Soveltavat tehtävät (651-661)
651. Ilman moolimassa ja tiheys
Ilmakehä koostuu pääosin typestä, hapesta ja argonista. Typpi ja happi esiintyvät kaksiatomisina molekyyleinä ja argon yksiatomisena. Typpimolekyylien osuus hiukkasista on noin 78 %, happimolekyylien 21 % ja argonatomien 1 %.
- Laske ilman moolimassa typen, argonin ja hapen moolimassojen perusteella.
- Laske ilman tiheys normaali-ilmanpaineessa ja 20 °C:n lämpötilassa. Hyödynnä a-kohdassa laskettua moolimassaa ja ideaalikaasun tilanyhtälöä.
- Ilmassa on lisäksi vaihtelevia määriä vesihöyryä. A-kohdan laskussa oletettiin ilma täysin kuivaksi. Miten ilman tiheys muuttuu, jos vesihöyryn suhteellinen osuus ilmassa kasvaa?
651
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
652. Suomalaisen hiilidioksidipäästöt
Keskimääräinen suomalainen aiheuttaa 8,51 tonnia hiilidioksidipäästöjä vuodessa. Hiilidioksidin moolimassa on 44,01 g/mol.
- Selvitä hapen ja hiilen moolimassat. Miten ne liittyvät hiilidioksidin moolimassaan?
- Kuinka monta moolia vuosittainen päästö on? Entä kuinka monta molekyyliä?
- Jos kyseinen määrä hiilidioksidia säilöttäisiin NTP-olosuhteissa, kuinka suuri säiliö (m3) vaadittaisiin?
652
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
653. Ilmakehän massan arviointi
Normaali ilmanpaine on 101 325 Pa. Laske ilmanpaineen avulla arvio ilmakehän massalle.653
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
654. Hiilidioksidipitoisuus
Ilmakehätieteissä hiukkaspitoisuuksia ilmaistaan usein yksikössä ppmv, joka tarkoittaa miljoonasosaa tilavuudesta (parts per million by volume). Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on 402 ppmv.
- Kuinka suuri on hiilidioksidin massa ilmakehän yhdessä kuutiometrissä NTP-olosuhteissa? Hiilidioksidin moolimassa on 44,01 g/mol.
- Edellisessä tehtävässä arvioitiin ilmakehän massaksi noin 5,3[[$\cdot$]]1018 kg. Ilman moolimassa on 28,97 g/mol. Esiteollisella ajalla ilmakehässä oli hiilidioksidia 280 ppmv. Kuinka monta kilogrammaa hiilidioksidia ilmakehään on tullut lisää teollisena aikana?
654
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
655. Jäljellä oleva hiilidioksidibudjetti
Pariisin ilmastosopimuksen tavoitteena on, että ilmaston lämpeneminen saadaan rajoitettua 1,5 asteeseen. Tämän perusteella on arvioitu, että ihmiskunta saa vapauttaa ilmakehään lisää hiilidioksidia enää noin 600 gigatonnia. Tällaista arviointia kutsutaan joskus globaaliksi hiilidioksidibudjetiksi.
Hiilidioksidibudjetti, GCP (engl.)
- Ihmiskunta käyttää energiaa vuodessa 163 000 TWh, ja hiilivoimaloissa vapautetaan tästä 27 %. Laske, monessako vuodessa hiilivoimalat vapauttavat kaiken hiilidioksidibudjetissa jäljellä olevan hiilidioksidin.
- Paljonko 600 gigatonnia kasvattaa ilmakehän hiilidioksidipitoisuutta nykyisestä 0,0412 prosentista? Voit tukeutua luvun 6.1 esimerkkitilanteeseen.
- Miksi ihmiskunnalla on käytettävissä paljon vähemmän aikaa hiilidioksidipäästöjen vähentämiseen kuin a-kohdassa laskettiin?
655
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
656. Kasvihuoneilmiö ja ilmastonmuutos
- Mitä tarkoittaa maapallon ilmastoon liittyvä käsite kasvihuoneilmiö?
- Miten ilmakehän vesihöyry vaikuttaa ilmastoon?
- Selitä, miten fossiilisten polttoaineiden käyttö vaikuttaa ilmastoon ja miksi.
- Ilmastonmuutos aiheuttaa napa-alueiden lämpenemistä. Miten mannerjäätiköiden ja napa‐alueiden merijäätiköiden sulaminen voi kiihdyttää lämpötilan nousua?
656
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
657. Järven pintavesi
Päijänteen pinta-ala on 1 118 km2. Sen 3,0 metriä syvä pintavesi lämpenee toukokuun aikana keskimäärin 12 °C.
- Laske, kuinka paljon pintaveden sisäenergia on kasvanut.
