oplopende temperaturen op de Noordpool
Frank stelde deze vraag op 08 november 2018 om 10:51.Ik vroeg me af hoe snel wordt het zeewater op de noordpool warmer als al het zeeijs gesmolten is?
De energie om 1 kg ijs te laten smelten (latente warmte) is evenveel als om 1 liter water ongeveer 80 graden C te laten stijgen. (zie bijlage)
latente warmte = 334 KJ/kg
soortelijke warmte = 4,186 KJ/kg/K
Nu smelt er in een maand september zo'n 1125 km3 ijs.(gegevens van Piomas) Dit is latente warmte oftewel energie waarbij de temperatuur constant 0 graden blijft. Stel dat er geen ijs in September meer is.. Wie helpt mij uitrekenen wat de temperatuur stijging dan wordt ? Ik ga er van uit dat alleen de bovenste 200 meter van een zee opgewarmd wordt in de zomer.( thermocline)
Reacties
Theo de Klerk
op
08 november 2018 om 11:04
Je hebt gelijk: het kost heel veel energie om de ijsstructuren te verbreken en de watermoleculen "los" in vloeistof te krijgen. Daarna kost het ca. 1 calorie/gram/graad (of 4,18 J/gram) om het water op te warmen.
Water zal zich geleidelijk door menging overal even warm maken, maar de IJszee en de Pacific zijn dan wel verbonden maar niet volledig gemengd.
Rekensommetje dus: hoeveel oppervlak water rond de pool wil je in je berekening betrekken? Dit maal 200 meter om een volume te krijgen. Maal de dichtheid voor de massa van het water. Maal 4,18 J/gram om de hoeveelheid benodigde warmte te bepalen... Opwarmen van water op zich geeft dus een temperatuursdaling van de lucht (want warmere lucht staat warmte af aan koud water).
Maar daardoor kan er weer meer warmte worden vastgehouden (om het gat op te vullen) van nieuw invallend zonlicht en warmt de lucht weer op.
Netto heeft de aarde dus meer warmte ingevangen:
Qtotaal = Qlucht + Qwater + Qzonlicht-absorptie
Water zal zich geleidelijk door menging overal even warm maken, maar de IJszee en de Pacific zijn dan wel verbonden maar niet volledig gemengd.
Rekensommetje dus: hoeveel oppervlak water rond de pool wil je in je berekening betrekken? Dit maal 200 meter om een volume te krijgen. Maal de dichtheid voor de massa van het water. Maal 4,18 J/gram om de hoeveelheid benodigde warmte te bepalen... Opwarmen van water op zich geeft dus een temperatuursdaling van de lucht (want warmere lucht staat warmte af aan koud water).
Maar daardoor kan er weer meer warmte worden vastgehouden (om het gat op te vullen) van nieuw invallend zonlicht en warmt de lucht weer op.
Netto heeft de aarde dus meer warmte ingevangen:
Qtotaal = Qlucht + Qwater + Qzonlicht-absorptie
Frank
op
08 november 2018 om 11:49
"hoeveel oppervlak water rond de pool wil je in je berekening betrekken? "
Dat is een vraag waar ik geen antwoord op weet. Moeten we uitgaan van de totale arctic ocean oppervlakte? = 15.558.000 km2 of het oppervlakte van de maximale ice extent in September van het jaar dat het laatste ijs verdwijnt = Ik schat dan zo'n 280.000 km2 of anders ?
Dat is een vraag waar ik geen antwoord op weet. Moeten we uitgaan van de totale arctic ocean oppervlakte? = 15.558.000 km2 of het oppervlakte van de maximale ice extent in September van het jaar dat het laatste ijs verdwijnt = Ik schat dan zo'n 280.000 km2 of anders ?
Theo de Klerk
op
08 november 2018 om 12:21
Geen idee... dat is waar alle berekeningen de "onder voorbehoud" zaken noemen (of niet, als dat beter uitkomt voor het argument).
