Klimat – fizyczna zagadka! Obieg ciepła w atmosferze 1 z 9

Klimat Charakterystyczny przebieg zjawisk pogodowych na danym obszarze w okresie wieloletnim (30-50 lat). Ustalony jest na podstawie wieloletnich obserwacji normalnego przebiegu pogody, zarówno jej stanów jak i poszczególnych jej składników. 2 z 9

Klimat Klimat na Ziemi kształtują trzy podstawowe procesy klimatotwórcze: obieg ciepła, obieg wody, krążenie powietrza, czynniki geograficzne: układ lądów i oceanów, wysokość n.p.m., odległość od morza (oceanu) Klimat jest jednym z czynników ekologicznych wpływających na występowanie i życie organizmów. 2 z 9

Ciepło Ziemi Ziemia, jak każda inna planeta, otoczona jest próżnią i dlatego wymiana energii cieplnej z otoczeniem odbywa się wyłącznie poprzez promieniowanie elektromagnetyczne. Jedyną znaczącą ilościowo energią docierającą do Ziemi jest energia światła słonecznego. Ziemia nie tylko otrzymuje, ale też oddaje energię cieplną w postaci promieniowania cieplnego, którego ilość zależy od temperatury planety. 3 z 9

Promieniowanie Słońce dostarcza na powierzchnię Ziemi najwięcej energii. Dzieje się tak z powodu niewielkiej odległości, jaka dzieli oba te ciała niebieskie. Wynosi ona bowiem średnio 149,6 miliona kilometrów, podczas gdy dystans do najbliższego innego źródła energii, gwiazdy Proxima Centauri, jest przeszło 282 tysiące razy większy, równy w przybliżeniu 4,3 roku świetlnego, czyli prawie 40,5 biliona kilometrów. 4 z 9

Promieniowanie Słońce dostarcza na powierzchnię Ziemi najwięcej energii. Dzieje się tak z powodu niewielkiej odległości, jaka dzieli oba te ciała niebieskie. Wynosi ona bowiem średnio 149,6 miliona kilometrów, podczas gdy dystans do najbliższego innego źródła energii, gwiazdy Proxima Centauri, jest przeszło 282 tysiące razy większy, równy w przybliżeniu 4,3 roku świetlnego, czyli prawie 40,5 biliona kilometrów. Dla przeciętnego mieszkańca Ziemi, żyjącego w umiarkowanych warunkach klimatycznych, promieniowanie słoneczne ma również istotne znaczenie. Umożliwia bowiem produkcję witaminy D. Bez niej organizm ludzki nie jest w stanie rozwijać się prawidłowo. Brak słońca może także wpływać na obniżenie nastroju, stąd odnotowuje się częstsze depresje u ludzi późną jesienią i zimą. 4 z 9

Promieniowanie elektromagnetyczne od Słońca Promieniowanie ultrafioletowe, choć niewidzialne, ma silne działanie fotochemiczne - przy długości fali poniżej 300 nm wywołuje już jonizację i jest zabójcze dla organizmów żywych. Bierze udział w produkcji witaminy D . Ziemię chroni przed nim warstwa ozonowa, a także powietrze. 3 z 9

Promieniowanie elektromagnetyczne od Słońca Promieniowanie świetlne, ta część promieniowania elektromagnetycznego, na którą reaguje siatkówka oka w procesie widzenia. Dla człowieka promieniowanie to zawiera się w przybliżeniu w zakresie długości fal 380-780 nm (co najmniej), dla zwierząt zakres ten bywa inny, aczkolwiek o zbliżonych wartościach. 3 z 9

Promieniowanie elektromagnetyczne od Słońca Promieniowanie cieplne, promieniowanie termiczne, strumień energii fal elektromagnetycznych emitowanych przez ciało znajdujące się w temperaturze większej od zera bezwzględnego. W zależności od temperatury ciała w promieniowaniu cieplnym dominować może promieniowanie o różnej długości fal. 3 z 9

Promieniowanie elektromagnetyczne od Słońca

Obieg ciepła Pomiędzy podłożem a atmosferą odbywa się stała wymiana ciepła. Przyczyniają się do niej przemiany fazowe wody (parowanie, skraplanie), a także przewodnictwo i konwekcja oraz promieniowanie. 5 z 9

Obieg ciepła Przewodnictwo cieplne Przewodzenie ciepła polega na bezpośrednim przekazywaniu energii kinetycznej jednej cząstki innej cząstce, a więc jest możliwe tylko wówczas gdy występuje bezpośredni kontakt między molekułami Cząstki znajdujące się w cieplejszych miejscach ciała są obdarzone większą energią niż pozostałe i część swej energii oddają bezpośrednio cząstkom sąsiednim, należącym do chłodniejszej części ciała. Proces ten trwa dopóty, dopóki nie nastąpi równomierny rozkład prędkości cząsteczek w całym ciele, ewentualnie w całej przestrzeni. 5 z 9

Konwekcja Proces przenoszenia ciepła wynikający z ruchu materii w objętości dowolnej substancji (powietrza, wody) Ciepło może być przenoszone na duże wysokości wyniku ruchów wznoszących, czyli prądów konwekcyjnych. Ciepłe powietrze cechuje się mniejszą gęstością od powietrza otaczającego, dlatego unosi się do góry. Widocznym przejawem tych ruchów są silnie rozbudowane w pionie chmury kłębiaste. Ten sposób wymiany ciepła między ziemią a atmosferą jest najbardziej wydajny. 6 z 9

Promieniowanie cieplne to transport ciepła między obszarami o różnych temperaturach, zachodzący bez udziału cząsteczek ośrodka dzielącego te obszary na drodze emisji fal podczerwonych Ciepło jest oddawane przez Ziemię, chmury i składniki atmosfery. Wypromieniowanie odbywa się we wszystkich kierunkach równomiernie: w stronę przestrzeni kosmicznej, a z chmur i z warstw atmosfery - również w stronę Ziemi. Dzięki temu obiekty na Ziemi i w dolnych warstwach atmosfery są wtórnie ogrzewane. W przeciwieństwie do promieniowania słonecznego długofalowe promieniowanie ziemskie jest pochłaniane przez niektóre składniki atmosfery (m. in. parę wodną i dwutlenek węgla), a następnie powtórnie wypromieniowane przez te składniki równomiernie we wszystkich kierunkach - w przestrzeń kosmiczną i z powrotem w stronę Ziemi. 7 z 9

Ewapotransmitancja Proces parowania terenowego (np. w obrębie użytku zielonego), obejmujący transpirację (parowanie z komórek roślinnych) oraz ewaporację (parowanie z gruntu). 7 z 9

Bilans cieplny Głównym źródłem ciepła na Ziemi jest krótkofalowe promieniowanie słoneczne, które przechodząc przez atmosferę, ulega osłabieniu tak, że do powierzchni Ziemi dociera niewiele ponad jego połowę, tj. 52%. Pozostała część promieniowania jest pochłaniana przez ozon i chmury (15%) oraz odbijana od chmur i rozproszona przez aerozole (33%). Promieniowanie słoneczne docierające do powierzchni Ziemi jest od niej odbijane w 5% natomiast pozostałe 47% ulega pochłonięciu przez podłoże i przetworzeniu na ciepło, które Ziemia oddaje atmosferze w postaci promieniowania długofalowego. Wypromieniowane przez Ziemię ciepło ogrzewa powietrze atmosferyczne. Znaczna część promieniowania długofalowego Ziemi pochłaniana jest przez parę wodną i CO2. Dolne warstwy atmosfery, zatrzymując znaczną część tego promieniowania, chronią Ziemię przed nadmierną utratą ciepła. W sumie Ziemia oddaje tyle samo ciepła, ile otrzymuje. Gwarantuje to utrzymanie stałej średniej temperatury powierzchni Ziemi 15°C. Jest to tzw. równowaga cieplna Ziemi. Bez atmosfery Ziemia miałaby średnią temperaturę około -18°C. 8 z 9

Bilans cieplny 8 z 9

Obieg wody w przyrodzie

Obieg wody w przyrodzie

Elementy cyklu hydrologicznego

Elementy cyklu hydrologicznego

Ocean Przeważająca ilość wody jest zmagazynowana w oceanach przez czas dłuższy niż ten potrzebny dla pełnego cyklu hydrologicznego. Ocenia się, że około 321,000,000 mi3 (1,338,000,000 km3) światowych zasobów wody (332,500,000 mi3, tj. 1.386,000,000 km3) znajduje się w oceanach. Stanowi to około 96.5% całkowitych zasobów. Szacuje się również, że oceany w około 90% zasilają proces parowania.

Ocean W okresach oziębienia klimatu na Ziemi znaczna część wody została uwięziona w różnych formach zlodowacenia (pokrywa lodowa, lodowce), zmniejszając tym samym dostępną objętość wody dla innych elementów cyklu. Zjawisko odwrotne było możliwe podczas okresów ocieplenia klimatu. W czasie ostatniej epoki lodowej prawie jedną trzecią powierzchni Ziemi pokrywały lodowce, a poziom oceanów był o około 400 stóp (122 m) niższy od dzisiejszego. Około 3 milionów lat temu, kiedy Ziemia była cieplejsza, oceany mogły być nawet 165 stóp (50 m) powyżej stanu dzisiejszego.

