Słońce jest podstawowym źródłem energii dla systemu klimatycznego Ziemi.

Energia Słońca napędza system klimatyczny

Słońce ogrzewa planetę, napędza cykl hydrologiczny i sprawia, że życie na Ziemi jest możliwe. Na ilość światła słonecznego otrzymywanego na powierzchni Ziemi wpływa współczynnik odbicia powierzchni, kąt padania promieni słonecznych, moc Słońca oraz cykliczne zmiany orbity Ziemi wokół Słońca.

Podstawowa nauka o energii słonecznej i rola, jaką odgrywa ona dla klimatu Ziemi może być zrozumiana przez uczniów gimnazjum, ale złożoność bilansu energetycznego Ziemi pozostaje obszarem aktywnych badań naukowych. Tak więc, ten temat jest zarówno elementarny jak i złożony.

Ta zasada jest związana z Zasadą 2: Procesy fizyczne na Ziemi są wynikiem przepływu energii przez system ziemski.

Pokazanie uczniom podstawowej mechaniki systemu klimatycznego

Zrozumienie roli promieniowania słonecznego w systemie klimatycznym Ziemi może pomóc nam w zrozumieniu ważnych pojęć, takich jak:

Przyczyny powstawania pór roku.

×

Ten rysunek pokazuje nachylenie osi Ziemi, które powoduje występowanie pór roku. (Uwaga: odległość i średnica NIE są skalowane.)

Pory roku są spowodowane nachyleniem osi Ziemi. Pochylona oś oznacza, że północna i południowa część Ziemi nie otrzymują równych ilości promieniowania słonecznego (energii na jednostkę powierzchni). Kiedy półkula południowa jest nachylona w kierunku Słońca, na półkuli południowej jest lato, a na półkuli północnej zima. (Zasada 1c)

Przyczyny występowania epok lodowcowych.

Przyczyną epok lodowcowych były zmiany w rozkładzie promieniowania słonecznego odbieranego nad powierzchnią Ziemi. Droga orbity Ziemi nie jest stała. Wahania w torze orbitalnym Ziemi powodują, że promieniowanie słoneczne docierające do dowolnego punktu na powierzchni Ziemi zmienia się. (Zasada 1d)

Jak zmienia się w czasie ilość energii emitowanej ze Słońca (jasność Słońca).

Wydajność Słońca nie jest stała. Jego jasność (całkowita energia emitowana przez Słońce) wzrosła w czasie geologicznym i zmienia się nieznacznie w krótszych skalach czasowych.

Dlaczego ostatnie ocieplenie klimatu nie zostało spowodowane przez wzrost produkcji energii przez Słońce.

Wydajność energetyczna Słońca nie zmieniła się na tyle w ciągu ostatnich dziesięcioleci, by odpowiadać za wzrost temperatur, który zaobserwowano w tym samym czasie. (Zasada 1e)

Większość form energii, z których korzystają ludzie, pochodzi z energii słonecznej.

Wiele form energii, które ludzie używają ostatecznie wywodzi się z promieniowania słonecznego, takich jak żywność, węglowodory (takie jak ropa naftowa i gaz ziemny), energia wiatru, energia wodna i oczywiście energia słoneczna.

Pomaganie uczniom w zrozumieniu tych idei

×

Ten rysunek pokazuje 1 000 000-letni obraz zmian w orbicie Ziemi (zwanych cyklami Milankovitcha) i wynikający z tego wpływ na wymuszenia słoneczne. Dolna krzywa pokazuje cykle ostatnich epok lodowcowych.

Przez większość programów edukacji naukowej i standardów, rola Słońca w dostarczaniu energii do systemu ziemskiego jest włączona, ale często w sposób rozproszony. Pory roku i ich znaczenie w prowadzeniu sezonowych wzorców pogodowych i migracji zwierząt mogą być nauczane w szkole podstawowej, a następnie nie są ponownie omawiane przez wiele lat, jeśli w ogóle.

