De zon is de primaire energiebron voor het klimaatsysteem van de aarde.

De energie van de zon is de motor van het klimaatsysteem

De zon verwarmt de planeet, drijft de hydrologische cyclus aan, en maakt het leven op aarde mogelijk. De hoeveelheid zonlicht die op het aardoppervlak wordt ontvangen, wordt beïnvloed door het reflectievermogen van het oppervlak, de hoek van de zon, het vermogen van de zon, en de cyclische variaties van de baan van de aarde om de zon.

De basiswetenschap van zonne-energie en de rol die deze speelt voor het klimaat op aarde kan door middelbare scholieren worden begrepen, maar de complexiteit van de energiebalans van de aarde blijft een gebied van actief wetenschappelijk onderzoek. Dit onderwerp is dus zowel elementair als complex.

Dit principe hangt samen met Energy Literacy Principle 2: Fysische processen op aarde zijn het resultaat van energiestromen door het systeem aarde.

Laat de leerlingen de basismechanismen van het klimaatsysteem zien.

Inzicht in de rol van zonnestraling in het klimaatsysteem van de aarde kan ons helpen belangrijke concepten te begrijpen, zoals:

De oorzaken van de seizoenen.

×

Deze figuur toont de schuine stand van de aardas, die de seizoenen veroorzaakt. (Opmerking: afstand en diameter NIET op schaal.)

De seizoenen worden veroorzaakt door de kanteling van de aardas. De gekantelde as betekent dat het noordelijke en zuidelijke deel van de aarde niet evenveel zonnestraling (energie per oppervlakte-eenheid) ontvangen. Als het zuidelijk halfrond naar de zon gekanteld is, is het op het zuidelijk halfrond zomer en op het noordelijk halfrond winter. (Principe 1c)

De redenen waarom ijstijden voorkomen.

De ijstijden zijn veroorzaakt door veranderingen in de verdeling van de zonnestraling over het aardoppervlak. Het pad van de aardbaan is niet constant. Variaties in de baan van de aarde zorgen ervoor dat de zonnestraling die een willekeurig punt op het aardoppervlak bereikt, verandert. (Principe 1d)

Hoe de hoeveelheid energie die door de zon wordt uitgezonden (de lichtkracht van de zon) in de loop der tijd verandert.

De output van de zon is niet constant. De lichtkracht (de totale energie die door de zon wordt uitgestraald) is in de loop van de geologische tijd toegenomen en varieert enigszins op kortere tijdschalen.

Waarom is de recente opwarming van het klimaat niet veroorzaakt door een toename van de energie-output van de zon?

De energie-output van de zon is de afgelopen decennia niet voldoende veranderd om de temperatuurstijgingen te verklaren die in diezelfde periode zijn waargenomen. (Beginsel 1e)

De meeste vormen van energie die mensen gebruiken, zijn afkomstig van zonne-energie.

Veel vormen van energie die de mens gebruikt, zijn uiteindelijk afkomstig van zonnestraling, zoals voedsel, koolwaterstoffen (zoals olie en aardgas), windenergie, waterkracht, en natuurlijk zonne-energie.

Helpen van leerlingen om deze ideeën te begrijpen

×

Deze figuur toont een 1000.000 jaar durend beeld van de variaties in de aardbaan (de zogeheten Milankovitch-cycli), en het daaruit voortvloeiende effect op de zonneforcering. De onderste curve toont de cycli van de recente ijstijden.

In de meeste programma’s en normen voor het wetenschappelijk onderwijs komt de rol van de zon in de energievoorziening van het aardsysteem wel aan de orde, maar vaak op een onsamenhangende manier. De seizoenen en hun belang voor het ontstaan van seizoensgebonden weerpatronen en de migratie van dieren worden soms op de lagere school onderwezen en dan vele jaren niet meer herhaald, als ze al worden behandeld.

