Sluneční energie pohání klimatický systém
Slunce ohřívá planetu, pohání hydrologický cyklus a umožňuje život na Zemi. Množství slunečního záření dopadajícího na zemský povrch je ovlivněno odrazivostí povrchu, úhlem dopadu slunečního záření, výkonem Slunce a cyklickými změnami oběžné dráhy Země kolem Slunce.
Základům sluneční energie a úloze, kterou hraje pro zemské klima, rozumí i studenti středních škol, ale složitost energetické bilance Země zůstává oblastí aktivního vědeckého výzkumu. Toto téma je tedy elementární a zároveň složité.
Tato zásada souvisí se zásadou 2 energetické gramotnosti: Fyzikální procesy na Zemi jsou výsledkem toku energie zemským systémem.
Ukažte žákům základní mechanismy klimatického systému
Pochopení role slunečního záření v klimatickém systému Země nám může pomoci pochopit důležité pojmy, jako jsou:
Příčiny ročních období.
×Tento obrázek ukazuje sklon zemské osy, který způsobuje roční období. (Poznámka: Vzdálenost a průměr NENÍ v měřítku.)
Roční období jsou způsobena sklonem zemské osy. Sklon osy znamená, že severní a jižní část Země nedostávají stejné množství slunečního záření (energie na jednotku plochy). Když je jižní polokoule nakloněna ke Slunci, je na jižní polokouli léto a na severní polokouli zima. (Princip 1c)Důvody vzniku dob ledových.
Doby ledové byly způsobeny změnami v rozložení slunečního záření dopadajícího na zemský povrch. Dráha zemské dráhy není konstantní. Změny dráhy oběžné dráhy Země způsobují, že se mění množství slunečního záření dopadajícího na kterékoli místo na zemském povrchu. (Princip 1d)Jak se mění množství energie vyzařované ze Slunce (sluneční svítivost) v čase.
Výkon Slunce není konstantní. Jeho svítivost (celkové množství energie vyzařované Sluncem) se v průběhu geologického období zvyšuje a v kratších časových měřítcích se mírně mění.Proč nedávné oteplování klimatu nebylo způsobeno zvýšením energetického výkonu Slunce.
Energetický výkon Slunce se v posledních desetiletích nezměnil natolik, aby mohl vysvětlit nárůst teplot, který byl ve stejném období pozorován. (Zásada 1e)Většina forem energie, které lidé využívají, pochází ze sluneční energie.
Mnoho forem energie, které lidé využívají, nakonec pochází ze slunečního záření, například potraviny, uhlovodíky (například ropa a zemní plyn), větrná energie, vodní energie a samozřejmě sluneční energie.
Pomoci studentům pochopit tyto myšlenky
Ve většině přírodovědných vzdělávacích programů a standardů je role Slunce při zásobování zemského systému energií zahrnuta, ale často nesouvisle. Roční období a jejich význam při určování sezónního chodu počasí a migrace živočichů se mohou vyučovat na základní škole a pak se k nim mnoho let nevracejí, pokud vůbec.
Navíc studenti všech věkových kategorií, včetně vysokoškoláků a dospělých, mají potíže s pochopením toho, co je příčinou ročních období. Kromě osového sklonu k faktorům, které vstupují do mentálních modelů lidí, patří přesvědčení, že Země obíhá kolem Slunce po protáhlé eliptické dráze, nejasnosti ohledně relativní velikosti, pohybu a vzdálenosti Země od Slunce, způsobu šíření světla, délky oběhu Země kolem Slunce a dokonce i periody rotace. Jednou ze strategií, jak zmírnit tyto časté mylné představy, je zajistit, aby se „důvody ročních období“ dostatečně probíraly na střední škole, kdy mají žáci dostatečné znalosti z geometrie a fyziky, aby tyto koncepty pochopili (McCaffrey & Buhr, 2008).
Přetrvávající mylnou představou je, že naše nedávné oteplování klimatu je způsobeno spíše změnami v dopadající sluneční energii než nárůstem emisí skleníkových plynů. Tento problém lze řešit zkoumáním záznamů o slunečním záření a jejich porovnáním se záznamy o globálních teplotách. Data jasně ukazují, že sluneční záření není v korelaci s teplotou Země.
Vynikající vysvětlení k tomuto tématu naleznete na stránkách Skeptical Science: Skeptici: Slunce a klima: Sluneční záření a Slunce se pohybují v opačných směrech a s grafikou od agentury Bloomberg: Co skutečně otepluje svět? Tento poutavý graf je vytvořen na základě dat a modelových výstupů NASA.
