Elevøvelse #4: Smelteis

Drivhuseffekt, 18.10.2012

Mari Stavrum

Hensikten med dette forsøket var å undersøke hva som skjer med vannivået dersom is smelter som følge av drivhuseffekten, og hvordan drivhuseffekten kan øke temperaturen på jorda. Forstå forskjellen på konsekvensene som gis av isblokker under vann og isblokker over vann.

I atmosfæren rundt jordkloden finner vi drivhusgasser. Uten disse gassene ville gjennomsnittstemperaturen på jorda vært -19°C, og det ville vært umulig å leve på jorda. Men fordi vi har drivhuseffekten er gjennomsnittstemperaturen på jorda 15°C. Kortbølget elektromagnetisk stråling sendes fra sola til jorda, hvorav 25% blir reflektert av skylaget eller andre ting ytterst i atmosfæren. 20% blir absorbert gradvis nedover i atmosfæren. 5% blir reflektert når det treffer jordoverflaten (området dekket av snø eller is reflekterer spesielt). Og 50% blir absorbert i jordoverflaten. Temperaturen i atmosfæren stiger fordi jorden sender ut varmeenergi hvorav 90% blir absorbert gradvis av drivhusgasser i atmosfæren. Atmosfæren gir varme til jorda og verdensrommet. Altså får jorda varmeenergi i to omganger: først fra sola, så gjennom varmeenergi fra atmosfæren. Når mengden drivhusgasser i atmosfæren øker vil atmosfæren absorbere mer av varmen fra sola, og igjen sende mer varmeenergi til jorden. Dette er grunnen til at økt drivhuseffekt vil gjøre at gjennomsnittstemperaturen på jorden vil stige. Temperaturstigningen gjør at mye av isen på jordas overflate smelter. 85%-90% av sollyset som treffer områder på jorda med et lag av is eller snø blir reflektert, i motsetning til 20% som blir reflektert når sollyset treffer områder med mørk jord og vegetasjon og 10% som blir reflektert av havvann. Når det blir betydelig mindre is blir det logisk nok mer jord og hav. Siden disse områdene absorberer mer sollys vil dette igjen føre til at temperaturen på jorda stiger ytterligere.

Utstyr:

• -       Kokeplate
• -       Ildfast glassform
• -       Plastfolie
• -       To termometre
• -       Lysstoffrør (som lyskilde)
• -       To like store plassbokser
• -       To isblokker
• -       To steinblokker
• -       Varmt vann

Det første vi skulle undersøke var hvordan varmestrålig og synlig lys går igjennom en glassplate.

Vi tok en glassform og holdt den opp mot et lysstoffrør i taket. Det vi så var at det synlige lyset gikk igjennom glassformen fordi den er klar. På samme måte kan vi se kortbølget sollys fra jorda gjennom drivhusgassene i atmosfæren.

Vi skrudde en kokeplate på middels varme og ventet til den ble oppvarmet. Så holdt vi hånden så nærme platen vi kunne og kjente at man kunne kjenne varmen bra. Deretter holdt vi glassformen mellom platen og hånden, og da kjente vi at det ikke kom like mye varme til hånden.

I dette forsøket representerte kokeplaten; solen,  glassformen; gassene i atmosfæren og hånden; verdensrommet. Kokeplaten som fungerte som jorda, sendte ut langbølget varmestråling. En del av denne strålingen ble absorbert i glassformen,  som fungerte som drivhusgassene i atmosfæren, når vi la den mellom kokeplaten og hånden. Da kan vi se at drivhusgassene gjør at mindre varme blir sluppet ut igjen i verdensrommet, og mer blir igjen i atmosfæren som igjen gir varme til jorda.

Etter dette tok vi to like store plastbokser og la et termometer i hver boks. Vi målte temperaturen i boksene til å være 22°C. Deretter dekket vi den ene boksen med plastfolie mens vi lot den andre stå åpen, og satt begge boksene under en lampe (varmekilde). Etter hvert som vi fulgte temperaturen i de to boksene så vi at temperaturen i boksen med folie steg til 25°C, mens temperaturen i boksen uten plastfolie kun steg til 23°C. Grunnen til at temperaturen steg mer i boksen med plastfolie er fordi folien fungerer som drivhusgassene i atmosfæren. Den langbølgede varmestrålingen fra lampen slipper inn i boksen, men atmosfæren/folien ’stenger’ på en måte varmen inne fordi den absorberer varmen og avgir mindre av varmestrålingen videre til verdensrommet, men heller inn mot jorda.

I neste del av elevøvelsen undersøkte vi hvordan issmelting påvirker havnivået avhengig av hvordan isen ligger i forhold til havet.

Vi tok de to plastboksene og la en steinblokk i hver. Deretter fylte vi på med lunkent vann til nivået i boksene var like høyt. I den ene boksen la vi en isklump ved siden av steinblokken, altså nede i vannet. I den andre boksen la vi isklumpen på toppen av steinblokken. Min hypotese baserte seg på det jeg hadde lest på ndla, og tidligere erfaring av at vann utvidet volumet sitt når det frøs til is fordi is har mindre massetetthet enn vann. Derfor flyter også is med 1/10 av sin masse over overflaten når den ligger i vann. Jeg antok derfor at vannivået i boks nr. 1 ville holde seg konstant, mens vannivået i boks nr. 2 ville stige. Vi ventet til begge isklumpene i boksene hadde smeltet. Det viste seg at hypotesen var riktig.

Vi kan knytte dette forsøket til situasjonen på polene når isen smelter som følge av temperaturstigningene. Arktis (nordpolen) er hovedsakelig dekket av is som ligger i vannet. Det som skjedde i boks nr. 1 er det som skjer på nordpolen. Men det er viktig å huske at selv om havnivået ikke endrer seg vil issmeltingen være livstruende for isbjørnen og de andre dyrene i næringskjedene den tilhører.

Det som skjedde i boks nr. 2 representerer det som skjer på Antarktis (sørpolen). Der ligger isen oppå jordmassen, og er ikke allerede nede i vannet, slik som på nordpolen. Vannet fra innlandsisen som smelter vil renne ned i havet og føre til en stigning i havnivået. Dette kan føre til at mye land vil ligger under vann etter hvert som mye av innlandsisen smelter.