Uppgifter: Vatten, värme och is

Shelfiserna i Amundsen havet smälter relativt fort därför att det strömmar in relatvit varmt vatten i håligheten under isen. Vi vill därför veta hur mycket värme som vattnet på kontinentalsockeln innehåller – och hur mycket värme som strömmar in under isen. Man anger värmeinnehållet relativt till en bestämd referens temperatur, \(T_{ref}\). Det man alltså räknar ut är hur mycket värme måste “ta ut” för att kyla vattnet ner till \(T_{ref}\). Om man behöver tillsätta värme för att vattnet ska nå \(T_{ref}\), så är värmeinnehållet negativt.

Vi kan räkna ut värmeinnehållet, \(H\), i vattnet från en CTD-profil (observationer av temperatur och salt från ytan ner till botten) :

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

\(\rho\) är vattnets densitet (ca 1027 kg/m\(^3\)) och \(c_p=4\times10^3\)J/kg/C är värmekapaciteten.

Man kan välja vilken referenstemperatur man vill, men då havsvatten fryser vid -1.9C så ger det fysisk mening att välja \(T_{ref}\)=-1.9C. Då är värmeinnehållet den energi man kan ta ut från vattnet innan det fryser.\(H\) är värmeinnehåll per kvadratmeter.

När det varma vattnet kommer i kontakt med is kommer det kylas ner (till frysepunkten) och värmen kommer att användas till att smälta is. För att smälta ett kilo is behövs det ca 330 kJ (lite mer om isen är kall).

En CTD på väg ner i kallt Antarktiskt vatten
En CTD på väg ner i kallt Antarktiskt vatten. I mitten av flaskorna sitter sensorer för temperatur, konduktivitet (som man använder för att räkna ut salthalt) tryck och andra parametrar.

Uppgift 1

a) Lasta in CTD profilerna ifrån Amundsenhavet (de ligger efter varandra i CTDdata_Amundsenhavet.txt) i Geogebra och plotta ett par profiler och beräkna värmeinnehållet.

b) Hur mycket av värme finns i de översta 200 metrarna? under 200 m djup?

c) Vi är mest intresserade av den värme som finns i djupet. Varför, tror du?

d) Gör en tabell där du noterar värmeinnehåll (i det övre och undre laget) och bottentemperatur. Samarbeta gärna i grupp!

e) Mina kollegor menar att det är ett direkt samband mellan bottentemperatur och värmeinnehåll, så att det egentligen skulle räcka att mäta temperaturen på botten. Hur ser det ut i er data? Kan ni dra någon slutsats baserat på de profiler ni har? Diskutera!

Vill ni har mer punkter i ert diagram så går det att lasta ner data från en tokt till Amundsenhavet i 2010 ifrån NODC, en stor databank dit vi forskare skickar datan så att andra forskare (och du!) ska kunna använda den.

Uppgift 2

  1. Hur mycket is (per kvadratmeter) kan vi smälta med värmen från profilerna ovan?
  2. Man uppskattar det varje år smälter ca 400 Gton is under shelfiserna i Amundsenhavet. Hur mycket värme motsvarar det?

Uppgift 3

a) Forskarna menar att om den väst-Antarktiska iskappan kollapsar så kommer havsytan stiga med tre meter – hur många kubikmeter is motsvarar det?

b) Hur mycket värme behövs för att smälta isen? (Behöver isen smälta för att havsnivån ska stiga?)

c) Ett typiskt vindkraftverk producerar 2MW när de går för fullt – hur lång tid skulle det ta för vindkraftverket producera den energi som behövs för att smälta isen?

d) Man uppskattar att jorden mottar 0.5 W/m\(^2\) mer strålningsenergi från solen än vad den ger ifrån sig – hur lång tid skulle det ta att smälta isen om all den energien gick till att smälta is?

e) Energiförbruket i Norge är ca 30 000 kWh per person – hur många kubikmeter smält is per år motsvara det?

[slr-infobox]
Jordens radius: 6371 km

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

Densitet, snö: 300 kg/m\(^3\)

Densitet, havsvatten: 1027 kg/m\(^3\)

Andel av jordytan som är täckt med hav: 70%

[/slr-infobox]

Leave a Reply

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