Oppgaver: Vann, varme og is.

DSC_0064
Foto: Elin Darelius Chiche

Isbremmene i Amundsenhavet smelter relativt raskt fordi det strømmer relativt varmt vann inn under isen. Vi vil derfor finne ut hvor mye varme vannet på kontinentalsokkelen inneholder – og hvor mye varme som inn under isbremmen. Man angir varmeinnholdet relativt til en bestemt referanse temperatur, \(T_{ref}\). Det man altså beregner er hvor mye varme man må «ta ut» for å kjøle ned vannet til \(T_{ref}\). Hvis man trenger å tilsette varme for at vannet skal nå \(T_{ref}\), så er varmeinnholdet negativt.

Vi kan regne ut varmeinnholdet, \(H\), i vannet fra en CTD-profil (observasjoner av temperatur og salt fra overflaten ned til bunnen):

\(H\approx\sum_{z=1}^{depth}\rho c_p \left(T(z)-T_{ref}\right)\Delta z\)

\(\rho\) er vannets tetthet (1027 kg/m\(^3\)) og \(c_p=4\times10^3\)J/kg/C er varmekapasiteten.

Man kan velge hvilken referansetemperatur man vil, men da havvann fryser ved -1.9C så gir det fysisk mening å velge \(T_{ref}\)=-1.9C. Da er varmeinnholdet den energien man kan ta ut fra vannet innen det fryser. \(H\) er varmeinnhold per kvadratmeter.

Når det varme vannet kommer i kontakt med is kjøles det ned (til frysepunktet) og varmen brukes til å smelte is. For å smelte ett kilo is trengs det ca. 330 kJ (litt mer om isen er kald).

En CTD på väg ner i kallt Antarktiskt vatten
En CTD på vei ned i kaldt Antarktisk vann. I midten av flaskene sitter sensorer for temperatur, konduktivitet (som man bruker for å regne ut saltholdighet) trykk og andre parametere. Foto: Elin Darelius Chiche

Oppgave 1

a) Last in CTD profilene fra Amundsenhavet (de ligger etter hverandre i CTDdata_Amundsenhavet.txt) i Geogebra og plott et par profiler og beregn varmeinnholdet.

b) Hvor mye varme finnes det i de øverste 200 m? Under 200 m dyp?

c) Vi er mest interessert i den varme som finnes i dypet. Hvorfor, tror du?

d) Lag en tabell der du noterer varmeinnhold (i det øvre og ndre laget) og bunntemperatur. Samarbeid gjerne i grupper.

e) Mine kollegaer mener at det er en direkte sammenheng mellom bunntemperatur og varmeinnhold, slik at det egentlig burde være nok å måle temperaturen på bunnen. Hvordan ser det ut i deres data? Kan dere trekke noen konklusjon basert på de profilene dere har? Diskuter!

Hvis dere vil ha mer punkter i diagrammet deres så går det an å laste ned data fra et tokt til Amundsenhavet i 2010 i fra NODC, en stor database der vi forskere sender data slik at andre forskere (og du!) skal kunne bruke dem.

Oppgave 2

a) Hvor mye is (per kvadratmeter) kan vi smelte med varmen fra profilene?

b) Man antar at det hvert år smelter ca. 400 Gton is under isbremmene i Amundsenhavet. Hvor mye varme tilsvarer dette?

Oppgave 3

a) Forskerne mener at hvis den vest-Antarktiske iskappen kollapser så kommer havnivået til å stige med tre meter. Hvor mange kubikkmeter tilsvarer dette?

b) Hvor mye varme trengs for å smelte isen?

c) Et typisk vindkraftverk produserer 2MW når det går for fult. Hvor lang tid trenger vindkraftverket for å produsere nok energi til å smelte isen?

d) Man antar at jorden mottar 0,5 W/m\(^2\) mer strålingsenergi fra solen enn hva den gir fra seg. Hvor lang tid ville det tatt å smelte all isen om all den energien gikk til å smelte is?

e) Energiforbruket i Norge er ca. 30 000 kWh per person. Hvor mange kubikkmeter smeltet is per år tilsvarer dette?
[slr-infobox]Jordens radius: 6371 km

Tetthet, is: 900 kg/m\(^3\)

Tetthet, snø: 300 kg/m\(^3\)

Tetthet, havvann: 1027 kg/m\(^3\)

Andel av jordoverflaten som er dekket av hav: 70%[/slr-infobox]

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *