Vizsgakövetelmények Ismerje a lehetséges energiaforrásokat, azok hozzáférhetőségét és használatuk korlátait. Értse a megújuló és a nem megújuló energiaforrások közti különbséget. Értse az üvegházhatás kialakulását és lehetséges következményeit. 1
A napsugárzás Szerkesztette: Vizkievicz András A Napból érkező elektromágneses sugárzás. Több tartományát különítjük el (hullámhossz szerint). Minél rövidebb a sugárzás hullámhossza, annál nagyobb az energiája. Típusai Gamma (legrövidebb) Röntgen UV (ultraibolya) Fény 400nm 800 nm IR (infravörös, hősugarak) Rádióhullámok A gamma, röntgen és UV sugarak nagy erejűek, roncsoló hatásúak, a légkör felső rétegei nagyrészt kiszűrik. A földfelszínt az összes sugárzás kb. 50%-a éri el, ennek 50%-a fény, 45%-a IR és 5%-a UV. Az UV jelentős részét az ózon nyeli el, az IR sugarakat a felhőzet veri vissza. A látható fény további tartományokra osztható: ibolya, kék, zöld, sárga, narancs, vörös. A fény lehet: közvetlen fény, derült időben, melegebb, minden hullámhossz tartomány megtalálható benne a kéktől a vörösig. Szűrt fény, ha a levegő részecskéin por, páracseppek - a fény szóródik, ilyen pl. felhőzeten átszűrődő fény, épület/fa árnyékában látható fény. Elsősorban a rövidebb hullámhosszú kék fény szóródik, így a szóródás után a fényben több a vörös tartomány, a nagyenergiájú sugarak kiszóródtak, a fotoszintézis számára kedvezőbb (kevésbé melegít). A fényviszonyokat jellemezhetjük: a közvetlen és a szórt fény arányával, a megvilágítás erőségével és időtartamával. szűrt fény 2
A fényviszonyokat befolyásolja: 1. Domborzat Hegyek északi/déli lejtője (az északi féltekén a déli oldalon több a napsütés). 2. Szélességi körök Beesési szög csökkenése miatt az egyenlítőtől a pólusok felé egyre több a szórt fény, a pólusokon szinte csak szórt fény van (egyre vastagabb légrétegen kell áthatolni). Változik a nappalok és az éjszakák hossza. 3. A tengerszint feletti magasság Felfelé csökken a levegő sűrűsége, így nő a közvetlen fény és az UV aránya. 4. Növényzet Ahol nincs, ott több a közvetlen fény, pl. sivatagokban. A fény hatása az élőlényekre Minden élőlény számára fontos (kivéve pl. kemotróf baktériumok, gombák, mélytengeri élőlények, barlangi élőlények). A fototróf élőlények pl. növények - anyagcseréjéhez elengedhetetlen. A növényeket fényigény szempontjából csoportosíthatjuk: Fény és árnyéktűrő növények (a virágzáshoz igénylik a fényt, egyébként tűrik az árnyékolást). Árnyéktűrő/kedvelő növények (árnyas erdőkben). Fénykedvelő növények (erős megvilágítást igényelnek, pl. sivatagi, magashegyi növények). Efficiencia, fényhasznosulás Az a százalékban kifejezett érték, amelyet a növények az őket ért fénysugárzásból a fotoszintetikus folyamataik során a szerves anyagokba be tudnak építeni. Másképp a szerves anyagok energiatartalmának és a besugárzott energia hányadosa. Átlagosan 1-2 % körül van. A fény befolyásolja még: a csírázást (fényben, ill. sötétben csírázók), a virágzást (hosszú, ill. rövidnappalos növények), a megnyúlást (a fény hiánya a megnyúlást serkenti (auxin)). Az állatoknak közvetve szükséges, főleg aktivitásukat befolyásolja: nappali, éjjeli állatok. Továbbá mennyiségének változása befolyásolja a biológiai szaporodási - ciklusokat. 3
Hőmérséklet Egy adott terület hőmérsékleti viszonyait befolyásolja: a napsugárzás, a légkör, a felszín sajátságai, domborzati viszonyok. A légkör A napsugárzás közvetlenül csak elhanyagolható mértékben melegíti fel a levegőt, a sugárzás a légkörön áthatolva a felszínben nyelődik el (10 % visszaverődés), aminek köszönhetően az felmelegszik és infravörös sugarakat bocsájt ki. A felmelegedett a földfelszín az energiát a felette elhelyezkedő légrétegeknek átadhatja közvetlen hőátadással, kisugárzással (IR). A hőátadás következtében a felmelegedő levegő sűrűsége csökken, felszáll, helyére nehezebb hideg levegő kerül. Ez a jelenség a konvekció. Mindezek eredményeképpen a levegő alulról felfelé melegszik fel, felfelé haladva 100 méterenként hőmérséklete kb. 0,5 fokkal csökken. A légkör a Napból érkező rövidebb hullámhosszú fényt könnyen átengedi, ami a földfelszínben elnyelődik. A földfelszín által kibocsátott sugárzás hullámhossza hosszabb, mint az elnyelt sugárzásé, azaz több benne az IR tartomány. A kisugárzásból származó energiát a légkör különféle gázai széndioxid, vízgőz, metán, N2O, freon, stb. már nem engedik át, elnyelik és visszasugározzák a felszín felé, aminek köszönhetően egy hőcsapda jön létre. A jelenség teljesen hasonló az üvegházban tapasztaltakhoz, ezért üvegházhatásnak hívjuk. Az üvegházhatás kb. 35 fokkal emeli a bolygó átlaghőmérsékletét. Az ipari forradalom óta emelkedik a légkörben az üvegházhatású gázok mennyisége, aminek következtében nő a levegő átlaghőmérséklete (globális felmelegedés). Az egyes légköri gázok részesedése az üvegházhatásból: széndioxid (25%), vízgőz (50 %), metán, N2O, freon (25 %). A folyamatot gyorsítja a zöld növénytakaró csökkenése, mivel a növények a fotoszintézisük során kivonják a széndioxid egy részét a légkörből. 4
A globális felmelegedés klímaváltozás - hatásai A globális felmelegedés következményeit nehéz előre jelezni. A Föld éghajlatát kialakító rendszer ugyanis igen összetett, és egyes elemei (szárazföldi jégtakarók, tengeri jég, tengeráramlások, csapadékzónák stb.) szoros kapcsolatban állnak, befolyásolják egymást. Hatása helyenként változó mértékű, sőt ellentétes is lehet, ezért helyesebb klímaváltozásról beszélni. Megállíthatatlan az óceánok vízszintemelkedése. Az Antarktiszt övező tengeri jégtakaró összeomlása: 10 év. A jégborítás csökkenése miatt a beeső napsugárzásnak egyre nagyobb része nyelődik el, amitől még tovább melegszik a térség. A grönlandi jégtakaró eltűnése: minimum 300 év. A globális felmelegedés gyorsítja a jég visszahúzódását. A fogyatkozó jég csökkenő mechanikai terhelésével párhuzamosan emelkedik a kontinentális aljzat a térségben, további módosítva a gleccserek sebességét. A modellek alapján legrosszabb esetben a globális átlaghőmérséklet 3 fokos emelkedésétől a teljes grönlandi jégtakaró eltűnhet, ami akár hét méterrel is megemelheti a világtenger szintjét. A nyugat-antarktiszi jégself összeomlása: minimum 300 év. A jég vékonyodására itt a műholdas mérések mellett az elmúlt időszakban megfigyelt hatalmas jégtábla-leszakadások is utalnak. Az ún. atlanti termohalin cirkuláció összeomlása: 100 év. Ez a körforgás a tenger hőmérséklet- és sótartalom-változása nyomán alakul ki. A szárazföldről érkező, az olvadó jégtakarók miatt megnőtt mennyiségű édesvíz, valamint a változó hőmérséklet és a változó légköri páratartalom miatt módosul a tengervíz sótartalma, párolgása, ezektől pedig annak sűrűsége - ami átalakítja az áramlást. Az El-Nino déli oszcilláció felerősödése: 100 év. A jelenség keretében a dél-amerikai kontinens partvidékénél az óceán felszíne túl magas hőmérsékletű lesz, ami befolyásolja a csapadék mennyiségét és a tengeri bioszférát a térségben. Az indiai nyári monszun összeomlása: néhány év. Ez az indiai szubkontinens térségében jár nagy mennyiségű csapadékkal, változásai súlyos problémát okozhatnak, elsősorban a mezőgazdaság számára. A Szahara és a Száhel-öv területén a nyugat-afrikai monszun átalakulása közel 10 év múlva okoz majd változásokat. Itt egyelőre a modellek alapján a mainál akár csapadékosabb, de akár szárazabb viszonyok is kialakulhatnak. Az Amazonas térségének és az északi erdőségek (tajga) átalakulása: közel 50 év. Itt a csapadék csökkenése, illetve a tajga esetében a növekedése okoz majd jelentős változást, amelynek pontos jellemzői és következményei egyelőre alig ismertek. A tanulmány szerint az emberi beavatkozás jelentősen felgyorsítja az idővel egyébként is bekövetkező változásokat. Leginkább az Antarktiszt övező tengeri jég és a grönlandi szárazföldi jégtakaró közelgő felbomlása kritikus. A modell előrejelzéseit ugyanakkor óvatosan kell értelmezni, az eredmények ugyanis erősen függenek egyelőre kevéssé ismert, de a számításoknál kulcsszerepet játszó bemeneti paraméterektől. forrás: Origo 2008.02.12. 5
Földfelszín hatása Vízzel való borítottság (víz nagy hőkapacitása miatt, nehezebben melegszik fel és hűl le, hűtő-fűtőhatás, óceáni éghajlat), kitettség (északi-déli oldal, a lejtő dőlésszöge), hóval borítottság, tengerszintfeletti magasság, szélességi kör, növénytakaró. Hőmérséklet hatása az élőlényekre Az egyes fajok elterjedését a Földön a hőigényük alapvetően meghatározza. Ismertek ugyanakkor tágtűrésű fajok is (mohák, puma, cetek). A legtöbb élőlény kb. -20 és +30 fok közötti hőmérséklet tartományban fordul elő. A hajtásos növények párologtatás útján szabályozzák testhőmérsékletüket. A fagyás ellen sejtplazmájuk koncentrációjának növelésével védekeznek. Az állatok hőszabályozás szerint két csoportba sorolhatók: A változó testhőmérsékletűek fejletlen hőszabályozásúak, testük hőmérsékletét nem tudják függetleníteni a környezet hőmérsékletétől. Elterjedésüknek határt szab a környezet hőmérséklete. Az állandó testhőmérsékletűek (madarak, emlősök) fejlett hőszabályozó mechanizmusokkal rendelkeznek. Allen-szabály: A hidegebb területek élőlényeinek függelékei kisebbek, mint a melegebb területen élő rokonaiké (a sivatagi róka füle nagyobb, mint a sarki rókáé). Bergmann-szabály: A hidegebb területen élő fajok mérete nagyobb a melegebb területen élő rokon fajokénál (a sarki pingvinek nagyobbak, mint az egyenlítőiek). A hőtermelés a testtömeggel, a hőleadás a testfelülettel arányosan változik. A testméretek növekedésével a tömeg 3. hatvánnyal, a felület csak a 2. hatvánnyal nő. 6
1. Nem megújuló energiahordozók Energiagazdálkodás A nem megújuló energiaforrás olyan természeti erőforrás, aminek emberi léptékben mérve nincs újraképződési mechanizmusa. a) Fosszilis tüzelőanyagok Az emberi civilizáció energiaigényét elsősorban nem megújuló, ún. fosszilis tüzelőanyagok elégetésével fedezi, ilyen pl. a földgáz, kőolaj, kőszén. Ezek felhasználása környezetszennyező, mivel égésükkor a bioszféra számára számos káros anyag keletkezik (széndioxid, kéndioxid, nitrogén-oxidok, stb.). b) Nem fosszilis energiahordozók A nem megújuló energiaforrások közé sorolható még az atomenergia felhasználása is. Az atomenergia felhasználásának előnyei: Nem szennyezi a levegőt, nincs káros anyag kibocsátás. Nincs zajártalom. Biztonságos (mások szerint nem). Kis mennyiségű hulladék keletkezik. Az atomenergia felhasználásának hátrányai: Az atomerőművek megépítése rendkívül költséges. A kimerült fűtőelemek tárolása rendkívül komplikált, veszélyes. Az urán bányászata drága, egészségkárosító, sok a meddőkőzet. Az erőműbalesetek következményei beláthatatlanok (Csernobil, Fukushima). A nem megújuló energiaforrások azonkívül, hogy környezetkárosítók, kimerülő félben vannak. A hazai energiaipar elsősorban nem megújuló energiaforrásokra támaszkodik, mint pl. atomerőmű (Paks), gáz és kőolaj alapú erőművek, szénerőművek (Inota, Bükkábrány). 2. Megújuló energiaforrások A megújuló energiaforrás olyan energiaforrás, amely a természeti folyamtok során folyamatosan rendelkezésre áll, vagy emberi léptékben mérve újratermelődik. A megújuló energiaforrások ún. alternatív energiaforrások. Ilyenek pl.: Vízenergia Szélenergia Geotermikus energia Ár-apály energia Napenergia Biomassza alapú energia: ami energetikailag hasznosítható növények, termések, melléktermékek, növényi és állati hulladékok. 7
A fenti energiaforrások vitathatatlan előnye, hogy kimeríthetetlenek. Hátrányuk ugyanakkor, hogy a beruházások költségesek, megtérülésük is sokszor vitatott. Hátrányok: A vízierőművek o Jelentősen megváltoztatják a táj arculatát. o Az elárasztott területeken az eredeti ökoszisztéma megszűnik. o Jelentősen emelkedik a talajvízszint, szikesedés veszélyét hordozza. o A gátak akadályozzák az élőlények vándorlását. Szél és naperőművek o Költséges a megépítésük, o az energianyerés kiszámíthatatlan rendszerű, idejű és nem feltétlenül esik egybe a felhasználással. o Hatékonysága csekély. o A termelt energiát nem lehet tárolni. 8
Emelt szintű érettségi feladatok 9
10
11
12
13
14
15
16
17