Co więcej, studenci w każdym wieku, w tym studenci college’u i dorośli, mają trudności ze zrozumieniem co powoduje pory roku. Oprócz nachylenia osiowego, czynniki, które wchodzą w grę w modelach mentalnych ludzi obejmują przekonanie, że Ziemia krąży wokół Słońca w wydłużonej eliptycznej ścieżce; zamieszanie wokół względnej wielkości, ruchu i odległości Ziemi od Słońca; jak podróżuje światło; długość obrotu Ziemi wokół Słońca; a nawet okres obrotu. Jedną ze strategii łagodzenia tego powszechnego błędnego przekonania jest zapewnienie, że „przyczyny pór roku” są odpowiednio uwzględnione w szkole średniej, kiedy uczniowie mają wystarczające doświadczenie w geometrii i fizyce, aby uchwycić koncepcje (McCaffrey & Buhr, 2008).

×

Ilość energii słonecznej otrzymywanej przez Ziemię podąża za naturalnym 11-letnim cyklem Słońca, składającym się z niewielkich wzlotów i upadków, bez wzrostu netto od lat 50-tych. W tym samym okresie, globalna temperatura znacznie wzrosła. Dlatego jest bardzo mało prawdopodobne, że Słońce spowodowało obserwowany trend ocieplenia temperatury globalnej w ciągu ostatniego półwiecza. Obraz z NASA.

Utrzymującym się błędnym przekonaniem jest to, że nasze ostatnie ocieplenie klimatu jest spowodowane zmianami w energii przychodzącej ze Słońca, a nie wzrostem emisji gazów cieplarnianych. Można się do tego odnieść poprzez zbadanie zapisów produkcji słonecznej i porównanie ich z zapisami temperatury globalnej. Dane jasno pokazują, że irradiancja słoneczna nie jest skorelowana z temperaturą na Ziemi.

Doskonałe wyjaśnienia na ten temat można znaleźć na stronie Skeptical Science: Sun and Climate: Moving in Opposite Directions oraz z grafiką z Bloomberga: What’s Really Warming the World? Ten wciągający wykres jest zrobiony z danych NASA i wyników modelu.

Wniesienie tych pomysłów do twojej klasy

Promieniowanie słoneczne jest podstawową energią napędzającą nasz system klimatyczny, i prawie wszystkie klimatyczne i biologiczne procesy na Ziemi są zależne od wkładu słonecznego. Energia słoneczna jest niezbędna dla wielu procesów na Ziemi, włączając w to ocieplanie powierzchni, parowanie, fotosyntezę i cyrkulację atmosferyczną. Dlatego badanie, w jaki sposób Słońce napędza różne procesy na Ziemi, może być częścią wielu rodzajów kursów naukowych. Wiele z koncepcji naukowych związanych z tą zasadą może być uwzględnionych poprzez zachęcanie do sezonowych obserwacji, uczestniczenie w programach nauki obywatelskiej z uczniami (takich jak GLOBE) i okresowe powracanie do podstaw tego, jak ilość i intensywność energii słonecznej wpływa na klimat Ziemi.

Sposoby, w jakie energia słoneczna napędza system klimatyczny mogą być nauczane od bardzo podstawowego poziomu w górę poprzez najbardziej zaawansowane podejścia naukowe.

Integracja rozwiązań – Koncepcje naukowe, które odnoszą się do promieniowania słonecznego mogą być rozszerzone o inżynierię i technologię energii słonecznej, w tym piece słoneczne, pasywne projektowanie słoneczne, słoneczną energię cieplną i słoneczną energię elektryczną. Może to pomóc w podniesieniu świadomości na temat alternatyw dla wykorzystania paliw kopalnych i stworzyć forum do dyskusji na temat rozwiązań dla zmian klimatu, które nasze społeczeństwo może przyjąć.

Materiały dydaktyczne z kolekcji CLEAN

×

Ten rysunek pokazuje, jak biały lód odbija światło słoneczne, podczas gdy ciemniejsza woda oceaniczna pochłania światło słoneczne. To się nazywa albedo, czyli współczynnik odbicia.