Het is een complex geval: de lucht koelt af, ijs smelt, 0 graden koud water valt in een beetje warmer water waardoor de totale watertemperatuur daalt (maar boven 0 blijft) en de vloeibare watermassa toeneemt (volume verandert niet op de noordpool, wel bij de zuidpool als landijs in het water glijdt). Warmte wordt onttrokken uit warmer water op lagere breedtegraden. Waar stopt dit (in principe nooit)? Water in zee voert stromende bewegingen uit waardoor warmteuitwisseling niet statisch verloopt.
Je zult dus een aantal aannames moeten maken en met een groot voorbehoud daar antwoorden uit krijgen.
Het is een complex geval: de lucht koelt af, ijs smelt, 0 graden koud water valt in een beetje warmer water waardoor de totale watertemperatuur daalt (maar boven 0 blijft) en de vloeibare watermassa toeneemt (volume verandert niet op de noordpool, wel bij de zuidpool als landijs in het water glijdt). Warmte wordt onttrokken uit warmer water op lagere breedtegraden. Waar stopt dit (in principe nooit)? Water in zee voert stromende bewegingen uit waardoor warmteuitwisseling niet statisch verloopt.
Je zult dus een aantal aannames moeten maken en met een groot voorbehoud daar antwoorden uit krijgen.
Frank
op
08 november 2018 om 13:47
Aangezien de oceanen de meeste energie bevatten wil ik de atmosfeer buiten beschouwing laten in mijn berekeningen. Mee eens ?
uit IPCC raport http://www.ipcc.ch/report/ar5/syr/
Ocean warming dominates the increase in energy stored in the
climate system, accounting for more than 90% of the energy
accumulated between 1971 and 2010 (high confidence) with
only about 1% stored in the atmosphere (Figure 1.2).
uit IPCC raport http://www.ipcc.ch/report/ar5/syr/
Ocean warming dominates the increase in energy stored in the
climate system, accounting for more than 90% of the energy
accumulated between 1971 and 2010 (high confidence) with
only about 1% stored in the atmosphere (Figure 1.2).
Theo de Klerk
op
08 november 2018 om 14:28
Dat ontken ik ook niet: de lucht koelt af zodat het water kan opwarmen. Dan wordt de lucht weer verwarmd door nieuw invallend zonlicht. En die warmte kan ook in het water worden opgeslagen. Dus de lucht is een soort doorgeefluik hiervoor. De straling rechtstreeks op het water helpt natuurlijk ook mee bij de wateropwarming.
Maar het is een ingewikkelde berekening waar van alles van het ene potje in het andere gaat om uiteindelijk in het zeewater opgeslagen te worden. Zonder modellen en aannamen is de berekening vrijwel onmogelijk.
Maar het is een ingewikkelde berekening waar van alles van het ene potje in het andere gaat om uiteindelijk in het zeewater opgeslagen te worden. Zonder modellen en aannamen is de berekening vrijwel onmogelijk.
Frank
op
08 november 2018 om 15:59
Poging 1:
Massa smeltijs in september=
1125 km3 x 917 x 109 kg/km3 = 1,032 x 1015 kg
Aangezien de energie van 1 kg smeltend ijs overeen komt met 1 liter 80 graden temperatuurstijging , kan je ook zeggen dat 80 liter 1 graad stijgt.
Dus 80 x 1,032 x1015 kg = 82,56 x 1015 kg wordt 1 graad opgewarmd.
Totale volume die opwarmt = 280.000 km2 x 0.2 km = 56.000 km3
56.000 km3 komt overeen met 56 x 1015 dm3 = 56 x 1015 kg
Dus dit is een temperatuurstijging van 82,56/56 = 1,4 graden in de maand september.
please correct me if i'm wrong.
Massa smeltijs in september=
1125 km3 x 917 x 109 kg/km3 = 1,032 x 1015 kg
Aangezien de energie van 1 kg smeltend ijs overeen komt met 1 liter 80 graden temperatuurstijging , kan je ook zeggen dat 80 liter 1 graad stijgt.
Dus 80 x 1,032 x1015 kg = 82,56 x 1015 kg wordt 1 graad opgewarmd.
Totale volume die opwarmt = 280.000 km2 x 0.2 km = 56.000 km3
56.000 km3 komt overeen met 56 x 1015 dm3 = 56 x 1015 kg
Dus dit is een temperatuurstijging van 82,56/56 = 1,4 graden in de maand september.
please correct me if i'm wrong.