- Auringon säteilymäärä toukokuussa on 110 kWh neliömetriä kohden. Kuinka suuri osuus Auringon säteilyn energiasta on siirtynyt pintaveteen?
- Miksi a-kohdassa laskettu energia ei ole yhtä suuri kuin säteilyn koko energia? Esitä kaksi perusteltua syytä.
657
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
658. Arktinen merijää
National ice and snow data center
- Laske sulamisen keskimääräinen teho. Jään oletetaan olevan sulamispisteessä.
- Arktisen merijään pinta-ala vaihtelee vuodenaikojen mukaan ja laajimmillaan se on keväisin. Vuoden 2020 keväällä merijäätä oli 13,8 miljoonaa neliökilometriä. Jos sulaminen jatkuisi samanlaisena, milloin keväisen merijään määrä olisi pudonnut 50 prosenttia vuoden 2020 määrästä?
658
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
659. Lämpölaajeneminen ja merenpinnan kohoaminen
Meret lämpenevät ilmaston lämmetessä. Tällöin merenpinta kohoaa lämpölaajenemisen seurauksena. On arvioitu, että meriin sitoutuva lämpömäärä on vuosittain noin [[$1{,}3\cdot 10^{22}\text{ J}$]].
Meret eivät kuitenkaan lämpene tasaisesti. Neljäasteinen vesi on tiheintä ja vajoaa aina pohjalle. Käytännössä ainoastaan merten pintakerros lämpenee. On kuitenkin tulkinnanvaraista, kuinka paksu tämä lämpenevä pintakerros on.
- Oletetaan, että lämpö sitoutuu päällimmäiseen kymmeneen prosenttiin meristä. Merten keskisyvyys on 3 700 m ja ne peittävät noin [[$3{,}6\cdot 10^8\text{ km}^2$]] suuruisen pinta-alan. Meriveden ominaislämpökapasiteetti on (mm. suolapitoisuuden takia) [[$3{,}96\,\dfrac{\text{kJ}}{\text{kg K}}$]]. Laske, paljonko tarkasteltava 10 prosentin pintakerros lämpenee vuodessa ja kuinka suuren pinnannousun tämä lämpeneminen aiheuttaa.
- Jos lämpenevä pintakerros on ohuempi, se lämpenee enemmän. Pinnannousun osalta vaikutus ei ole ilmiselvä: laajenevaa vettä on vähemmän, mutta se laajenee enemmän. Osoita laskemalla, että tarkasteltavan pintakerroksen paksuus ei vaikuta pinnannousuun.
659
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
660. Albedomuutokset ja ilmaston lämpeneminen
Albedo (lat. valkoisuus) kuvaa, kuinka suuren osan pinta heijastaa pois siihen tulevasta säteilystä. Maapallon albedo vaihtelee paikallisesti sen mukaan, mihin pintamateriaaliin Auringosta tuleva säteily osuu. Viereiseen kuvaan on kerätty eräiden pintamateriaalien albedoja.
Mitä muutoksia maapallon albedoon ilmaston lämpenemisen voidaan ennakoida aiheuttavan kuvan tietojen perusteella? Ovatko nämä muutokset lämpenemistä kiihdyttäviä vai hidastavia?
660
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
661. Auringon ja Maan säteily
Säteilyn voimakkuutta ilmaisee suure intensiteetti [[$I$]], joka tarkoittaa sen tehoa [[$P$]] pinta-alaa [[$A$]] kohden:
[[$\qquad I=\dfrac{P}{A}$]]
Kappaleen lähettämän säteilyn intensiteetti riippuu toisaalta sen pinnan lämpötilasta Stefan-Bolzmannin lain mukaisesti:
[[$\qquad I=\sigma T^4$]].
Kaavassa [[$T$]] on kappaleen pinnan absoluuttinen lämpötila ja [[$\sigma$]] on vakio, jonka arvo on [[$5{,}67\cdot10^{-8} \dfrac{\text{W}}{\text{m}^2\text{K}^4}$]].
- Auringon pintalämpötila on noin 5 770 K. Laske tämän perusteella säteilyn intensiteetti Auringon pinnalla, eli säteilyn teho (W) pinta-alayksikköä (m2) kohden.
- Auringon säteily leviää tasaisesti joka suuntaan. Näin ollen sen intensiteetti heikkenee etäisyyden kasvaessa ja on Maan etäisyydellä Auringosta 1 361 W/m2. Laske Maahan osuvan säteilyn kokonaisteho.
- Maan pinta säteilee myös Stefan-Bolzmannin lain mukaisesti. Maa on säteilytasapainossa, eli säteilee yhtä paljon energiaa kuin vastaanottaa. Maa heijastaa 39 % Auringon säteilyn energiasta ja vastaanottaa loput. Laske näiden tietojen perusteella, mikä olisi Maan pinnan lämpötila, jos ilmakehää ei olisi.
661
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.