Скачать презентацию
Идет загрузка презентации. Пожалуйста, подождите
Презентация была опубликована 9 лет назад пользователемАнатолий Капитонов
1 Courtesy of The NCEP/NCAR Reanalysis ProjectNCEPNCAR Общая геокриология
2 Геокриология – от греческого ге – Земля, криос – холод, логос – учение. Т.о., это наука, изучающая холод Земли. Или, геокриология – наука, изучающая криолитозону. Криолитозона - это зона литосферы с отрицательной температурой пород. Она распространена в высоких широтах, а в средних и даже низких широтах - высоко в горах. Геокриология (или мерзлотоведение) является геологической наукой, изучающей закономерности формирования и распространения криолитозоны, состав, свойства, строение, температурный режим горных пород в криолитозоне и связанные с ними криогенные геологические процессы и явления.
3 Геокриология – раздел планетарной криологии, или криологии планет. Праздник «большого взрыва» закончился Температура реликтового фона Вселенной 2.7 Кельвина
4 Что значит холодно? В воде человек начинает мерзнуть при температуре ниже около плюс 25 градусов Цельсия. +27°C комфортная температ ура. Человек – тропическое существо, которое в течение тысячелетий привыкало к тому, чтобы жить при температуре +27°C, не пользуясь при этом одеждой. Фазовый переход вода-лед происходит при 0 град.С! Вода пользуется широким распространением на Земле и в космосе и является важнейшим агентом геологических, особенно экзогенных, процессов. В галактике, в состав которой входит Солнечная система, обнаружены грандиозные скопления воды обширные водяные облака. Поперечник подобных образований достигает многих сотен миллионов километров. Все чаще обнаруживается присутствие воды в составе планет, звезд и комет. Она оставила глубокие следы на поверхности Марса. Наконец, вода входит в состав многих пород, распространенных в космосе, и, в частности, обнаруженных на Луне. Установлено, что падающие на Землю каменные метеориты содержат до 1% воды.
5 История криолитозоны После формирования ~4.6 миллиарда лет назад Земля была горячей (?) Приходящая от Солнца энергия в то время составляла только 70% от современного значения Жидкая вода появилась на поверхности около ~4.3 миллиарда лет назад Жизнь появилась, возможно, около ~3.8 миллиарда лет назад Фотосинтез (поглощение углекислого газа с выделением кислорода) началось около миллиарда лет Земля пережила несколько глобальных ледниковых периодов, первые свидетельства о которых относятся ко времени миллиарда лет назад
6 Тепловой баланс Земли Длинноволновое излучение Земли Коротковолновая солнечная радиация Температура Земли определяется главным образом балансом между этими двумя составляющими
7 Теплопередача (теплообмен) Теплопередача (теплообмен)– это процесс переноса теплоты внутри тела или от одного тела к другому Интенсивность переноса теплоты зависит от свойств вещества, температуры и ее распределения, и подчиняется экспериментально установленным законам.
8 Виды теплообмена Второе начало термодинамики (1850 год) гласит, что теплота всегда передается от более горячего тела к более холодному, о механизме теплопередачи там не говорится ни слова. Существует три способа теплообмена, и за каждым из них стоит уникальный физический процесс: 1) кондуктивный (теплопередача), 2) конвективный, 3) излучение. Сложным теплообменом называют процесс переноса теплоты, при котором теплообмен протекает одновременно с участием различных способов (кипение воды в кастрюле, например).
