Международная научно-практическая конференция учащихся и педагогов «Первые шаги в науку»
Исследовательская работа
«Моделирование парникового эффекта и глобальное потепление климата»
Предметная область: география
Автор: ,
учащаяся 10 А класса МБОУ СОШ № 9 г. Брянска
Научный руководитель: ,
учитель географии МБОУ СОШ № 9 г. Брянска.
Брянск -2013
Содержание
Стр.
1. Введение 3.
2. Теоретические основы парникового
эффекта 4.
3. Описание моделей, используемых
при проведении исследований 6.
4.Методика проведения исследований 7.
5.Результаты исследования: их анализ и
выводы 9.
6. Список литературы 11.
7. Приложение. 12.
Введение.
Глобальными считаются многие проблемы, затрагивающие интересы всего человечества, среди которых следует выделить и проблему потепления климата вследствие парникового эффекта[2 ].
Недостаточность практической разработки данной темы при изучении проблемы парникового эффекта в школе на уроках географии и экологии обусловили тему данной работы «Моделирование парникового эффекта и глобальное потепление климата».
Объектом исследования является проблема парникового эффекта и связанное и с ней глобальное потепление климата.
Цель данной работы:
- построение модели, демонстрирующей парниковый эффект ;
- проведение опытов, демонстрирующих поглощение тепловой энергии поверхностями при различных условиях;
- проведение опыта, демонстрирующего такое последствие парникового эффекта как таяние снежного покрова.
Для достижения этой цели решались следующие задачи :
- изучение и анализ литературы по данной проблеме ;
- изготовление модели, демонстрирующей парниковый эффект ;
- обработка и анализ полученных экспериментальным путем данных.
В ходе работы использовались следующие методы:
- изучение, анализ и обобщение литературы ;
- наблюдения ;
- эксперимент;
- количественной и качественной обработки результатов.
Практическая значимость работы: проведенные опыты, позволят изучать проблемы парникового эффекта на уроках географии и экологии более наглядно.
Теоретические основы парникового эффекта.
Атмосфера задерживает тепловое излучение с поверхности Земли (Фурье, 1824г.),что приводит к повышению её температуры. Это явление представляет собой парниковый эффект (Тиндалл, 1863г.) [9 ].
Анализируя литературу по данному вопросу считаю, что наиболее обоснованной является гипотеза, что повышение средней температуры на Земле происходит вследствие разогрева земной атмосферы парниковыми газами (Аррениус, 1896г.) [1, 2, 3, 6,7, 9]. Под воздействием солнечных лучей поверхность Земли нагревается и излучает электромагнитную энергию в инфракрасном диапазоне. Это излучение задерживается парниковыми газами. При поглощении электромагнитного излучения молекулой парникового газа энергия трансформируется в тепловую энергию – атмосфера нагревается. Чем больше в атмосфере концентрация парниковых газов, тем интенсивнее накапливается тепловая энергия в приповерхностных слоях атмосферы. Увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере связано с хозяйственной деятельностью человека. Человек способствует увеличению в атмосфере диоксида углерода (СО2), метана (СН4) оксида азота (NО2),который выделяется при сжигании минерального топлива и при внесении в большом количестве в почву удобрений. Содержание озона (О3) в тропосфере увеличивается в результате работы двигателей внутреннего сгорания. Фреоны поступают в атмосферу в результате использования аэрозолей [8].
Усиление парникового эффекта в результате хозяйственной деятельности человека приводит к повышению температуры на поверхности Земли и потеплению климата. Данная точка зрения доминирует в заключениях Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), организаций Гринпис, программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП), Всемирной метеорологической организацией (ВМО), выводах Российских экологических и научных организаций и полностью поддержана решениями международных экологических конгрессов в Рио-де-Жанейро (Бразилия, 1992), в Киото (Япония, 1997), Межправительственной комиссии по проблеме климатических изменений [4].
Выделяются следующие направления при изучении парникового эффекта :
1.Замеры температуры по всей Земле метеорологической службой.
2.Взятие донных проб в морях, которое позволяет проследить изменения климата за последние 5000 лет.
