A NAPSUGÁRZÁS

Dr. Lakotár Katalin

Sugárzás: energiaátadás

NAP elektromágneses hullámok FÖLD

elektromágneses sugárzás = fotonok árama

-minden irányba terjed

-terjedéshez közvetítő közeg nem kell

-hőenergiává csak anyagi közegben alakul át

-hőenergia átadás csak anyagi közegben jön létre

-légköri folyamatok fő energiaforrása a részecskesu-gárzás és elektromágneses sugárzás

napsugárzás energiaforrása atommag reakció, amely a Nap belső részeinek rendkívül magas hőmérsékletén - 20-50 millió fok - nagy nyomáson megy végbe Nap tömegének 98%-át kitevő hidrogén atomjai héliumato-mokká alakulnak át felszabaduló energia szétszóró-dik, majd többszöri átalakulás után eljut a Nap felszínére elektromágneses sugárzásként szóródik a világűrbe légkör anyagával kölcsönhatásba kerül: 1.légkör alkotórészei elnyelik (abszorpció) 2.eredeti haladási iránytól eltérítik (szórják) világosság

elektromágneses sugárzás = hullámok formájában tovaterjedő elektromágneses energia-elektromágneses sugárzás hullámtermészetű -hullámhossz(λ): két azonos rezgésállapotban levő pont távolsága - mértékegység:mikrométer -minél rövidebb a sugárzás hullámhossza, annál nagyobb az energiája-frekvencia:adott idő alatt elhaladó hullámcsúcsok száma-hullámhossz és frekvencia között fordított arányos-ság-rövidebb hullámhossztól a hosszabb felé haladva: gamma-sugárzás, röntgensugárzás, ultraibolya sugárzás, látható fény (46%),infravörös sugarak – hősugárzás (47%), rádióhullámok

elektromágneses sugárzás különböző hullámhosszúságú sugarakból áll:

-10% rövid hullámhosszú (380 nm-ig) ultraibolya sugárzás (UV)

- 45% látható fény (380-720 nm hullámhossz)

- 45% láthatatlan infravörös tartományba (720 nm felett) esik

-földfelszínt melegíti

-infravörös sugárzást a növények elnyelik, az alacso-nyabb tartományba esőt visszaverődnek

-Föld által visszasugárzott energia legnagyobb része a légkörben újra elnyelődik, majd visszasugárzódik

Föld légkörének külső határára érkező napsugárzás-26%- a visszaverődik szórt sugárzásként a világűrbe-23%-át a légköri gázok elnyelik, hővé alakítják  -51%-a éri el a felszínt

33% közvetlen rövidhullámú sugárzás 18% diffúz sugárzás

-a földfelszín a napsugárzás 10%-át visszaveri

5% a légkörben elnyelődik, 5% pedig a világűrbe

légkör a földfelszínre érkező napsugárzás gyengülé-sét okozza, amit jelentősen befolyásol az időjárás állandó változásától függő felhőzet és köd napsugárzás jelentős részét visszaverik, ill. elnyelik.

Elektromágneses sugárzás erősségét a napállandófejezi ki:közepes Föld-Nap távolság esetén a légkör külső ha-tárán a sugárzásra merőleges keresztmetszeten idő-egység alatt áthaladó energia

1365 W/m² =

1.365 kW/m²

Energiaspektrum a felszínen: kissé más eloszlás, mint a légkör külső határán

-légkör alján legtöbb energiát szállító hullámhossz na-gyobb rövidebb hullámoknál áthaladáskor na-gyobb a veszteség

-0,3 nm rövidebb hullámok – röntgensugarak és ultra-ibolya jelentős része - hiányoznak ózonréteg elnyeli

-egyes hullámhosszaknál – főleg infravörös – energi-acsökkenés, elnyelési sávok vízgőz, szén-dioxid okozza

Magyarország „legnapsütöttebb” és „legkevésbé nap-sütött” helye között a különbség mindössze kb. 8%.

A napsugárzás eloszlása

A magyarországi napfénytartam éves megoszlása

                                                                                                                                  

                                

A havi átlagos napbesugárzás 2000 áprilisában, a Meteosat-7 mérései alapján, kilowattóra/m2 egységekben. Magyarország egész területére pl. 4000-5000 kWh/m2 érték a jellemző. (Kép: Univ. Oldenburg)

Sugárzási törvények-sugárzási törvény az úgynevezett abszolút fekete test állapotra készült: a testet idealizálva tekintjük, azaz úgy vesszük, hogy a test az összes elnyelt sugárzást maradéktalanul vissza is sugározza ilyen test nincs, de ezen állapotot megközelítő test sok vanPlank törvény: az adott hullámhosszhoz tartozó energia a hullámhossz és a hőmérséklet függvénye Eλ=f(λ,Τ)

Kirchoff törvény: test T hőmérsékleten és λ hullám-hosszon e(λT) mennyiségű energiát bocsát ki magá-ból és ugyanilyen feltételek mellett a(λT) mennyisé-gű energiát nyel el

Stefan-Boltzmann törvény: a kisugárzott összesenergiamennyiség csak a sugárzó test abszolút hőmérsékletétől függ, annak negyedik hatványá-val arányos

Wien-féle törvény: a sugárzás eltolódási törvény szerint a maximális sugárzás hullámhossza a rövi-debb vagy hosszabb hullámhossz-tartományokba tolódik el a sugárzó test hőmérsékletének függvé-nyében.