Bovendien hebben studenten van alle leeftijden, ook universiteitsstudenten en volwassenen, moeite om te begrijpen wat de seizoenen veroorzaakt. Naast de axiale schuinte spelen in de mentale modellen van de mensen nog andere factoren een rol, zoals de overtuiging dat de aarde een langgerekte elliptische baan om de zon heeft; verwarring over de relatieve grootte, beweging en afstand van de aarde tot de zon; hoe licht reist; de lengte van de omwenteling van de aarde om de zon; en zelfs de periode van de rotatie. Een strategie om deze veel voorkomende misvatting te verminderen is om ervoor te zorgen dat de “redenen voor de seizoenen” voldoende aan bod komen op de middelbare school, wanneer leerlingen voldoende achtergrond hebben in meetkunde en natuurkunde om de concepten te begrijpen (McCaffrey & Buhr, 2008).

×

De hoeveelheid zonne-energie die de aarde ontvangt, volgt sinds de jaren vijftig de natuurlijke 11-jarige cyclus van de zon van kleine ups en downs zonder netto toename. In dezelfde periode is de temperatuur wereldwijd aanzienlijk gestegen. Het is daarom uiterst onwaarschijnlijk dat de zon de waargenomen opwarming van de aarde in de afgelopen vijftig jaar heeft veroorzaakt. Afbeelding van NASA.

Een hardnekkige misvatting is dat onze recente opwarming van het klimaat te wijten is aan veranderingen in de inkomende energie van de zon, veeleer dan aan een toename van de uitstoot van broeikasgassen. Dit kan worden verholpen door de gegevens over de zonne-energie te bestuderen en deze te vergelijken met de gegevens over de temperatuur op aarde. De gegevens tonen duidelijk aan dat de straling van de zon niet gecorreleerd is met de temperatuur van de aarde.

Uitstekende verklaringen hiervoor kunnen gevonden worden in Skeptical Science: Sun and Climate: Moving in Opposite Directions en met een grafiek van Bloomberg: What’s Really Warming the World? Deze boeiende grafiek is gemaakt met NASA-gegevens en modeluitvoer.

Breng deze ideeën in je klas

Zonnestraling is de fundamentele energie die ons klimaatsysteem aandrijft, en bijna alle klimatologische en biologische processen op aarde zijn afhankelijk van de input van de zon. Energie van de zon is essentieel voor veel processen op aarde, waaronder opwarming van het aardoppervlak, verdamping, fotosynthese en atmosferische circulatie. Onderzoek naar de wijze waarop de zon verschillende processen op aarde voedt, kan dus deel uitmaken van vele soorten wetenschapslessen. Veel van de wetenschappelijke concepten met betrekking tot dit principe kunnen worden behandeld door het aanmoedigen van seizoensgebonden waarnemingen, deelname aan citizen science programma’s met studenten (zoals GLOBE), en het periodiek opnieuw bekijken van de basisprincipes van hoe de hoeveelheid en intensiteit van zonne-energie het klimaat op aarde beïnvloedt.

De manieren waarop de energie van de zon het klimaatsysteem aanstuurt, kunnen worden onderwezen vanaf een zeer elementair niveau tot en met de meest geavanceerde wetenschappelijke benaderingen.

Oplossingen integreren – De wetenschappelijke concepten die betrekking hebben op zonnestraling kunnen worden uitgebreid met zonne-energietechniek en -technologie, waaronder zonneovens, passief zonne-ontwerp, thermische zonne-energie en zonne-elektriciteit. Dit kan bijdragen aan de bewustwording van alternatieven voor het gebruik van fossiele brandstoffen en een forum creëren voor discussies over oplossingen voor klimaatverandering die onze samenleving kan aannemen.

Lesmateriaal uit de CLEAN-collectie

×

Deze figuur laat zien hoe wit ijs zonlicht weerkaatst, terwijl donkerder oceaanwater zonlicht absorbeert. Dit wordt albedo genoemd, of reflectiviteit.

