- A Nap energiája hajtja az éghajlati rendszert
- Mutasd meg a tanulóknak az éghajlati rendszer alapvető mechanikáját
- A tanulóknak segít megérteni ezeket a gondolatokat
- Ezeknek a gondolatoknak az osztályterembe való bevitele
- Oktatási anyagok a CLEAN gyűjteményből
- Kapcsolódó pedagógiai módszerek:
- Tevékenységek és szemléltetőeszközök a téma tanításához
A Nap energiája hajtja az éghajlati rendszert
A Nap melegíti a bolygót, hajtja a hidrológiai ciklust, és teszi lehetővé az életet a Földön. A Föld felszínére érkező napfény mennyiségét befolyásolja a felszín visszaverő képessége, a Nap szöge, a Nap teljesítménye és a Föld Nap körüli pályájának ciklikus változása.
A napenergia alaptudományát és a Föld éghajlatában betöltött szerepét a középiskolások is megérthetik, de a Föld energiaegyensúlyának összetettsége továbbra is aktív tudományos kutatás tárgya. Így ez a téma egyszerre elemi és összetett.
Ez az alapelv kapcsolódik a 2. Energiaműveltségi alapelvhez: A Földön zajló fizikai folyamatok a Föld rendszerén keresztül történő energiaáramlás eredménye.
Mutasd meg a tanulóknak az éghajlati rendszer alapvető mechanikáját
A napsugárzás Föld éghajlati rendszerében betöltött szerepének megértése segíthet olyan fontos fogalmak megértésében, mint:
Az évszakok okai.
×Ez az ábra a Föld tengelyének dőlését mutatja, ami az évszakokat okozza. (Megjegyzés: A távolság és az átmérő NEM méretarányos.)
Az évszakokat a Föld tengelyének dőlése okozza. A tengelyferdeség azt jelenti, hogy a Föld északi és déli része nem azonos mennyiségű napsugárzást (egységnyi területre jutó energiát) kap. Amikor a déli félteke a Nap felé billen, a déli féltekén nyár van, az északi féltekén pedig tél. (1c. alapelv)A jégkorszakok kialakulásának okai.
A jégkorszakokat a Föld felszínére érkező napsugárzás eloszlásának megváltozása okozta. A Föld pályájának pályája nem állandó. A Föld keringési pályájának változása miatt a Föld felszínének bármely pontját elérő napsugárzás megváltozik. (1d. alapelv)Hogyan változik a Nap által kibocsátott energia mennyisége (a Nap fényessége) az idő múlásával.
A Nap kibocsátása nem állandó. A luminozitása (a Nap által kibocsátott teljes energia) a földtörténeti idők során növekedett, és rövidebb időskálákon enyhén változik.Miért nem a Nap energiatermelésének növekedése okozta az éghajlat közelmúltbeli felmelegedését.
A Nap energiatermelése az elmúlt évtizedekben nem változott annyira, hogy az ugyanezen idő alatt megfigyelt hőmérsékletnövekedésért felelős legyen. (1e. alapelv)Az ember által felhasznált energia legtöbb formája a napenergiából származik.
Az emberek által felhasznált energia számos formája végső soron a napsugárzásból származik, mint például az élelmiszerek, a szénhidrogének (például a kőolaj és a földgáz), a szélenergia, a vízenergia és természetesen a napenergia.
A tanulóknak segít megérteni ezeket a gondolatokat
A legtöbb természettudományos oktatási programban és szabványban szerepel a Nap szerepe a Föld rendszerének energiaellátásában, de gyakran összefüggéstelenül. Az évszakokat és azok jelentőségét az évszakos időjárási minták és az állatok vándorlásának irányításában az általános iskolában megtanítják, majd évekig nem térnek vissza rájuk, ha egyáltalán megtanítják.
Az évszakok okait ráadásul minden korosztály, beleértve az egyetemi hallgatókat és a felnőtteket is, nehezen értik meg. A tengelyferdeségen kívül az emberek mentális modelljeiben olyan tényezők is szerepet játszanak, mint az a hiedelem, hogy a Föld hosszúkás ellipszis alakú pályán kering a Nap körül; a Föld relatív méretével, mozgásával és a Naptól való távolságával kapcsolatos zavarok; a fény terjedésének módja; a Föld Nap körüli keringésének hossza; és még a forgási periódus is. Az egyik stratégia ennek a gyakori tévhitnek az enyhítésére annak biztosítása, hogy az “évszakok okaival” megfelelően foglalkozzanak a középiskolában, amikor a tanulók már elegendő geometriai és fizikai háttérrel rendelkeznek a fogalmak megértéséhez (McCaffrey & Buhr, 2008).
Állandó tévhit, hogy az éghajlat közelmúltbeli felmelegedése a Nap beérkező energiájának változására vezethető vissza, nem pedig az üvegházhatású gázok kibocsátásának növekedésére. Erre úgy lehet válaszolni, hogy megvizsgáljuk a napenergia kibocsátására vonatkozó feljegyzéseket, és összehasonlítjuk őket a globális hőmérsékleti feljegyzésekkel. Az adatok egyértelműen azt mutatják, hogy a Nap besugárzása nem korrelál a Föld hőmérsékletével.
Ezekre kiváló magyarázatokat találhatunk a Skeptical Science oldalán: Sun and Climate: Moving in Opposite Directions és a Bloomberg grafikájával: What’s Really Warming the World? Ez az érdekes grafikon a NASA adatai és a modellek eredményei alapján készült.
