Solen er den primære energikilde for Jordens klimasystem.

Solens energi driver klimasystemet

Solen opvarmer planeten, driver den hydrologiske cyklus og gør liv på Jorden muligt. Mængden af sollys, der modtages på Jordens overflade, påvirkes af overfladens refleksionsevne, solens vinkel, solens produktion og de cykliske variationer i Jordens bane omkring solen.

Den grundlæggende videnskab om solenergi og den rolle, den spiller for Jordens klima, kan forstås af elever på mellemtrinnet, men kompleksiteten i Jordens energibalance er fortsat et område, hvor der foregår aktiv videnskabelig forskning. Derfor er dette emne både elementært og komplekst.

Dette princip hænger sammen med princip 2 om energiforståelse: Fysiske processer på Jorden er resultatet af energistrømmen gennem Jordens system.

Vis eleverne den grundlæggende mekanik i klimasystemet

Forståelse af solstrålingens rolle i Jordens klimasystem kan hjælpe os med at forstå vigtige begreber som:

Årsagerne til årstiderne.

×

Denne figur viser hældningen af Jordens akse, som er årsag til årstiderne. (Bemærk: Afstand og diameter er IKKE i skala.)

Årstiderne skyldes hældningen af Jordens akse. Den skråtstillede akse betyder, at den nordlige og sydlige del af Jorden ikke modtager lige store mængder solstråling (energi pr. arealenhed). Når den sydlige halvkugle hælder mod solen, er det sommer på den sydlige halvkugle og vinter på den nordlige halvkugle. (Princip 1c)

Der er årsagerne til, at der opstår istider.

Istiderne blev forårsaget af ændringer i fordelingen af den solstråling, der modtages over Jordens overflade. Jordens banebane er ikke konstant. Variationer i Jordens banebane bevirker, at den solstråling, der når et hvilket som helst punkt på Jordens overflade, ændrer sig. (Princip 1d)

Hvordan den mængde energi, der udsendes fra solen (solens lysstyrke), ændrer sig over tid.

Solens udstråling er ikke konstant. Dens luminositet (den samlede energi, som solen udsender) er steget over geologisk tid og varierer en smule over kortere tidsskalaer.

Hvorfor den seneste tids klimaopvarmning ikke er forårsaget af stigninger i solens energiproduktion.

Solens energiproduktion har ikke ændret sig nok i løbet af de sidste årtier til at kunne forklare de temperaturstigninger, der er blevet observeret i samme periode. (Princip 1e)

De fleste former for energi, som mennesker bruger, stammer fra solenergi.

Mange former for energi, som mennesker bruger, stammer i sidste ende fra solstråling, f.eks. fødevarer, kulbrinter (f.eks. olie og naturgas), vindenergi, vandkraft og naturligvis solenergi.

Hjælp eleverne til at forstå disse idéer

×

Denne figur viser et 1.000.000-årigt billede af variationerne i Jordens bane (kaldet Milankovitch-cyklusser) og den deraf følgende effekt på solforceringen. Den nederste kurve viser cyklusserne for de seneste istider.

I de fleste naturvidenskabelige undervisningsprogrammer og standarder indgår solens rolle som energileverandør til Jordens system, men ofte på en usammenhængende måde. Årstiderne og deres betydning for årstidsbestemte vejrmønstre og dyrenes vandring kan blive undervist i grundskolen og derefter ikke genoptaget i mange år, hvis overhovedet.

Og desuden har studerende i alle aldre, herunder universitetsstuderende og voksne, svært ved at forstå, hvad årstiderne skyldes. Ud over den aksiale hældning er der faktorer, der spiller ind i folks mentale modeller, herunder troen på, at Jorden kredser om solen på en langstrakt elliptisk bane, forvirring om Jordens relative størrelse, bevægelse og afstand fra solen, hvordan lyset bevæger sig, længden af Jordens omdrejning om solen og endda rotationsperioden. En strategi til at afhjælpe denne almindelige misforståelse er at sikre, at “årstidernes årsager” behandles tilstrækkeligt i gymnasiet, hvor eleverne har tilstrækkelig baggrund i geometri og fysik til at forstå begreberne (McCaffrey & Buhr, 2008).

×

Mængden af solenergi, som Jorden modtager, har fulgt Solens naturlige 11-årige cyklus med små op- og nedture uden nogen nettostigning siden 1950’erne. I den samme periode er den globale temperatur steget markant. Det er derfor yderst usandsynligt, at Solen har forårsaget den observerede globale temperaturopvarmningstendens i det seneste halve århundrede. Billede fra NASA.