Middelbare school

• Globes en andere natuurkundige modellen kunnen worden gebruikt om de schuine stand van de aardas te laten zien en hoe die van invloed is op de verdeling van het zonlicht in de verschillende seizoenen, zoals in My Angle on Cooling: Effecten van afstand en helling.
• Inleiding tot het klimaat van de aarde – Deze les is een inleiding tot het klimaat van de aarde en behandelt de belangrijkste beginselen met betrekking tot het unieke klimaat van de aarde, de atmosfeer, en regionale en temporele klimaatverschillen.
• Benieuwd naar het avontuur? Amazing Albedo is een praktische activiteit waarbij de temperatuur van verschillend gekleurde oppervlakken wordt gemeten.

Hogeschool

• The Climate: A Balancing Act applet stelt leerlingen in staat parameters aan te passen die de energiebalans van de aarde beïnvloeden: inkomende zonnestraling, het albedo-effect, het broeikaseffect en uitgaande straling.
• Studenten kunnen leren hoe orbitale cycli en ijstijden goed gecorreleerd zijn met de Milankovitch Cycles Climate Applet.
• Dit Seasons Interactive visualisatiehulpmiddel kan de basis worden voor een open-ended verkenning van hoe zonnestraling varieert met plaats en seizoen.
• De Solar Influence: Climate Change video van de National Academies kan helpen bij het versterken van het bewijs dat zonneactiviteit niet de opwarming van de aarde veroorzaakt.

Gerelateerde Pedagogische Methodes:

• – Het onderwijzen van onzekere wetenschap
• – Het gebruiken van een Aardgeschiedenisbenadering

College

• Earth’s Heat Budget is een praktische laboratoriumactiviteit die de effecten van afstand en hoek op de input van zonnestraling, albedo, de warmtecapaciteit van land en water onderzoekt, en hoe deze de seizoenen veroorzaken.
• Motions of the Sun Lab maakt gebruik van een geanimeerde simulator waarmee leerlingen variabelen kunnen manipuleren om de schijnbare beweging van de zon aan de hemel te begrijpen.
• Observeer veranderingen in de baan van de aarde die bijdragen aan klimaatverandering – Deze geanimeerde visualisatie van Milankovitch-cycli kan de weg bereiden voor een meer geavanceerde discussie over klimaatfactoren.
• Een kwantitatieve benadering kan worden gebruikt met deze stapsgewijze introductie tot een eenvoudig STELLA-model: Modeling Earth’s Energy Balance.
• Modeling Early Earth Climate with GEEBITT helpt leerlingen meer vertrouwd te raken met de fysische processen die het vroege klimaat van de aarde zo anders maakten dan dat van vandaag.

Zoek activiteiten en beeldmateriaal voor het onderwijzen van dit onderwerp

Zoek op klasniveau: middelbare school middelbare school intro college upper college zoek alle klasniveaus

Wat is de rol van de zon in de klimaatverandering? – NASA geeft een leesbaar en gezaghebbend overzicht van waarom zonneactiviteit, zonnecycli en zonnevlekken geen verband houden met de huidige opwarming van het klimaat. NASA heeft een verwant bericht dat de mythe van een op handen zijnde ijstijd ontkracht.

Zon en Klimaat: Moving in Opposite Directions Deze pagina van de Skeptical Science website geeft duidelijke antwoorden op veel voorkomende vragen en misverstanden over klimaatverandering.

What’s Really Warming the World? – Deze geanimeerde grafiek vergelijkt verschillende factoren die inwerken op het klimaat op aarde. Klimaatveranderingen die worden veroorzaakt door variaties in de omloopbaan, de lichtsterkte van de zon en vulkanische emissies worden vergeleken met het effect van broeikasgasemissies. De grafiek is zeer boeiend en de gegevens zijn afkomstig van NASA’s Goddard Institute for Space Studies (GISS).

McCaffrey & Buhr, 2008: Klimaatverwarring ophelderen. – Tijdschriftartikel uit de Fysische Geografie over veel voorkomende misvattingen in de klimaatwetenschap.