Přenos těchto myšlenek do výuky
Sluneční záření je základní energií, která pohání náš klimatický systém, a téměř všechny klimatické a biologické procesy na Zemi jsou závislé na slunečním záření. Energie ze Slunce je nezbytná pro mnoho procesů na Zemi, včetně ohřívání povrchu, vypařování, fotosyntézy a atmosférické cirkulace. Zkoumání toho, jak Slunce pohání různé procesy na Zemi, tak může být součástí mnoha typů přírodovědných kurzů. Mnoho přírodovědných pojmů souvisejících s tímto principem lze řešit podporou sezónních pozorování, účastí na programech občanské vědy se studenty (např. GLOBE) a pravidelným vracením se k základům toho, jak množství a intenzita sluneční energie ovlivňuje zemské klima.
Způsoby, jakými sluneční energie ovlivňuje klimatický systém, lze vyučovat od nejzákladnější úrovně až po nejsofistikovanější vědecké přístupy.
Integrace řešení – Vědecké koncepty, které se týkají slunečního záření, lze rozšířit o techniku a technologii sluneční energie, včetně solárních pecí, pasivního solárního designu, solární tepelné energie a solární elektřiny. To může pomoci zvýšit povědomí o alternativách k využívání fosilních paliv a vytvořit fórum pro diskusi o řešeních změny klimatu, která může naše společnost přijmout.
Výukové materiály ze sbírky CLEAN
Střední škola
- K zobrazení sklonu zemské osy a jeho vlivu na rozložení slunečního světla v různých ročních obdobích lze použít glóby a další fyzikální modely, například v kapitole Můj úhel na ochlazení:
- Úvod do zemského klimatu – tato lekce je úvodem do zemského klimatu a zahrnuje klíčové principy týkající se jedinečného zemského klimatu, atmosféry a regionálních a časových klimatických rozdílů.
- Cítíte se dobrodružně? Amazing Albedo je praktická aktivita, která zahrnuje měření teploty různých barevných povrchů.
Střední škola
- Klima: A Balancing Act applet umožňuje studentům nastavit parametry, které ovlivňují energetickou bilanci Země: příchozí sluneční záření, albedo efekt, skleníkový efekt a odchozí záření.
- Studenti se mohou naučit, jak dobře korelují orbitální cykly a doby ledové s appletem Milankovičovy cykly klimatu.
- Tento interaktivní vizualizační nástroj Roční období se může stát základem pro otevřené zkoumání toho, jak se sluneční záření mění v závislosti na místě a ročním období.
- Vliv Slunce: Klimatické změny od National Academies může pomoci posílit důkazy o tom, že sluneční aktivita není příčinou globálního oteplování.
Související pedagogické metody:
- – Výuka nejisté vědy
- – Použití přístupu založeného na historii Země
Vysoká škola
- Tepelný rozpočet Země je praktická laboratorní aktivita, která zkoumá vliv vzdálenosti a úhlu na vstup slunečního záření, albedo, tepelnou kapacitu země a vody a jak tyto faktory způsobují roční období.
- Laboratoř pohybů Slunce využívá animovaný simulátor, který umožňuje studentům manipulovat s proměnnými a pochopit tak zdánlivý pohyb Slunce na obloze.
- Pozorujte změny na oběžné dráze Země, které přispívají ke změnám klimatu – tato animovaná vizualizace Milankovičových cyklů může připravit půdu pro pokročilejší diskusi o klimatických vlivech.
- Kvantitativní přístup lze použít s tímto postupným úvodem do jednoduchého modelu STELLA:
- Modeling Early Earth Climate with GEEBITT pomáhá studentům lépe se seznámit s fyzikálními procesy, které způsobily, že se rané zemské klima tolik liší od toho dnešního.
Najděte aktivity a vizuální materiály pro výuku tohoto tématu
Vyhledávání podle úrovně třídy: střední škola střední škola úvod vysoká škola vyšší škola vyhledávání všechny úrovně třídy
Jakou roli hraje Slunce ve změně klimatu? – NASA nabízí čtivý a zároveň autoritativní pohled na to, proč sluneční aktivita, sluneční cykly a sluneční skvrny nesouvisejí s dnešním oteplováním klimatu. NASA má související příspěvek, který vyvrací mýtus o blížící se době ledové.
Slunce a klima:
Co je skutečné oteplování světa? – Tato animovaná grafika porovnává různé vlivy, které působí na zemské klima. Klimatické změny způsobené kolísáním oběžné dráhy, svítivostí Slunce a vulkanickými emisemi jsou porovnávány s vlivem skleníkových emisí. Grafika je velmi poutavá a data pocházejí z Goddardova institutu pro vesmírné studie (GISS) NASA.
McCaffrey & Buhr, 2008: Buhr: Objasnění klimatických zmatků. – Článek z časopisu Physical Geography o běžných mylných představách o klimatu.
.