9 Излучение Нагретое тело испускает некоторое количество энергии излучения в любом диапазоне частот или длин волн. Распределение энергии излучения тела по спектру зависит от температуры тела. При этом для всех тел с увеличением температуры максимум энергии излучения смещается в коротковолновый участок спектра (закон Вина), а общая энергия излучения возрастает. Излучение Земли (288К) имеет пик энергии в диапазоне невидимого инфракрасного излучения, раскаленная поверхность Солнца (6000К) излучает значительную часть энергии в диапазоне видимого света, а при ядерном взрыве (10Е+6 К) большая доля энергии взрыва уносится коротковолновыми рентгеновским и гамма- излучением
10 Солнечная радиация Энергия, излучаемая единицей поверхности черного тела, определяется законом Стефана- Больцмана Экспериментальные (1879 г. Й.Стефан) и теоретические (1884 г. Л.Больцман) исследования E = T 4 = константа = 5.67 x Вт/м 2 K 4 E sun = 6.3 X 10 7 Вт/м 2 Не все это количество приходит на Землю
11 Поверхность Альбедо (%) Свежий снег Тающий снег Облака Пустыни Почва 5-30 Тундра Луг Лес 5-20 Вода 5-10 Средняя для Земли 31 Во второй половине 90-х годов ХХ века зафиксировано уменьшение альбедо Земли приблизительно на 2,5%
12 Излучение и поглощение Закон излучения Кирхгофа физический закон, установленный немецким физиком Кирхгофом в 1859 году: отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы, химического состава и прочих характеристик. Поэтому если альбедо тело больше (поглощательная способность меньше), то и излучать оно будет меньше (зеркальные теплоизоляционные материалы)
13 Излучение и поглощение Джованни Савольдо «Мария Магдалина» (ок.1530), Национальная галерея, Лондон
14 Легенда о замороженном космонавте Несмотря на то, что в космосе очень холодно (2.7 K), скорость остывания невелика. Теплопроводность в вакууме также близка к нулю, и тепловой поток от нагретого тела будет осуществляться только за счёт излучения. Если вдруг космонавт окажется в открытом космосе (и далеко от ближайших звёзд), и температура тела равна 310 К, площадь излучения человека примерно 2 м². Излучение чёрного тела по закону Стефана-Больцмана будет примерно 1000 Ватт. Тепловыделение человека примерно до 100 Ватт. Значит, потеря тепла 900 Ватт. Пусть человек весит 100 кг и примем его теплоёмкость равной теплоёмкости воды, то есть 4180 Дж·кг^-1·K^-1. Получается, человек остынет на 1 градус за 7 минут. Для того, чтобы человек не замёрз в далёком космосе (на орбите земли картина другая, там есть солнце и земля), его скафандр должен иметь высокое альбедо, примерно Так что легенда о замороженном космонавте не лишена оснований, хотя, конечно, мгновенно человек не замёрзнет. Худые будут мёрзнуть быстрее полных.
15 Солнечная радиация, или поток энергии, получаемый на поверхности атмосферы: = 1368 Вт/м 2 = Солнечная постоянная Измеряется со спутников Солнечная радиация