Üvegházhatás: légkör hővisszatartó képessége

Nap rövidhullámú sugárzás energia a Földre -légkörbe lépő sugárzás teljesítménye kb. 1370 watt/m² földfelszín: 324 watt/m² csökken -beérkező energia 30%-a visszaverődik a világűrbe, fennmaradó rész (240 watt/m²) elnyelődik melegí- ti a felszínt felmelegíti a légkört energia infra-vörös sugárzás formájában távozik -legnagyobb visszaverődés a sarkokon:hó, jég, bee-sési szög alacsony -Föld által elnyelt és a világűr felé kisugárzott energia évi mérlege nulla ha nem így lenne, a Föld hőmér-séklete folyamatosan növekedne üvegházhatás jelensége: üvegházhatású gázok fal a Föld felszíne és a világűr közt átengedik a napsu-gárzást, nem engedik át a felszínről a hősugárzást

Üvegházban élünk?

Joseph Fourier' fedezte fel 1824-ben, számszerűleg először 1896-ban Svante Arrhenius svéd kémikus vizsgálta 1998–ban Buenos Airesben 180 ország részvételével ENSZ konferenciát tartottak az üvegházhatás káros következményei-nek csökkentése érdekében.

1960-as évekig: levegő vízgőztartalma, a szén-dioxid, a metán, az ózon, a dinitrogén-oxid 60-as évektől: freonok szerepe erősen megnövekedett

   Szén-dioxid Nitrogén-oxidok Freonok Ózon Metán

Iparosítás elõtt 290 0,28 … 0 0,70

1980 339 0,30 0,0015 0,03 1,55

1993 363 0,31 0,0017 - 0,0030 0,035 1,70

Becslés 2030-ra 450 0,50 0,0035 - 0,0060 0,04 2,4

Az üvegházhatásért felelős legfontosabb gázok átlagos koncentrációja a Föld légkörében (ppm: part per million):

Milyen veszélyek fenyegetik a Földet az üvegházhatás növekedése miatt?

-üvegházhatású gázok kibocsátása az utóbbi évek ütemében: 2030-ra a Föld átlaghőmérséklete 3 - 6 °C-kal emelkedne -hőmérséklet növekedése mellett jelentősen (akár 30 %) csökkenne a csapadék évi mennyisége- 1 - 2 °C-os évi középhőmérséklet-növekedés 100 év alatt 40 cm-rel emelné meg a világtenger szint-jét az elolvadó jégtömegek miatt

Az üvegházgázok hozzájárulása a Föld felmelegedéséhez

Gáz A felmelegedéshez való hozzájárulása 2000-ig

A felmelegedéshez való hozzájárulása 2050-ig

Középhõmérsékletet növelõ hatása2050-ig

Szén-dioxid 42 - 46 % 51 - 60 % 1,5 - 6 °C

Nitrogén-oxidok 3 - 4 % 6 - 9 % 0,25 - 1,0 °C

Freonok 30 - 35 % 20 - 23 % 0,3 - 0,7 °C

Ózon(a troposzférában)

14 % ... 0,8 °C

Metán 6 - 12 % 3 - 23 % 0,3 °C

 

Jégfúrások -grönlandi és az antarktiszi jégtakarókból vett fúrás-minták 200 ezer évre visszamenőleg tájékoztat-nak a légkör összetételének változásairól lehullott, jéggé alakult hó kis légbuborékokat tartalmaz-jégbe zárt légbuborékok arról is tanúskodnak, hogy milyen hőmérséklet-változások mentek végbe a közvetlen mérések kezdetét jóval megelőző időkben - nemrég elvégzett vizsgálatsorozatkor öt kontinens (kivéve az Antarktisz) 616 pontjáról fúrásminta megerősítette azt a feltételezést, miszerint a XX. sz-ban a hőmérséklet növekedett.

Korallminták vizsgálata-korallminták elemzéséből következtetni lehet a ten-gervíz egykori hőmérsékletére és sótartalmára, re-konstruálható egy adott korszak éghajlata-új-guineai Houn-félsziget korallteraszokból áll, ké-regmozgások emelték felszínre 130 ezer éves korallok vizsgálatára van lehetőség-korallt izotópos és vegyi elemzésnek vetik alá, 14 különböző, egyenként 20-100 éves korszak éghajla-táról ad képet-40 ezer évvel ezelőtti glaciális és a 125 ezer évvel ezelőtti interglaciális korszakban keletkezett korall-minták vizsgálatával sikerült kiértékelni az El-Nino je-lenség viselkedését a különböző éghajlatú korokban

Vízmelegedés hatására a

korallok kilöki az őket

színező algákat

Izotópos vizsgálatok

-legáltalánosabb módszer a földtörténeti korok éghaj-latának rekonstruálására globális felmelegedés okainál nehéz megkülönböztetni a természetes folya-matok és az emberi tevékenység hatását

-módszer azon alapul, hogy a természetes folyama-tok és emberi tevékenység során kibocsátott szén-dioxid szénatomjainak izotópmegoszlása különböző természetes szén-dioxid szénatomjai mérhető radioaktivitást mutatnak, a fosszilis energia-hordozók elégetése során keletkezett szén-dioxid szénatomjai elvesztették radioaktivitásukat a keletkezésüktől fogva eltelt évmilliók alatt