale opvarmning.

Side 3

2

Teori

Albedo

For at forstå et objekts refleksionsevne, skal man kigge på begrebet albedo. Albedo er et begreb, som bruges til at beskrive, hvor godt et materiale er til at reflektere eller absorbere solens stråler. F.eks. har nyfalden sne en albedo på op mod 90%, mens kul har en albedo på kun 4%.

For at forstå, hvorfor det forholder sig sådan, må man forstå, hvad albedo er.

http://climate.ncsu.edu/secc_edu/images/albedo.bmp

Albedo angiver andelen af sollys et objekt eller materiale reflekterer. Som det ses på billedet ovenover, så vil et objekt med en høj albedo reflekterer en stor andel af solens stråler, mens objektet med en lavere albedo vil absorbere dem.

Størstedelen af objekter har en albedo på mellem 0,1 og 0,9. Har det en albedo på 1, vil materialet reflektere

                                                              1
alle strålerne, mens objektet med en albedo på 0 vil absorbere alle strålerne.

Materiale | Albedo
Nyfalden sne | 80-95%
Tykt lag skyer | 70-80%

Vand m. solen nær horisonten 50-80%

Gammelt sne | 50-60%
Lys jord | 25-45%
Tyndt lag skyer | 20-30%
Tør jord | 20-25%
Våd jord | 15-25%
Løvskov | 15-20%
Mørk jord | 5-15%
Asfalt | 5-10%
Afgrøder | 10-25%
Nåleskov | 10-15%

Vand m. solen nær zenit 3-5%

Ovenover ses et skema over forskellige materialers albedo. Jordens gennemsnitlige albedo ligger på nuværende tidspunkt på omkring 30%, men dette kan hele tiden ændre sig af forskellige grunde heriblandt

                  23
menneskelig aktivitet.

1

http://klimaleksikon.dk/opslag/albedo 06|11|15

2

http://www.folkecenter.dk/dk/rd/solenergi/albedo_effekten/ 06|11|15

3

http://naturgeografi.gyldendal.dk/Indgange/Kernestof/klima/Energibalancen/Indhold/Jordens%20albedo.aspx 06|11|15

Side 4

3

http://www.nasa.gov/vision/earth/lookingatearth/albedo.html

Albedo ændrer sig med årstidernes skiften. Her er et kort over den globale albedo i løbet af året, 2002.

Skovfældning og global opvarmning har selvfølgelig ændret billedet siden, men dette er det seneste billedet, jeg

har kunnet finde.^{4}

Insolation

Insolation er den mængde af sollys, som rammer en overflade (f.eks. jorden). Dette kaldes mere almindeligt solindstråling.

Insolation varierer alt efter, hvor i verden man befinder sig. Solinstråling vil selvfølgelig være højest, når fladen vender direkte mod solen. Det er derfor Jorden modtager mindre energi fra solens stråler omkring polerne og mest ved Ækvator. Dags- og sæsonlængden kan også varierer.

https://gulfofmexicooilspillblog.files.wordpress.com/2010/11/world-oil-reserves-map.gif

Områder med mørkeste røde farver har største solindstråling.

Det er desuden ikke alle solstråler som når Jorden. Mange bliver absorberet i atmosfærens indhold af gasser,

                                                                5
støv og skyer. Skyerne reflekterer også en del direkte tilbage til verdensrummet.

Niveauet af insolation i et område er vigtig i forhold til, hvor meget albedo vil påvirke temperaturerne. Høje albedo områder på Grønland og i Antarktis regioner er kolde på grund af lav solindstråling, mens områder som Sahara-ørkenen, der også har en relativt høj albedo, vil blive varmere på grund af høj solindstråling.

Tropiske og subtropiske regnskovs områder har lav albedo, men er meget varmere end deres tempererede modparter, som har en lavere solindstråling. Fordi solindstråling spiller en så stor rolle i opvarmning- og afkølingseffekterne af albedo, vil områder med høj insolation (e.g. troperne) vise større udsving i temperatur, når de lokale albedoværdier ændres.

Dvs. at fældes store mængder af de tropisk regnskove vil områdets albedo gå fra 15-20% til 10-15%, hvis der plantes afgrøder. Parres dette med en høj insolation vil områdets temperatur stige mere eller mindre voldsomt.

Absorption

Den del af solstrålerne, som ikke reflekteres, vil blive absorberet. Albedo angiver, hvor stor en del reflekteres.

Hvis du ser på billedet herunder, kan du se, hvordan albedo påvirker mængden af solstråler som absorberes og omdannes til varme.

4

http://www.nasa.gov/vision/earth/lookingatearth/albedo.html 06|11|15

5

http://klimaleksikon.dk/opslag/insolation 06|11|15

Side 5

4

a = albedo

Hvis vi bare har et åbent hav, så vil 94% af solens stråler bliver absorberet, og kun 6% procent reflekteret. Et hav med et lag bar is, vil derimod absorberer og reflekterer hver 50% af solstrålerne, mens et hav med et lag is og sne kun vil absorberer 10%.