En vedvarende misforståelse er, at vores seneste klimaopvarmning skyldes ændringer i solens indkommende energi snarere end stigninger i drivhusemissionerne. Det kan man tage fat på ved at undersøge optegnelser over solens produktion og sammenligne dem med de globale temperaturoptegnelser. Dataene viser tydeligt, at solens indstråling ikke er korreleret med Jordens temperatur.

Udmærkede forklaringer på dette kan findes på Skeptical Science: Sun and Climate: Moving in Opposite Directions og med en grafik fra Bloomberg: What’s Really Warming the World? Denne engagerende graf er lavet med data fra NASA og modelresultater.

Tilførsel af disse idéer til dit klasseværelse

Solstråling er den grundlæggende energi, der driver vores klimasystem, og næsten alle klimatiske og biologiske processer på Jorden er afhængige af solens input. Energi fra solen er afgørende for mange processer på Jorden, herunder opvarmning af overfladen, fordampning, fotosyntese og atmosfærisk cirkulation. Derfor kan det være en del af mange typer naturvidenskabelige kurser at undersøge, hvordan solen driver forskellige processer på Jorden. Mange af de videnskabelige begreber i forbindelse med dette princip kan behandles ved at tilskynde til årstidsbestemte observationer, deltage i borgervidenskabelige programmer med eleverne (f.eks. GLOBE) og jævnligt gennemgå de grundlæggende principper for, hvordan mængden og intensiteten af solenergi påvirker Jordens klima.

De måder, hvorpå Solens energi driver klimasystemet, kan undervises fra et meget grundlæggende niveau og opefter gennem de mest sofistikerede videnskabelige tilgange.

Integrering af løsninger – De videnskabelige begreber, der vedrører solstråling, kan udvides til at omfatte solenergiteknik og -teknologi, herunder solovne, passivt soldesign, solvarmeenergi og solelektricitet. Dette kan bidrage til at øge bevidstheden om alternativer til brugen af fossile brændstoffer og skabe et forum for diskussioner om løsninger på klimaforandringer, som vores samfund kan vedtage.

Undervisningsmaterialer fra CLEAN-samlingen

×

Denne figur viser, hvordan hvid is reflekterer sollyset, mens mørkere havvand absorberer sollyset. Dette kaldes albedo eller refleksionsevne.

Mellemskole

• Globusser og andre fysiske modeller kan bruges til at vise hældningen af Jordens akse, og hvordan det påvirker fordelingen af sollyset i de forskellige årstider, som f.eks. i Min vinkel på afkøling: Effekter af afstand og hældning.
• Introduktion til Jordens klima – Denne lektion er en introduktion til Jordens klima og dækker de vigtigste principper vedrørende Jordens unikke klima, atmosfære og regionale og tidsmæssige klimaforskelle.
• Har du lyst til eventyr? Amazing Albedo er en praktisk aktivitet, der involverer måling af temperaturen på forskellige farvede overflader.

Højskole

• Klimaet: A Balancing Act-appletten giver eleverne mulighed for at justere parametre, der påvirker Jordens energibalance: indkommende solstråling, albedo-effekten, drivhuseffekten og udgående stråling.
• Elverne kan lære, hvordan kredsløbscyklusser og istider hænger godt sammen med Milankovitch Cycles Climate Applet.
• Dette Seasons Interactive visualiseringsværktøj kan danne grundlag for en åben udforskning af, hvordan solstråling varierer med sted og årstid.
• The Solar Influence: Climate Change video fra National Academies kan være med til at styrke beviserne for, at solaktivitet ikke er årsag til den globale opvarmning.

College

• Earth’s Heat Budget er en praktisk laboratorieaktivitet, der undersøger virkningerne af afstand og vinkel på tilførslen af solstråling, albedo, varmekapaciteten af jord og vand, og hvordan disse forårsager årstiderne.
• Motions of the Sun Lab bruger en animeret simulator, der giver eleverne mulighed for at manipulere variabler for at forstå solens tilsyneladende bevægelse på himlen.
• Observer ændringer i Jordens bane, der bidrager til klimaændringer – Denne animerede visualisering af Milankovitch-cyklusser kan danne grundlag for en mere avanceret diskussion om klimaforceringer.
• Der kan anvendes en kvantitativ tilgang med denne trinvise introduktion til en simpel STELLA-model: Modeling Earth’s Energy Balance.
• Modeling Early Earth Climate with GEEBITT hjælper eleverne med at blive mere fortrolige med de fysiske processer, der gjorde Jordens tidlige klima så forskelligt fra det nuværende.