16 11-летние циклы солнечной активности
17 Earths energy balance Svante August Arrhenius in 1896 «Температура Земли должна быть около - 17 град С» ?
18 Расчет температуры Земли Body Set incoming = outgoing Приходящая энергия (S – солнечная постоянная, - альбедо, или доля отраженной Землей радиации) r 2 S Излучаемая энергия 4 r 2 T e 4 Решение для T e (S/4) T e 4 T e = 256K (-17°C) Но средняя температура Земли около +15°C ! = 5.67 x Вт/м 2 K 4 = константа Стефана-Больцмана
19 Atmospheric influences on radiation Задерживается (при этом происходит нагрев) Отражается Рассеивается в атмосфере
20 Climate science ~ 1/3 отражается ~ 2/3 остается, и затем излучается в виде инфракрасного излучения 175,000 TW приход от солнца 175,000 TW расход (в равновесии) TW = тераватт = Ватт = 1,000,000,000,000 Ватт Ватт (обозначение: Вт, W) в системе СИ единица измерения мощности. Единица названа в честь шотландско-ирландского изобретателя-механика Джеймса Уатта (Ватта), создателя универсальной паровой машины. 1 ватт определяется как мощность, при которой за 1 секунду времени совершается работа в 1 джоуль
21 Источник Мощность Солнечная радиация 175,000 TW Свет звезд 7,0 * TW Поток из недр, в том числе: 32 TW Ядерные реакции 29 TW Гравитационные процессы 3 TW Деятельность человека 13 TW
22 22 Тропосфера до высот 8-15 км, температуры от 17° to -52°C Стратосфера до высот 50 км, температура увеличивается с высотой до -3°C Мезосфера до высот 85 км, температура уменьшается с высотой до -93°C Термосфера до высот 600 км, температура увеличивается с высотой до +1,700°C. Экзосфера до высот км, молекулы газа на солнце могут разгоняться до температур +2,500°C
23 Тепловой баланс на поверхности Земли Разность R-E=Rn Конвективный теплообмен Коротковолновая солнечная радиация – поглощаемая R Длинноволновая (инфракрасная) радиация – испускаемая E Теплый воздух Испарение HLE G Тепловой поток в недра Фазовые переходы
24 Уравнение теплового баланса на поверхности Земли Rn = H + LE + G Иногда обозначают (В.А.Кудрявцев) H как p, LE как LM, и G как А
25 Поглощенная R и испускаемая E радиация R E
26 Rn – разность поглощенной и испускаемой радиации, или суммарная радиация Rn
27 Баланс тепла Земли Почему не остывают полюса?
28 Latitudinal Variations in Net Radiation Перенос тепла атмосферой и океанами происходит от экватора к полюсам, поддерживая глобальный баланс энергии
29 Глобальный тепловой баланс поверхности Земли Storage change = net radiation - latent heat flux - sensible heat flux G = Rn – LE - H Тепловой поток в горные породы (океан) G = суммарная радиация Rn – фазовые переходы LE - конвективный теплообмен на границе с атмосферой H
30 Daily/Seasonal Radiation Patterns Пример: суммарная радиация в течение суток
31 Марс: Атмосфера: Тонкая, углекислый газ Средняя температура: –65 o C
32 Венера Атмосфера: углекислый газ (96 %) и азот (ок.4 %) Средняя температура: +464 o C
33 Земля Атмосфера: Азот, кислород, углекислый газ, водяной пар Средняя температура: +15 o C
34 Средняя температура, °С Эффективная температура, °С Меркурий Венера Земля Луна Марс Уран Нептун Плутон
36 Seasonal variation of surface air temperature
38 Увеличение температуры примерно совпадает с результатами моделирования
40 Потепление в Арктике происходит в два раза быстрее чем в остальной части мира. Во многих районах потепление в горах происходит быстрее чем на равнине. Температура в гг. в сравнении с гг.
41 Artis Rams/iStock Снег влияет на климат благодаря своему изоляционному свойству и способности отражать солнечный свет.
42 В Северном полушарии снежный покров продолжает уменьшаться, особенно весной и летом. Здесь снежный покров в среднем уменьшается на 1.3% в 10 лет. Снег: тенденции Площадь весеннего снежного покрова в Северном полушарии
43 Снег: взгляд Желтый-красный меньше снега Синий много снега Согласно прогнозам снеговая линия поднимется во многих горных районах Самое большое уменьшение снега в средней широте ожидается в конце 21 века.
44 Ice on land Ледники: взгляд V.Novikov Ледник Федченко, Таджикистан
45 Mountain Snowlines Glacier National Park
46 Human induced changes Is the climate changing? The Greenland summer ice melt is getting larger at a worrying rate.
47 Ледяной покров: тенденции Антарктика: последние изменения Желтый = нет или маленькое изменение Голубой = накопление снега Красный = менее массовый (таяние и расход льда) Относительно изменений массы льда в Антарктическом ледяном покрове за последнее время пока неясно, хотя возможно произошло снижение массы. Шельфовые ледники становятся тоньше, а некоторые тают.
