Warm water needs more space than cold water — check it out in this experiment!
You will need:
1 small plastic bottle
1 drinking straw
modelling clay / play dough
Food dye (not strictly necessary, but more fun)
A large, high container in which the small plastic bottle can stand
cold and warm water
Fill the bottle with cold water (and add a couple of food dye if you like). The bottle should be completely full, so full that it is almost overflowing.
Place the straw in the bottle and lock the bottle with modelling clay. At least 10 cm of the straw should be left above the lock! Test that the lock is water tight by slightly pressing on the bottle. Water should now be rising in the straw, but not spilling out of the lock! It is not easy to get the lock completely watertight, you might need several attempts.
Now place the bottle in the larger container and fill the container with hot water (careful – don’t hurt yourself!). Wait a couple of minutes and observe what is happening. How high is the water rising in the straw?
Now put really cold water in the larger container instead of the hot water. What happens?
Try this for different water temperatures – lukewarm, really hot, medium hot, cold, etc. What happens now?
Researchers have found out that the water in the deep ocean is slowly warming. What do you think the consequences will be?
Du kan sikkert selv finne på en måte (det finnes flere!) å måle saltholdigheten i vannet.
Når du henter saltvann, ta med litt ekstra og fyll for eksempel en skål eller en flaske med vann som du lar stå – kanskje på toppen av et skap? – slik at vannet får fordampe. Sjekk vannet av og til og noter hvor mye vann som har forsvunnet siden sist, og følg med på hva som skjer i skålen. Når begynner du å se krystaller? Hvor lang tid tar det før alt vannet er borte?
Du kan säkert själv designa ett sätt (det finns flera!) att ta reda på salthalten i ditt vatten!
När du ändå hämtar saltvatten, så ta med lite extra, och fyll e.g en skål eller en flaska med vatten som du låter stå – kanske uppe på ett skåp? – så att vattnet får avdunsta. Titta till det då och då och notera hur mycket vatten som försvunnit sen sist… och följ med på vad som händer i skålen! När börjar du se kristaller? Hur lång tid tar det innan vattnet är helt borta?
Can you think of a way to measure the salinity of the sea water? There are many possibilities to figure out how much salt there is in sea water! How would you go do it?
When you fetch your sea water, take a little more than you need and put it in a bowl or glass somewhere where it can sit without being disturbed (maybe on top of a cupboard?). As water evaporates, what happens? Check occasionally on your glass with sea water, and look at how much water vanished since you last checked. What is happening in the glass? At what point can you notice salt crystals forming? How long does it take until all the water is gone?
Amundsenhavet – nu är vi äntligen här! Utsikten utanför de runda fönstrena har ändrat karaktär – det är inte bara grått och blått längre. Mellan oss och horisonten guppar som oftast ett och ett annat isberg runt, då och då ser vi havsis och kanske en ensam snöpetrell eller en säl…. men inga pingviner, ännu.
Vi är nu ganska precist 15711 km hemifrån – och ni vill säkert veta varför vi rest just hit!
Vattnet i Amundsenhavet är såklart lika blått (och blött) som det vi finner i Vågen utanför Bryggen i Bergen – men på många av våra oceanografiska kartor målar vi det rött. Rött för att det är (relativt) varmt, rött för att isen och shelfisen här smälter snabbare än på andra platser runt Antarktis. Det ena hänger i hop med det andra – shelfisen, den flytande förlängningen av inlandsisen som täcker stora delar av den Antarktiska kontinenten, smälter därför att det varma vattnet strömmar in under den.
Sjøsetting av bøye. (Foto: Povl Abrahamsen)
Smältande shelfiser är ett av orosmolnen i det kapitlet i IPCC-rapporten som handlar om havsnivå. Ososmoln – därför att konsekvenserna om de smälter är så stora, men också frågetecken, därför att vi vet så lite om hur de fungerar och om hur de påverkas (och påverkar) av havet under dem. Shelfisen flyter – så när de smälter påverkar de inte havsnivån, men när de blir tunnare, rör de sig snabbare ut från land och inlandsisen där bakom följer med. Då flyttas is från land till hav och då stiger havsnivån.
Under våra veckor till havs ska vi göra mätningar och sätta ut instrumenter – både i havet och uppe på isen – för att bättre förstå vad det är som sker, för att mäta hur mycket värme som havet transporterar in mot shelfisen och för att följa med på hur fort isen smälter.
Mycket av tiden här går åt till att göra “CTD-stationer”. CTD är kort för Conductivity-Temperature-Depth och är en samling sensorer monterade på en ställning, oftast med ett antal flaskor omkring sig, som vi skickar ner i havet med hjälp av en kraftig kabel och en stor vinsch. På sin väg ner mot botten mäter CTD:n kontinuerligt, och på skärmarna framför oss ritar den upp profiler som visar hur salthalten (som man kan räkna ut från temperaturen och konduktiviteten) och temperaturen ändrar sig med djupet. “Flaskorna” är öppna i båda ändarna så att vattnet kan strömma igenom och på vägen upp stannar vi CTD:n med jämna mellanrum och för att stänga en av dem – på så sätt får vi med vatten upp från olika djup, som vi (eller biologerna ombord) kan ta med oss hem för att analysera vidare.
Skipets laboratorium har mye utstyr. (Foto: Povl Abrahamsen)
För några timmar togs den första CTD-stationen och instrumenterna skickades ned till botten 3450 m under oss. Vi är fortfarande ute på djupt vatten, och ska fortsätta ta stationer på väg in mot kontinentalsockeln. Här ute är det mycket “varmt” vatten ner i djupet, den stora frågan är hur mycket av det som kommer upp på sockeln, in mot isen.