Ocean w ruchu W oceanach występują prądy, które przemieszczają masy wody wokół Ziemi. Ruchy te mają ogromny wpływ na cykl hydrologiczny i pogodę na Ziemi. Prąd Zatokowy, dobrze znany ciepły prąd atlantycki, przemieszcza wodę z Zatoki Meksykańskiej, poprzez Atlantyk, w kierunku Wielkiej Brytanii. Z prędkością 60 mil (97 km) w ciągu doby Prąd Zatokowy niesie 100 razy więcej wody niż wszystkie rzeki Ziemi.

Parowanie Badania wykazały, że oceany, morza, jeziora i rzeki, parując, dostarczają około 90% wilgoci do atmosfery, podczas gdy pozostałe 10% dostaje się poprzez transpirację roślin. Tylko około 10% objętości wody parującej z oceanów przenoszona jest nad lądy aby tam spaść z opadem. Molekuły parującej wody spędzają około 10 dni w powietrzu zanim wrócą z powrotem na ląd czy ocean.

Kondensacja Woda w atmosferze występuje zawsze. Najlepiej widoczną formą jej obecności są chmury. Ale nawet przejrzyste powietrze w bezchmurny dzień zawiera wodę w postaci małych, niewidocznych gołym okiem cząsteczek. Objętość wody w atmosferze wynosi około 3,100 mi3 (12,900 km3). Gdyby cała woda zawarta w atmosferze spadła na Ziemi w jednej chwili, utworzyłaby na powierzchni warstwę o grubości 2.5 cm (1 cal).

Kondensacja Kondensacja jest procesem, gdzie para wodna zamienia się w ciekłą wodę. Jest to ważny element cyklu hydrologicznego, gdyż dzięki niemu powstają chmury. W chmurach mogą się tworzyć opady, które są głównym sposobem powrotu wody na Ziemię. Kondensacja jest procesem odwrotnym do parowania. Dzięki kondensacji tworzą się mgły. To za jej sprawą nasze okulary pokrywają się mgiełką gdy wychodzimy z chłodnego pomieszczenia na zewnątrz w upalny dzień. Kondensacja sprawia, że dni są wilgotne, że na wychłodzonej szklance z napojem pojawiają się kropelki wody, że w chłodne dni okna w naszych domach pokrywają się od wewnątrz warstewką wody.

Rozkład opadów Światowy rekord średniego rocznego opadu należy do Mt.Waialeale na Hawajach, 1,140 cm (450 cali). Wyjątkowo wysoki opad, 1,630 cm (642 cale), zanotowano tu w ciągu innego okresu 12-miesięcznego (ponad 5 cm, t.j. 2 cale każdego dnia!). Dla porównania, wyjątkowo niskie opady występują w Arica w Chile, gdzie przez 14 lat nie padało.

Pokrywa lodowa Woda zmagazynowana przez długi okres  w lodzie, śniegu i lodowcach jest częścią cyklu hydrologicznego. Ogromna ilość lodu, prawie 90%, pokrywa Antarktydę. Lód zgromadzony na Grenlandii stanowi zaledwie 10% całkowitej masy lodu. Pokrywa lodowa Grenlandii jest interesującym elementem cyklu hydrologicznego Ziemi. Jej objętość oceniana jest  na 2.5 mln km3 ( 600,000 mi3). Lód narastał przez wieki w wyniku dużych opadów śniegu. Średnia grubość lodu zgromadzonego na Grenlandii wynosi około 1,500 m (5,000 stóp), ale miejscami może dochodzić do 4,300 m. 

Woda podpowierzchniowa Infiltrująca woda opadowa tworzy w gruncie dwie strefy, nienasyconą (aeracji) i  nasyconą (saturacji). W strefie aeracji może występować wolna woda ale grunt nie jest nią nasycony.

Woda gruntowa Część infiltrujących opadów tworzy wody gruntowe. W gruncie część wody przemieszcza się blisko jego powierzchni i stosunkowo szybko przedostaje się do rzek i strumieni. Za sprawą sił grawitacyjnych część wody wnika w głębsze warstwy grunt.

Woda gruntowa Jeśli struktura gruntu pozwala na względnie łatwe przemieszczanie się wody, może ona pokonywać znaczące odległości w ciągu kilku dni. Ale woda może również przesiąkać do głębokich warstw wodonośnych, skąd dopiero po tysiącach lat powróci do środowiska.

Zasoby wodne ziemi

Źródła www.wikipedia.pl www.sciaga.pl www.wiem.pl www.ekologika.pl www.edu.pgi.gov.pl www.fuw.edu.pl B. Modzelewska, E. Piełowska: Podstawy geografii fizycznej 9 z 9