Ezeknek a gondolatoknak az osztályterembe való bevitele
A napsugárzás az éghajlati rendszerünket mozgató alapvető energia, és a Földön szinte minden éghajlati és biológiai folyamat a napenergia bevitelétől függ. A Nap energiája számos földi folyamathoz nélkülözhetetlen, beleértve a felszín felmelegedését, a párolgást, a fotoszintézist és a légköri keringést. Így annak vizsgálata, hogy a Nap hogyan táplálja a Földön zajló különböző folyamatokat, számos természettudományos tantárgy részét képezheti. Az ehhez az elvhez kapcsolódó számos természettudományos fogalommal foglalkozhatunk az évszakos megfigyelések ösztönzésével, a tanulókkal együtt részt vehetünk civil tudományos programokban (például a GLOBE programban), és rendszeresen visszatérhetünk annak alapjaira, hogy a napenergia mennyisége és intenzitása hogyan befolyásolja a Föld éghajlatát.
Azokat a módokat, ahogyan a Nap energiája az éghajlati rendszert mozgatja, az egészen alapszinttől felfelé a legfejlettebb tudományos megközelítéseken keresztül lehet tanítani.
Integráló megoldások – A napsugárzással kapcsolatos tudományos fogalmak kiterjeszthetők a napenergia-technológiára és -technológiára, beleértve a napkemencéket, a passzív napenergia-tervezést, a naphőt és a napenergiát. Ez segíthet felhívni a figyelmet a fosszilis tüzelőanyagok használatának alternatíváira, és fórumot teremthet az éghajlatváltozás olyan megoldásairól szóló vitákhoz, amelyeket társadalmunk elfogadhat.
Oktatási anyagok a CLEAN gyűjteményből
középiskola
- Gömbök és más fizikai modellek segítségével bemutathatjuk a Föld tengelyének dőlését és azt, hogy ez hogyan befolyásolja a napfény eloszlását a különböző évszakokban, például a My Angle on Cooling című könyvben: A távolság és a dőlésszög hatása.
- Bevezetés a Föld éghajlatába – Ez a lecke bevezetést nyújt a Föld éghajlatába, és a Föld egyedi éghajlatával, légkörével, valamint a regionális és időbeli éghajlati különbségekkel kapcsolatos legfontosabb elveket tárgyalja.
- Kalandvágyónak érzi magát? A Csodálatos Albedo egy gyakorlatias tevékenység, amely különböző színű felületek hőmérsékletének mérését foglalja magában.
Gimnázium
- Az éghajlat: A Balancing Act applet lehetővé teszi a tanulók számára a Föld energiaegyensúlyát befolyásoló paraméterek beállítását: a bejövő napsugárzás, az albedóhatás, az üvegházhatás és a kimenő sugárzás.
- A tanulók megtanulhatják, hogy az orbitális ciklusok és a jégkorszakok jól korrelálnak a Milankovitch Cycles Climate Applet segítségével.
- A Seasons Interactive vizualizációs eszköz alapja lehet annak nyílt végű felfedezésének, hogy a napsugárzás hogyan változik a helytől és az évszaktól függően.
- The Solar Influence: Climate Change (Éghajlatváltozás) című videó a Nemzeti Akadémiáktól segíthet megerősíteni a bizonyítékokat arra vonatkozóan, hogy a naptevékenység nem okozza a globális felmelegedést.
Kapcsolódó pedagógiai módszerek:
- – A bizonytalan tudományok tanítása
- – Földtörténeti megközelítéssel
College
- A Föld hőháztartása egy gyakorlatias laboratóriumi tevékenység, amely a távolság és a szög hatását vizsgálja a napsugárzás bevitelére, az albedóra, a föld és a víz hőkapacitására, valamint azt, hogy ezek hogyan okozzák az évszakokat.
- A Nap mozgásai laboratórium egy animált szimulátor segítségével lehetővé teszi a tanulók számára, hogy a változók manipulálásával megértsék a Nap látszólagos mozgását az égbolton.
- Figyeljük meg a Föld pályáján bekövetkező változásokat, amelyek hozzájárulnak az éghajlatváltozáshoz – A Milankovics-ciklusok animált vizualizációja megalapozhatja az éghajlati erőkről szóló haladóbb vitát.
- Egy egyszerű STELLA modell lépésről lépésre történő bemutatásával kvantitatív megközelítést lehet alkalmazni: Modeling Earth’s Energy Balance.
- Modeling Early Earth Climate with GEEBITT segít a tanulóknak jobban megismerni azokat a fizikai folyamatokat, amelyek miatt a Föld korai éghajlata annyira különbözött a maitól.
Tevékenységek és szemléltetőeszközök a téma tanításához
Keresés évfolyamok szerint: középiskola középiskola bevezető középiskola felsőoktatás felsőoktatás keresés minden évfolyamon
Milyen szerepet játszik a Nap az éghajlatváltozásban? – A NASA olvasmányos, mégis hiteles áttekintést nyújt arról, hogy a naptevékenység, a napciklusok és a napfoltok miért nem állnak összefüggésben a mai éghajlat felmelegedésével. A NASA egy kapcsolódó bejegyzésben megcáfolja a közelgő jégkorszak mítoszát.
Nap és éghajlat: Moving in Opposite Directions A Skeptical Science honlap ezen oldala egyértelmű válaszokat ad az éghajlatváltozással kapcsolatos gyakori kérdésekre és félreértésekre.
What’s Really Warming the World? – Ez az animált grafikon összehasonlítja a Föld éghajlatára ható különböző erőhatásokat. A pályaváltozás, a Nap fényessége és a vulkáni kibocsátások okozta éghajlati változásokat hasonlítja össze az üvegházhatást okozó kibocsátások hatásával. A grafika nagyon magával ragadó, az adatok pedig a NASA Goddard Institute for Space Studies (GISS) adataiból származnak.
McCaffrey & Buhr, 2008: Az éghajlati zűrzavar tisztázása. – Fizikai földrajztudományi folyóiratcikk a klímatudományban gyakori tévhitekről.