48 Морские льды Арктики
49 Тающая Арктика Область льдов сокращается ~10% каждые 10 лет, Толщина льда сокращается на ~1 м за 10 лет, если тенденции продолжатся, Артика освободится ото льда к 2030 – 2050 году.
51 Морской лед: воздействия Don Perovich Тающий морской лед, в сочетании с тающими ледниками и ледовыми щитами, может вызвать огромные изменения в глобальной модели океанического течения. Как и снег, уменьшение морского льда повышает поглощение солнечного тепла, что ведет к повышенному потеплению.
52 Подъем уровня моря: тенденции В настоящее время уровень моря повышается на 3.1 мм в год,в два раза выше темпа 20 века.
53 Повышение уровня моря: перспектива Вклады в повышение уровня моря. Гренландский ледяной щит Антарктичес кий ледяной щит Ледники и ледяные шапки Термальное расширение океана Повышение уровня моря от талых вод по прогнозам может ускориться вследствие увеличения таяния льда на суше. В долгосрочном плане, ледяные щиты способствуют повышению уровня моря.
54 Карта современных повышений температуры воздуха tвз на севере России, C
55 НЕФТЕГАЗОСНАЯ ПРОВИНЦИЯ ПОВЫШЕНИЕ ТЕМПРЕРАТУРЫ ВОЗДУХА, град. С С начала потепления по 2000 г. За гг. Тимано-Печорская 0,6-0,1 Западно-Сибирская 1,40,2 Лено-Тунгусская 1,30,2 Лено-Вилюйская 1,50,3 ГЛОБАЛЬНОЕ ПОТЕПЛЕНИЕ? ГЛОБАЛЬНОЕ ПОТЕПЛЕНИЕ? Во второй половине 1990-х годов в ряде районов Севера зафиксировано небольшое похолодание климата. За последнее десятилетие в целом ( гг.) темпы потепления климата резко снизились, на территории Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции выявлены тенденции к прекращению потепления климата Во второй половине 1990-х годов в ряде районов Севера зафиксировано небольшое похолодание климата. За последнее десятилетие в целом ( гг.) темпы потепления климата резко снизились, на территории Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции выявлены тенденции к прекращению потепления климата
56 Climate change in Yakutsk area
57 Многолетнемерзлые грунты: тенденции Температура многолетнемерзлых грунтов за последние лет повысилась почти во всех регионах Северного полушария. Подтверждено потепление в районе мерзлоты в горах. Пока не происходит повсеместное таяние. многолетнемерзлые грунты в Северном полушарии
58 Вечная мерзлота: взгляд Таяние многлетнемерзлых грунтов согласно прогнозам ожидается в Субарктике к концу 21 века. Прогнозируемые изменения температуры вечной мерзлоты к Темно красным цветом отмечены зоны таяния вечной мерзлоты
59 Possible permafrost change 110 years from now (4-5 deg.C): 1 – permafrost melting; 2 – islands of permafrost; 3 – discontinuous permafrost; 4 – permafrost of temperature –1-2 deg.C; 5 - permafrost of temperature –2-4 deg.C (Ershov et all., MSU) Возможное оттаивание вечной мерзлоты
60 Палеотемпературы: 16 O/ 18 O в карбонатных осадках Соотношение 16 O/ 18 O зависит от температуры.
61 Палеотемпературы: Sr/Ca в кораллах Соотношение Sr/Ca зависит от температуры.
62 Палеотемпературы: Mg/Ca в планктоне Foraminifera Соотношение Mg/Ca в планктонных фораминиферах также зависит от температуры Mg/Ca и 18 O могут определяться из тех же раковин
63 Палеотемпературы: содержание инертных газов в воде/льду Растворимость инертных газов зависит от температуры Эта зависимость разная для различных газов
Еще похожие презентации в нашем архиве:
© 2024 MyShared Inc.
All rights reserved.