3. Измерение солнечной энергии пиранометром, батарея которого, поглощает радиацию и преобразовывает ее в измеряемый гальванометром электрический сигнал.
4. Отбор проб воздуха для анализа в лаборатории.
С высокой степенью достоверности можно предположить, что в результате глобального потепления произойдет :
1.Повышение уровня моря.
2. Уменьшение количества ледников
3. Увеличение числа штормов и наводнений.
5. Увеличение числа и продолжительности засух.
6. Экономические конфликты и войны.
7. Потеря биоразнообразия.
8. Разрушение экосистем.
3.Описание моделей, используемых при проведении исследований.
3.1Описание модели, демонстрирующей парниковый эффект.
Модель, используемая при проведении опытов, представляет собой резервуар прямоугольной формы из органического стекла размером 200х150х200, внутри которого резервуаром вверх установлен термометр с ценой деления 1°. Внутри резервуара находится воздух. Резервуар имеет прозрачную крышку. При помощи штатива на расстоянии 20 см над резервуаром устанавливается лампа(90Вт, 220В) так, чтобы свет падал на резервуар термометра. Для увлажнения грунта, помещаемого на дно сосуда, используется пульверизатор. Представленная модель позволяет изучить влияние особенностей поглощения тепловой энергии поверхностями, при прочих равных условиях, на парниковый эффект.
3.2. Описание модели, демонстрирующей таяние снега при разных условиях.
Для определения времени, необходимого для таяния снега используется резервуар прямоугольной формы размером 2х150х200, внутри которого установлен термометр с ценой деления 1°. Внутри резервуара находится воздух. Резервуар имеет прозрачную крышку. При помощи штатива на расстоянии 20 см над резервуаром устанавливается лампа(90Вт, 220В) так, чтобы свет падал на резервуар термометра. Время таяния снега фиксируется с помощью секундомера.
4.Методика проведения исследований.
В ходе исследования применялся такой метод как лабораторный эксперимент.
Использовалась следующая методика проведения эксперимента.
1.На дно резервуара насыпался черный грунт слоем 3 см.
1. С помощью пульверизатора черный грунт увлажнялся.
2. В грунт помещался кусочек пластилина для термометра, и в него устанавливался термометр резервуаром вверх. Сосуд закрывался прозрачной полиэтиленовой крышкой.
3. В 20 см прямо над сосудом устанавливалась лампа так, чтобы свет падал на резервуар термометра.
4. Фиксировалась комнатная температура.
Эксперимент проводился трижды. В первом случае, крышка резервуара была снята, настольная лампа не использовалась. Во втором случае крышка резервуара была снята, но настольная лампа устанавливалась на расстоянии 20 см от поверхности резервуара, а третьем случае резервуар был закрыт крышкой, настольная лампа была установлена и включена. Показания термометра снимались каждые 2 мин. в течение 30мин.
5. Результаты эксперимента сводились в таблицу, были построены графики зависимости температуры воздуха от времени.
6. Полученные результаты подвергались анализу.
Для определения времени таяния снега при парниковом эффекте использовалась следующая методика
1. В резервуар насыпался снег, слоем 3см.
2. В грунт помещался кусочек пластилина для термометра, и в него устанавливался термометр резервуаром вверх. Сосуд закрывался прозрачной полиэтиленовой крышкой.
3. В 20 см прямо над сосудом устанавливалась лампа так, чтобы свет падал на резервуар термометра.
Фиксировалась комнатная температура. Эксперимент проводился трижды. В первом случае крышка с резервуара была снята, настольная лампа не использовалась. Во втором случае крышка была снята, но настольная лампа была установлена на расстоянии 20см от поверхности резервуара. В третьем случае резервуар был закрыт крышкой, настольная лампа была установлена и включена. Фиксировалось полное время таяния снега.
5.Результаты исследования: их анализ, выводы.
Все результаты, проведенных экспериментов, были проанализированы и собраны в таблицу ( приложение 1. Таблица 1)
На основе полученных данных были построены графики,( приложение 2) которые позволили сделать выводы:
1.При комнатных условиях парниковый эффект выражен слабо.