Kort sagt er absorption de solstråler som bliver omdannet til varme. Absorptionen er en vigtig del af vores klima, da den regulerer temperaturen både i hele den nedre atmosfære samt ved jordoverskorpen og havenes overfladevand.

Det vil sige, at når jordoverfladen ændres e.g. ved gletsjerdannelse eller afskovning, har det indflydelse på absorptionen. Ændringerne er konsekvens af forandringer i albedo. Fordi menneskelige aktiviteter og global opvarmning ændrer forholdet mellem refleksion (albedo) og absorption, er der risiko for, at der sker en acceleration i Jordens opvarmningsproces.

http://klimaleksikon.dk/sites/klimaleksikon.dk/files/imagecache/240/solar_interaction_schem_0.jpg

Beskrivelse af billedet herover: Hvis vi siger, at solens stråler tæller 100, når de bevæger sig fra solen mod Jorden.

30% vil blive reflekteret fordelt på følgende måde, de 6% af atmosfæren, 20% af skyerne og 4% af Jordens overflade. 19% vil blive absorberet af atmosfæren og skyerne, mens de resterende 51% bliver absorberet af Jordens overflade.

Størstedelen af den absorption, som forgår direkte i atmosfæren, skyldes vanddamp. Det anslås, at vanddamp er grund for omkring 70% af den atmosfæriske absorption. Vanddampen absorberer desuden også 60% af den termiske stråling (varmestråling), der udsendes fra Jorden efter absorption af indstråling.

Det er denne proces, der betegnes som drivhuseffekten.

Et andet sted, hvor absorption foregår er i planter og alger. Her foregår det under det man kalder

                                                 6
fotosyntesen, hvor indstrålingen omdannes til kemisk energi.

6

http://klimaleksikon.dk/opslag/absorption 06|11|15

Side 6

5

Global opvarmning

Albedo påvirker både klimaet og vejret. Man kan sige, at al slags vejr i bund og grund er et resultat af den ujævne opvarmning af Jorden, som sker da forskellige områder har forskellige albedoer. Albedo er derfor en væsentlig faktor i nutidens klima, og dette kan også medføre forskellige problemstillinger. Menneskene ændrer nemlig hele tiden Jordens albedoer. Dette gøres f.eks. gennem skovrydning, landbrug og urbanisering. Man ved, at disse handlinger ændrer albedo, men det er imidlertid vanskeligt at kvantificere effekten på et globalt plan.

Når man omtaler albedo-effekten i sammenhæng med klimaforandringer, så drejer det sig i bund og grund om, hvordan Jordens temperatur stiger, polerne smelter, havene stiger, og millioner af menneskers liv bliver påvirket på en mere eller mindre negativ måde.

Endvidere, vil der ske det, at hvis isen på f.eks. Grønland smelter, så blotlægges den mørke jord derunder.

Den mørke jord har en langt lavere albedo på måske omkring 30%, mens sne og is kan have en albedo på op til 90%. Den optagne energi omdannes til varme og temperaturen vil stige yderligere, hvilket vil resultere i at mere is smelter. Denne proces er et eksempel på positiv feedback ved opvarmning dvs. opvarmning sætter

                                              7
gang i flere processer, der yderligere øger opvarmningen.

Heldigvis kan albedo-effekten også bruges til at sænke temperaturen. Hvis man nu maler alle tage, veje og andre store overflader i lyse farver, vil en stor mængde varme blive reflekteret frem for at blive absorberet.

Hvis alle gjorde dette, kunne det medvirke til en stor nedgang i temperaturen.

Forskere har endda undersøgt, hvordan brugen af spejle kunne hjælpe klimaet, og de har beregnet, at

60.000 m^{2} solreflekterende spejle placeret i f.eks. ørkener kan nedkøle Jorden så meget, at

klimaforandringerne helt stopper. Dette svarer til ca. 1,25 gange hele Danmarks areal. Problemet i dette ville, som altid, være prisen. 280 milliarder USD (dvs. ca. 1,6 trillioner DKK) ville det koste at gennemføre denne ”plan”.

Generelt kan viden om albedo-effekten ændrer verdens klimaproblemer på mange områder. I Californien har man beregnet, at man ved at installer lyse fortove kan nedsætte brugen af aircondition og spare op imod

100 millioner kroner. Det er en hel del penge. Grunden til, at dette kan være er, at fortovene, når de

opvarmes om sommeren, giver denne varme videre til luften.^{8}

7

http://www.dmi.dk/laer-om/temaer/klima/klimaord/albedo/ 06|11|15

8

http://www.folkecenter.dk/dk/rd/solenergi/albedo_effekten/ 06|11|15

Side 7

6

Formål

At observere og måle, hvordan forskellige farver absorberer lysenergi.

Materialer og metoder

Fremgangsmåde

Læg papirstykkerne i solen på et isolerende underlag – f.eks. en trøje (på et bord, fliserne eller græsset).

Vent et par minutter og mål temperaturen på de enkelte felter. Udfyld skemaet med dine måleresultater.

Vent et par minutter og gentag målingerne. Pas på, at I ikke skygger, så papirstykkerne ligger i skygge. Hold samme vinkel til papiret.

