SAUCE Universitu un skolu sadarbbas projekts par ilgtspjgu

SAUCE Universitāšu un skolu sadarbības projekts par ilgtspējīgu enerģijas izmantošanu un klimata pārmaiņām Ievadseminārs skolotājiem Klimats un atkritumsaimniecība: problēmas, izaicinājumi, risinājumi Latvijā Rūta Bendere, Dr. phys. , LU un FEI

Siltumnīcas efekts

Atmosfēra • Atmosfēra sastāv no vielām gāzveida stāvoklī (O 2, N 2). • Kopējā atmosfēras masa (5, 2 × 1018 kg) ir apmēram viena miljonā daļa jeb 0, 00009 % no Zemes masas. • Atmosfērai ir slāņaina uzbūve, un tāpēc atkarībā no attāluma līdz Zemes virsmai daudzi tās raksturlielumi (piem. , temperatūra) un sastāvs mainās neviendabīgi. • Zemākie atmosfēras slāņi ir ievērojami blīvāki un tajos ir koncentrēta atmosfēras gāzu pamatmasa, bet augšējos slāņos gāzu koncentrācija ir ievērojami zemāka – gāzes eksistē jonizētā stāvoklī.

Atmosfēras loma Zemes sistēmā – atmosfērā noris intensīvi vielu un enerģijas aprites procesi, līdz ar to atmosfēras pastāvēšana ir dzīvības priekšnosacījums uz Zemes. – Zemes siltuma bilances nodrošināšana. – atmosfēru var uzskatīt par barjeru, kas pasargā dzīvības procesus uz Zemes, jo atmosfērā tiek absorbēts kosmiskais starojums un liela daļa no Saules nākošā elektromagnētiskā starojuma. – atmosfēras augstais kustīgums nodrošina to, ka piesārņojums, kas rodas vienā Zemes reģionā tiek transportēts uz citiem reģioniem un var tikt izkliedēts pat globālā mērogā.

Enerģijas daudzums uz Zemes • Galvenais enerģijas avots uz Zemes ir Saules enerģija • Galvenie faktori, kas nosaka Saules enerģijas pieplūdi ir: - starojuma veiktais attālums, – leņķis, kādā Saules starojums sasniedz Zemes virsmu, – atmosfēras sastāvs un no Saules un kosmiskās telpas nākošā starojuma mijiedarbība ar Zemes atmosfēras gāzēm. • Zemi sasniedz : – no Saules nākošais elektromagnētiskais starojums, kas galvenokārt ietekmē Zemes klimatu, – jonizētu daļiņu plūsma (piem. , ūdeņraža vai hēlija atomu kodoli) un elementārdaļiņas, – no kosmiskās telpas nākošu daļiņu un starojuma plūsma (kosmiskais starojums).

Saules starojuma mijiedarbība ar zemes virsmu un atmosfēru • ~30 % no starojuma, tiek atstarota atpakaļ Visumā (daļu atstaro mākoņu sega un smalkās daļiņas, kas atrodas atmosfērā), 51 % no Saules nākošā starojuma absorbē Zemes virsma, un šī enerģija tiek izlietota vides procesos (piem. , iztvaikošana).

Saules un Zemes siltuma starojuma spektrs

Elektromagnētiskā starojuma spektrs

Infrasarkanais spektrālais apgabals • IS spektrālais apgabals ir daļa no elektromagnētisko viļņu spektra • Pieņemts sekojošs viļņu garumu (λ) dalījums: radioviļņi (>0. 05 m), mikroviļņi (0. 5 - 10− 4 m), IS (10− 3 m - 0. 8 µm), redzamā spektra daļa (0. 8 µm - 350 nm), ultravioletie viļņi (350 nm - 1 nm), X-viļņi vai Rentgena starojums (< 1 nm). • Pieņemtās mērvienības IS apgabalam ir viļņu skaits garuma vienībā (cm− 1), (cm− 1) = 10000/ (µm); tās ir proporcionālas ektromagnētiskā lauka svārstību frekvencei.

Absorbcijas spektri • Ķīmiskās saites absorbē IS enerģiju un pie attiecīgiem viļņu garumiem IS absorbcijas spektrā novērojamas absorbcijas joslas. • Dažādas saites absorbē dažādas enerģijas IS kvantus un tādēļ pētāmajā vielā ir iespējams noteikt kādu elementu savstarpējās saites tur pastāv un ir iespējams identificēt struktūras elementus pēc IS absorbcijas spektrā redzamajām joslām.

Molekulārās svārstības • Molekulā atomi nav nekustīgi, notiek to savstarpējas svārstības, kuru rezultātā atomi var nedaudz nobīdīties no līdzsvara pozīcijas. Saites garums var samazināties, pagarināties vai mainīties starpsaišu leņķi. • IS starojuma ietekmē (300 - 4000 cm− 1 diapazonā) molekulu (starpatomu) saites absorbē enerģiju un saite pāriet no zemākā svārstību stāvokļa uz nākošo augstāko. • Vienkāršākajā divatomu molekulā ir iespējams tikai viens valento svārstību veids - atomi var satuvināties vai attālināties. Tas nozīmē, ka ir tikai viena josla IS absorbcijā. • Ja saite ir vājāka, tā absorbē pie zemākas enerģijas. • Daudzatomu molekulā ir vairāk saišu un attiecīgi ir iespējami vairāki svārstību veidi (modas). Absorbcijas spektrs tādā gadījumā ir daudz sarežģītāks.

Trīs atomu molekulas iespējamās svārstības • Valentās simetriskās svārstības • Valentās asimetriskās svārstības • Šķērsveidīgās un šūpuļveidīgās deformatīvās svārstības

Atmosfēras gāzu absobcijas spektrs

Siltumnīcas efekts • Pēdējo 10000 gadu laikā, bet, it īpaši, pēdējā gadsimta laikā trīs nozīmīgāko siltumnīcefekta gāzu (CO 2, CH 4 un N 2 O) koncentrācijas Zemes atmosfērā ir ievērojami pieaugušas un līdz ar to palielinājies Saules starojuma daudzums, kas tiek atgriezts atpakaļ uz Zemes virsmas.

Oglekļa oksīda daudzuma pieaugums atmosfērā • Oglekļa oksīdu un metāna emisijas apjoma pieaugums var kļūt par faktoru, kas var negatīvi ietekmēt vidē noritošos procesus un oglekļa aprites ciklu. • Tiek vērtēts, ka pēdējo 100 gadu laikā CO 2 antropogēnās emisijas apjoms pieaudzis vidēji par 2, 5 % gadā. CO 2 saturu gaisā ietekmē arī mežu platību samazināšanās.

Temperatūras izmaiņas laikā

Temperatūras izmaiņu prognoze