2. При включенной лампе видимые лучи, энергия которых составляет значительную часть излучения лампы, свободно проникают в сосуд, частично поглощаясь поверхностями, частично отражаясь от них. Энергия, поглощенная поверхностями, расходуется на их нагревание. Рост температуры поверхностей приводит к увеличению интенсивности инфракрасного излучения и скорости испарения влаги с поверхностей.
Полиэтиленовая крышка, задерживая инфракрасное излучение, способствует уменьшению потерь тепла поверхностями. Действие полиэтиленовой крышки сходно с действием водяного пара и парниковых газов, находящихся в атмосфере Земли. Благодаря тому, что в воздухе есть водяной пар, инфракрасное излучение с поверхностей частично поглощается водяным паром, что приводит к нагреванию атмосферы и уменьшению потерь тепла поверхностями. Атмосфера играет роль ловушки для энергии солнечных лучей. При включенной лампе, температура воздуха над поверхностями увеличивается за счет количества теплоты, получаемого от лампы и энергии, излучаемой с поверхностей. Так как количество теплоты, получаемое воздухом от лампы одинаково (расстояние между сосудом и лампой не изменялось, мощность лампы не изменялась, продолжительность освещения поверхностей была одинаковой), то можно сделать вывод о том, что на увеличение температуры воздуха влияет энергия, излучаемая с поверхностей. При анализе эксперимента, показывающего время таяния снега, при парниковом эффекте были сделаны следующие выводы:
1. Время таяния снега при закрытой крышке уменьшается;
2.Температура воздуха над растаявшим снегом снижается.
Это позволяет сделать вывод об изменении климата при таянии снегов в результате парникового эффекта.
6. Список литературы
1. , , «Рост концентрации СО2 в атмосфере - всеобщее благо?» .Природа, № 9, 1999 г.
2. Бахчеева и социальная география мира. М, Дрофа, 2005
3. Боровский изменения климата Химия. – 2004. - №41.
4. Голицын и климат / Экология и жизнь. – 2006. - №6.
5. Денисов , , . – М.: Вузовская книга, 2002
6. Кислов изменения климата в ближайшем будущем /, . География в школе. – 2005. - №5.
7. Никаноров экология /, . – М.: – сервис», - 2003.
8. , М, , «Изучение возможных изменений климата с помощью моделей общей циркуляции атмосферы и океана» Изменения климата и их последствия.- Спб.: Наука, 2002.
9. Сорохтин климатов Земли / //Физика. – 2007. - №9.
10.Хотунцев и экологическая безопасность /. – М.: Издательский центр «Академия», 2004.
11. http://ru. wikipedia. org
12. http://planeta-terra. *****
Приложение 1
Таблица 1 . Увеличение температуры воздуха над поверхностями при разных условиях.
Время | Температура воздуха при комнатных условиях.(опыт 1) | Температура воздуха при нагревании поверхности и открытой крышке(опыт 2) | Температура воздуха при нагревании поверхности и закрытой крышке(опыт 3) |
0 | 24 | 24 | 24 |
2 | 24 | 26 | 36 |
4 | 24 | 28 | 41 |
6 | 24 | 29,5 | 44 |
8 | 24 | 30 | 46,5 |
10 | 24 | 30,5 | 48 |
12 | 24 | 30,7 | 49 |
14 | 24,3 | 31,2 | 50 |
16 | 24,3 | 32 | 50,5 |
18 | 24,5 | 34 | 51 |
20 | 24,5 | 34,5 | 51 |
22 | 24,5 | 35 | 51,5 |
24 | 24,5 | 35,5 | 52 |
26 | 24,6 | 36 | 52 |
28 | 24,6 | 36,5 | 52 |
30 | 24,7 | 37 | 52,5 |
Приложение 2
Графики изменения температуры воздуха.
Приложение 3
Таблица2. Изменение времени таяния снега и температуры при различных условиях.
Параметры измерений | Опыт №1 | Опыт №2 | Опыт №3 |
Время таяния снега | 2часа 20мин | 2часа | 1 час 24 мин |
Температура воздуха над поверхностью до начала эксперимента | 23° | 23° | 23° |
Температура воздуха над поверхностью после окончания эксперимента | 18° | 19° | 21° |
