E1 - Undersøg Jordens strålingsbalance og drivhuseffekten

Materialer:

Gennemsigtigt kar (fx plastakvarium), kraftig lampe (500 W), lavt gennemsigtigt kar/fad, elektronisk termometer gerne med dataopsamling, sort karton. CO₂(g) evt. produceret ved eddike og bagepulver.

Forsøgsopstilling:

• Lampen repræsenterer Solen i vores eksperiment. Det er afgørende at lampen ikke flyttes undervejs i forsøgene. Selv små ændringer i lampens position kan påvirke eksperimentet!
• Et stort lavt kar med 1 cm vand er placeret under lampen. Dette skal bruges for at absorbere varmestrålingen fra lampen som ellers vil forstyrre vores malinger. Normale glødepærer som vi benytter udsender langt det meste af deres lys som varmestråling. Dette er i modsætning til Solens lys som hovedsageligt udsendes i det synlige område af det elektromagnetiske spektrum. Ved at indsætte et vandfad absorberes varmestrålingen mens den synlige del af det elektromagnetiske spektrum passerer igennem til vores prøvekammer. Derved simuleres den virkelige proces. Hvis man laver eksperimentet i direkte sollys kan man naturligvis udelade dette vandkar.
• Dette er vores “prøvekammer”, der repræsenterer den atmosfære som vi gerne vil måle på. Vi kan således måle på almindelig atmosfærisk luft med et indhold på ca. 0,038% CO₂. Men vi kan også kunstigt øge indholdet af CO₂ i atmosfæren.
• I bunden af vores “prøvekammer” skal vi simulere jordoverfladen. Som start anbefales det at man lægger et stykke sort karton da det giver den største absorption af ”sollyset” fra lampen og dermed det største signal. Man kan dog ændre overfladen i forsøg på at undersøge indvirkningen af albedo på temperatur (se herunder).

Termometeret lægges på en lille beholder i midten, så temperatursensoren ikke rører beholderen.

Eksperiment 1a – Referenceeksperimentet

UDF&Oslahs;RELSE: Ved hjælp af dataopsamling måles temperaturen som funktion af tiden inde i kammeret som beskrevet ovenfor. Bemærk: der skal måles min. 20 min! Reference eksperimentet skal laves hver gang opstillingen har været pakket sammen eller ændret. Hvorfor?

OPGAVE: Lav en kurve over temperaturen som funktion af tiden. Beskriv kurven. Hvorfor opstår der en ligevægtstemperatur?

EKSTRAOPGAVE: Beskriv i termer, du kender fra nv-undervisningen, hvorfor det er nødvendigt at lave et såkaldt referenceeksperiment (kontrolforsøg) – læs evt. om "control experiment" på Wikipedia.org.

Eksperiment 1b – CO₂-eksperimentet

TEORI: Læs om Jordens strålingsbalance. Findes beskrevet i diverse naturgeografibøger

EKSPERIMENT: Undersøg om temperaturen stiger når der tilføres ekstra CO₂. HINT: Man kan producere CO₂ inde i “kammeret” ved at blande eddikesyre og bagepulver.

OPGAVE: Tag et billede af forsøget og indtegn strålingsbalancen.

Eksperiment 1c – Albedoændringer

Forsøg at ændre Albedo af bundens overflade. Det kan fx. gøres ved at lægge et stykke hvidt eller sort papir i bunden.

Opstil en hypotese inden du udfører eksperimentet. Diskutér efterfølgende om dine målinger stemmer overens med din oprindelige hypotese.

Eksperiment 1d – &Oslahs;get vanddamp

TEORI: Ifølge teorien er vanddamp en kraftig drivhusgas. I vores klimasystem fungerer vanddamp i en selvforstærkende mekanisme, idet luft kan indeholde mere vanddamp når det opvarmes. Hvis temperaturen stiger som følge af øget CO₂ vil det føre til mere vanddamp i atmosfæren. Da vanddamp i sig selv er en drivhusgas vil dette opvarme atmosfæren yderligere – hvorved der kan indeholdes mere vanddamp osv.

OPGAVE: Forsøg at lave et diagram som viser den beskrevne tilbagekobling med de enkelte delprocesser som den indeholder.

EKSPERIMENT: Vi vil gerne undersøge denne tilbagekobling eksperimentelt. Derfor tilføjer vi nu et lille vandbad til vores forsøg. Sørg for at der kun er få mm vand i vandbadet (det er nemlig rigeligt). Inden forsøget udføres skal I på baggrund af teorien opstille en hypotese for hvorledes I forventer temperaturen udvikler sig i forhold til referenceeksperimentet.

Eksperiment 1e - Andre undersøgelser

Find selv på andre undersøgelser. Det kunne fx være at tilføre planter eller ændre styrken af pæren på jeres lampe. HUSK variabelkontrol – altså; man må kun ændre én variabel ad gangen.