Annars… har ting blivit vardag om bord… vi har klurat ut vilka knappar man ska trycka på på den koreanska tvättmaskinen, jag har lärt mig att hålla mig undan den röda (=starka) maten och vi har fått rutin på brödbaket! Min kollega Anna (från Göteborgs Universitet) har varit ombord tidigare och hon tog helt sonika med sig en brödmaskin (och 25 kilo mjöl) för att slippa ännu en expedition med bara fryst formfranska… Koreanerna själva äter vanligtvis inte bröd men när det nu luktar nybakt bröd i korridorerna så kommer de gärna och smakar!
Et historiske øyeblikk! Det første brødet bakt på Araon skjæres opp. (Foto: Povl Abrahamsen)Koreansk barbecue serveres på lørdagar. Ukens kulinariske høydepunkt. (Foto: Povl Abrahamsen)
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):
\(\rho\) 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 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]
Bland grønt vann, hell i isbitformen og vent… nå har du grønne isbiter! Fyll de to glassene vann i fra kranen. Tilsett salt i et av glassene til det smaker hav. Legg deretter en isbit i hvert av glassene og se hva som skjer. Hvor smelter isen raskest? Hvorfor?
Du kan også bruke ufargede isbiter, men da ser du ikke like tydelig hva som skjer.
Du kan lese om hva som skjer – og hvorfor – på min venn og tidligere kollega Mirjam sin blogg “Adventures in oceanography and teaching“. Der finner du også mange andre spennende eksperiment.
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) :
\(\rho\) 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. 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
Hur mycket is (per kvadratmeter) kan vi smälta med värmen från profilerna ovan?
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?
Blanda grönt vatten, slå i isbitsformen och vänta… nu har du gröna isbitar! Fyll de två glasen med vatten ifrån kranen, och slå så mycket salt i ett av dem att det smakar hav. Lägg så en isbit i varje glass och se vad som händer. Var smälter isen fortast? Varför?
Du kan också använda ofärgade isbitar, men då ser man inte riktigt lika bra vad som händer.
Du kan läsa om vad som händer – och varför på min kompis och före detta kollega Mirjam’s blogg “Adventures in oceanography and teaching” – där hittar du också en massa andra spännande Experiment!
The Amundsen Sea – we are finally here! The viw outside our round windows has changed – it is no longer only grey and blue. Between us and the horizon there’s the odd iceberg bobbing about and every now and then some sea ice and maybe a lonely snow petrell or a seal… but no penguins, just yet!
We are now quite precisely 15711 km from Bergen and home – and you proabably want to know why we came here.
The water in the Amundsen Sea is of course just as blue as the water outside Bergen – but on our oceanographic charts we tend to color it red. Red because it is (relatively) warm, red because the ice shelves are melting faster here than in most other places around Antarctica. This is not a coincidence – the ice shelves, i.e. the floating extension of the ice sheet covering the continent, are melting because the warm water is entering the cavity beneath them. And you all know what happens when you put ice in warm water.
Undocking of a buoy. (Photo: Povl Abrahamsen)
Melting ice shelves are a big concern in the chapter of the IPCC-report that discussed sea level rise. It is a concern, because the consequences if they are to melt are so large, but the ice shelves also represent a big question mark, because we know so little about how the work and about how they are affected by (and affect) the ocean around them. The ice shelf itself is floating, so the sea level is not affected when it melts, but when it thins, it tends to speed up and the glacier or ice sheet feeding it will follow. Ice is then moved from land to the ocean – and the sea level rises.
During our weeks at sea will do measurements and install instrument – both in the sea and up on the ice shelves – to better understand what is happening, and to measure the amount of heat that the ocean is transporting towards the ice shelf and how the ice shelf is responding.
A lot of the time on board is used to do “CTD-stations”. CTD stands for “Conductivity-Temperature-Depth, and it is a bunch of sensors mounted on a frame (most of the time with a number of bottles attached to it) that we lower down to the ocean using a big winch. On its way down to the bottom the CTD is continuously measuring and sending the data back to us. On the screen in front of us a profiles show how salinity and temperature is changing as the instrument moves downward. The “bottles” on the frame are open in both ends so the water is flowing through them and when the CTD is returning up to the surface we stop it every now and then to close one of the bottles – in that way we can bring water from different depths up, that we (or the biologists onboard) can analyze.
There is a lot of equipment at the lab. (Photo: Povl Abrahamsen)
A few hours ago we took the first CTD-station and the instrument was sent down to the bottom 3450 m below us. We are still above deep water, and we will continue to do CTD-stations on our way in towards the shallow continental shelf. Down in the deep there is plenty of “warm” water, the big question is how much of it that makes it up on the continental shelf, in towards the floating ice.
We are now getting used to life onboard… we’ve learnt what buttons to press to make the Korean laundry machine start, I’ve learnt to stay away from the red (and thus spicy) food and we’ve made the bread baking a routine! My colleague Anna (from Gothenburg University) has been onboard Araon on previous expeditions, and after spending eight weeks at sea with no real bread last time she was on board, she decided to bring a bread machine (and 25 kilos of flour!). The Koreans normally don’t eat bread, but when the smell of freshly baked bread is spreading in the corridors they are eager to come and taste!
An historical moment! We cut up the first bread baked on Araon. (Photo: Povl Abrahamsen)Korean barbecue on the menu on saturdays (Photo: Povl Abrahamsen)