Materialer

- 500 watt malerlampe

- IR-termometer

- A4 papir m. 6 nuancer fra hvid til sort

Side 8

7

Resultater

Starttemperatur: 22,8° C

0% 20% 40% 60% 80% 100%

1. måling (efter 2 minutter) 22,9° C 23,6° C 24,3° C 24,6° C 24,7° C 24,9° C

2. måling (efter 4 minutter) 23,0° C 23,6° C 25,2° C 25,3° C 25,2° C 25,3° C

3. måling (efter 6 minutter) 23,3° C 23,9° C 25,2° C 25,7° C 25,6° C 25,8° C

4. måling (efter 8 minutter 23,6° C 24,4° C 25,0° C 26,4° C 26,1° C 26,4° C

5. måling (efter 10 minutter) 23,6° C 24,3° C 25,8° C 26,3° C 26,6° C 26,9° C

6. måling (efter 12 minutter) 23,9° C 25,4° C 26,3° C 26,9° C 26,9° C 26,9° C

7. måling (efter 16 minutter) 25,2° C 24,9° C 26,1° C 26,5° C 26,4° C 27,5° C

8. måling (efter 24 minutter) 24,7° C 26,1° C 27,6° C 28,3° C 28,3° C 28,6° C

Databehandling

Her kan man se, at temperaturen over hele papiret stiger jo længere tid, der går. Allerede efter 5 minutter er det tydeligt, at nogle farver er blevet varmere end andre. Forskellen er tydeligst at se mellem 0% og 20%, hvor de andre flyder lidt sammen.

0

5

10

15

20

25

30

35

25 30

Temperatur i celcius

Tid i minutter

Ændringer i temperaturen

0% 20% 40% 60%

80% 100% Lineær (0%) Lineær (20%)

Lineær (40%) Lineær (60%) Lineær (80%) Lineær (100%)

Side 9

8

Forskellen er dog allertydeligst, hvis man sammenligner 0% - altså det helt hvide stykke - og 100% - det helt sorte. Her kan man se, at de starter ud med begge, at være 22,8 grader celsius, men allerede efter de første minutter er der en tydelig forskel.

Diskussion

Selvom målingerne ikke kan være helt præcise, så kan man se, hvordan papiret med 100% sort nuance varmer op langt hurtigere end den med 0%. Hvor den hvide (0%) kun flytter sig 1,9 grader celsius, så flytter den sorte (100%) sig med hele 5,8 grader celsius.

Dataet påviser på nogle områder, hvad jeg har skrevet i teoriafsnittet. Hele vejen igennem har den hvide farve (0%) en temperatur lavere end de andre, men når vi kommer forbi 60% går det lidt galt. Her er der stor variation i temperaturerne, som både går op og ned, jo længere tid der går. 60%, 80% og 100% har ca. den samme temperatur. Dette kan skyldes mange forskellige ting.

IR-termometeret har, ifølge producenten, en nøjagtighedsrate på +/- 0,6 ° C. Da vi er nede i disse tal under målingen, kan maskinen have været problemet. En anden fejlkilde kunne være den måde, hvorpå papiret var tapet op. Måske hang de skævt, var i skygge på nogle områder, eller lampen lyste måske mere på et område end et andet. Hvad var temperaturen i lokalet? Var jeg ikke tæt nok på, da jeg målte. Alle disse ting kan selvfølgelig påvirke forsøgets resultat.

Ét forsøg er adskillige grunde heller ikke nok til, at man kan af- eller bekræfte noget som helst. For at forsøget skal være korrekt, skal det foretages adskillige gange under præcist de samme forhold.

På trods af, hvor stor en betydning albedo egentlig har for klimaet, så er det ikke noget, som man tænker specielt meget over i hverdagen og så alligevel. Jeg har altid fået at vide, at når det er varmt udenfor, er det dumt at tage sort tøj på. Det er muligvis også en af grundene til, at de fleste vinterjakker er sorte. Viden om albedo findes altså måske alligevel et sted inde i vores hoveder.

25 30 35

0

2

4

6

8

10

12

14

16

24

Temperatur (celcius)

Antal minutter siden første måling

2 14 16 24

100% 22,8 24,9 25,3 25,8 26,4 26,9 26,9 27,4 27,5 28,6

0% 22,8 22,9 23 23,3 23,6 23,6 23,9 24,4 25,2 24,7

Sammenligning af 0% og 100%

100% 0% Lineær (0%) Lineær (100%)

Side 10

9

Konklusion

Albedo er et bestemt materiales evne til at reflektere Solens stråler, og formålet med dette forsøg har været at undersøge, hvilke materialer, som har den højeste albedo.

Hvis man dog kun ser på dette ene forsøg, så skal der skal foretages flere forsøg før, at jeg kan lave en endelig konklusion. Ser man derimod på forsøgets resultater i sammenligning med teoriafsnittet, så påviser det på mange områder teorien. Herudfra kan man konkludere, at jo mørkere et område er, jo større en mængde solenergi vil blive absorberet.