Jan van de Velde
op
08 november 2018 om 16:27
Binnen de grenzen van je aannames en allerlei factoren die je verwaarloost klopt je sommetje.
groet, Jan
groet, Jan
Frank
op
09 november 2018 om 16:30
Bedankt !
Ik zou ook nog willen weten hoe ze bij piomas rekenen? Daar rekenen ze met W/m2
http://psc.apl.uw.edu/research/projects/arctic-sea-ice-volume-anomaly/
enig idee hoe ze aan de 0,4 W/m2 komen ? bij het stukje over:
" Perspective: Ice Loss and Energy"
Ik zou ook nog willen weten hoe ze bij piomas rekenen? Daar rekenen ze met W/m2
http://psc.apl.uw.edu/research/projects/arctic-sea-ice-volume-anomaly/
enig idee hoe ze aan de 0,4 W/m2 komen ? bij het stukje over:
" Perspective: Ice Loss and Energy"
Jan van de Velde
op
09 november 2018 om 17:35
Frank plaatste:
enig idee hoe ze aan de 0,4 W/m2 komen ?
Perspective: Ice Loss and Energy
It takes energy to melt sea ice. How much energy? The energy required to melt the 16,400 km3 of ice that are lost every year (1979-2010 average) from April to September as part of the natural annual cycle is about 5 x 1021 Joules. For comparison, the U.S. Energy consumption for 2009 (www.eia.gov/totalenergy) was about 1 x 1020 J. So it takes about the 50 times the annual U.S. energy consumption to melt this much ice every year. This energy comes from the change in the distribution of solar radiation as the earth rotates around the sun.
To melt the additional 280 km3 of sea ice, the amount we have have been losing on an annual basis based on PIOMAS calculations, it takes roughly 8,6 x 1019 J or 86% of U.S. energy consumption.
However, when spread over the area covered by Arctic sea ice, the additional energy required to melt this much sea ice is actually quite small. It corresponds to about 0,4 Wm-2 . That’s like leaving a very small and dim flashlight bulb continuously burning on every square meter of ice. Tracking down such a small difference in energy is very difficult, and underscores why we need to look at longer time series and consider the uncertainties in our measurements and calculations.
Kijk naar de eenheden en zoek de gegevens.
0,4 W/m² is hetzelfde als 0,4 (J/s)/m².
de joules heb je al. Dan nu nog op zoek naar een tijd in seconden en een oppervlak in vierkante meter, en als je dezelfde gegevens kunt vinden of bedenken die piomas gebruikt zou je op die 0,4 W/m² moeten uitkomen.
groet, Jan
Frank
op
19 april 2020 om 14:48
Hallo Natuurkunde mensen,
Daar ben ik weer. Deze materie houdt mij nog steeds bezig. Ik heb nog een vraag over de grafiek. Je zou op de horizontale as ook de tijd kunnen uitzetten als de energietoevoer constant is. In de zomer stijgt eerst de temperatuur en tijdens het smelten blijft het constant 0 graden. Dit zie je ook in de temperatuur grafiek van het DMI 80 N. Maar mijn vraag is nu ; Stel dat al het ijs weg is en de temperatuur dus gaat stijgen..wat gebeurt er dan in de winter als het weer gaat afkoelen? Je gaat de grafiek dan als het ware achterstevoren als functie van de tijd uitzetten. Op welk moment ontstaat er ijs? Is dat op het moment dat het 0 graden wordt, of moet je eerst dat horizontale stuk afleggen voordat er ijs ontstaat? Ik ben bang voor het laatste.
Daar ben ik weer. Deze materie houdt mij nog steeds bezig. Ik heb nog een vraag over de grafiek. Je zou op de horizontale as ook de tijd kunnen uitzetten als de energietoevoer constant is. In de zomer stijgt eerst de temperatuur en tijdens het smelten blijft het constant 0 graden. Dit zie je ook in de temperatuur grafiek van het DMI 80 N. Maar mijn vraag is nu ; Stel dat al het ijs weg is en de temperatuur dus gaat stijgen..wat gebeurt er dan in de winter als het weer gaat afkoelen? Je gaat de grafiek dan als het ware achterstevoren als functie van de tijd uitzetten. Op welk moment ontstaat er ijs? Is dat op het moment dat het 0 graden wordt, of moet je eerst dat horizontale stuk afleggen voordat er ijs ontstaat? Ik ben bang voor het laatste.
Jan van de Velde
op
19 april 2020 om 14:57
nee, vanaf dat het 0 oC wordt begint er ijs te ontstaan. Blijf je dan energie afvoeren, dan blijft het 0 oC en ontstaat er in de tijd meer en meer ijs.
die grafiek waar jij op doelt (uit de startpost) gaat uit van een blok ijs in een laboratorium. De situatie in de Noordelijke IJszee is uiteraard veel dynamischer, met bijvoorbeeld ook uitwisseling van warmte van en naar het onderliggende zeewater, opname van zonnestraling en uitzending van infrarood. Luchttemperatuur zegt daarbij niet alles. Je kunt ook 's ochtends je autoruiten onder het ijs terugvinden terwijl de luchttemperauur die nacht niet onder 0 is geweest.
die grafiek waar jij op doelt (uit de startpost) gaat uit van een blok ijs in een laboratorium. De situatie in de Noordelijke IJszee is uiteraard veel dynamischer, met bijvoorbeeld ook uitwisseling van warmte van en naar het onderliggende zeewater, opname van zonnestraling en uitzending van infrarood. Luchttemperatuur zegt daarbij niet alles. Je kunt ook 's ochtends je autoruiten onder het ijs terugvinden terwijl de luchttemperauur die nacht niet onder 0 is geweest.
Frank
op
19 april 2020 om 15:15
Ok, bedankt. Dat stelt me weer een beetje gerust. Maar de lengte van het horizontale stuk bij afkoelen, zal wel even lang duren dan bij het opwarmen, toch? In het geval van blok ijs in laboratorium , dan. Ik zal ook een temperatuurlogger gaan aanschaffen. Leuk om thuis na te meten. 😉
Jan van de Velde
op
19 april 2020 om 15:55
Frank plaatste:
Maar de lengte van het horizontale stuk bij afkoelen, zal wel even lang duren dan bij het opwarmen, toch?Overigens blijft die grafiek in de IJszee horizontaal: zodra die naar onder duikt is dat het teken dat er geen vloeibaar water meer is. En dan spreken we dus niet meer van zeeijs.
Frank
op
19 april 2020 om 16:36
Toch is er echt wel nog vloeibaar water onder het ijs aanwezig, terwijl de temperatuur van de atmosfeer onder 0 duikt in de winter. Blijkbaar is niet de hele oceaan onderdeel van het mengsel water/ijs. Misschien dat de sneeuw laag het ijs isoleert van de atmosfeer. Niet echt te vergelijken met laboratorium bakje ijs helaas. Maar aangezien de steilheid van de opgaande en neergaande groene lijn van de 80 N grafiek redelijk gelijk loopt, denk ik dat de toegevoegde warmte in voorjaar gelijk is aan de afgevoerde in de winter. Maar ik zal de dagelijkse volume/massa verandering ook nog even in een grafiek gaan zetten. Ik ben er voorlopig nog niet klaar mee.
Theo Lamme
op
29 maart 2023 om 21:24
Een interessante gedachtegang, de ontwikkeling ervan is ook duidelijk. 👍
Theo Lamme
op
29 maart 2023 om 21:34
Jij kan het nog complexer maken door de invloed van een broeikasgas mee te nemen. Lastig hierbij is dat waterdamp het grootste broeikasgas is, methaan heeft een sterker effect dan CO2 en dan heb je huidige "duivel" het CO2 molecuul. Maar al die gassen ten spijt, poolijs is diverse malen gesmolten en weer teruggekomen. Ik weet niet of het Noordpoolijs ooit geheel is gesmolten . Idem voor Antarctica, dat is nog complexer omdat er landijs is. Ik vermoed dat je lang moet teruggaan, 1, 2, 3 miljard jaar om te ontdekken dat er toen geen ijs was.