Szkoła średnia

• Globes i inne modele fizyczne mogą być użyte do pokazania nachylenia osi Ziemi i jak to wpływa na dystrybucję światła słonecznego w różnych porach roku, tak jak w My Angle on Cooling: Effects of Distance and Inclination.
• Introduction to Earth’s Climate – Ta lekcja jest wprowadzeniem do klimatu Ziemi i obejmuje kluczowe zasady dotyczące unikalnego klimatu Ziemi, atmosfery oraz regionalnych i czasowych różnic klimatycznych.
• Feeling adventuresome? Amazing Albedo to praktyczna aktywność, która obejmuje pomiar temperatury różnych kolorowych powierzchni.

Szkoła średnia

• The Climate: A Balancing Act pozwala uczniom dostosować parametry, które wpływają na bilans energetyczny Ziemi: przychodzące promieniowanie słoneczne, efekt albedo, efekt cieplarniany i promieniowanie wychodzące.
• Uczniowie mogą dowiedzieć się, jak cykle orbitalne i epoki lodowcowe są dobrze skorelowane z apletem klimatycznym Cykle Milankovitcha.
• To interaktywne narzędzie wizualizacyjne Seasons może stać się podstawą do otwartej eksploracji tego, jak promieniowanie słoneczne zmienia się w zależności od lokalizacji i pory roku.
• The Solar Influence: Climate Change video z National Academies może pomóc wzmocnić dowody na to, że aktywność słoneczna nie powoduje globalnego ocieplenia.

Powiązane metody pedagogiczne:

• – Teaching Uncertain Science
• – Using an Earth History Approach

College

• Earth’s Heat Budget to praktyczne zajęcia laboratoryjne, które badają wpływ odległości i kąta na wkład promieniowania słonecznego, albedo, pojemność cieplną ziemi i wody oraz to, jak powodują one pory roku.
• Motions of the Sun Lab wykorzystuje animowany symulator, aby umożliwić uczniom manipulowanie zmiennymi w celu zrozumienia pozornego ruchu Słońca na niebie.
• Obserwuj zmiany w orbicie Ziemi, które przyczyniają się do zmian klimatu – Ta animowana wizualizacja cykli Milankovitcha może ustawić scenę dla bardziej zaawansowanej dyskusji o czynnikach wpływających na klimat.
• Podejście ilościowe może być stosowane z tym wprowadzeniem krok po kroku do prostego modelu STELLA: Modeling Earth’s Energy Balance.
• Modeling Early Earth Climate with GEEBITT helps students become more familiar with the physical processes that made Earth’s early climate so different from that of today.

Znajdź zadania i materiały wizualne do nauczania tego tematu

Szukaj według poziomu klasy: gimnazjum szkoła średnia intro college upper college szukaj wszystkie poziomy klasy

Jaka jest rola Słońca w zmianach klimatu? – NASA oferuje czytelny, ale autorytatywne spojrzenie na dlaczego aktywność słoneczna, cykle słoneczne i plamy słoneczne nie są związane z dzisiejszym ociepleniem klimatu. NASA ma powiązany post, który obala mit o nadchodzącej epoce lodowcowej.

Słońce i klimat: Moving in Opposite Directions Ta strona z witryny Skeptical Science zapewnia jasne odpowiedzi na powszechne pytania i nieporozumienia dotyczące zmian klimatycznych.

What’s Really Warming the World? – Ta animowana grafika porównuje różne czynniki wpływające na klimat Ziemi. Zmiany klimatyczne spowodowane przez zmiany orbitalne, jasność Słońca i emisje wulkaniczne są porównywane z efektem emisji gazów cieplarnianych. Grafika jest bardzo wciągająca, a dane pochodzą z należącego do NASA Goddard Institute for Space Studies (GISS).

McCaffrey & Buhr, 2008: Clarifying Climate Confusion. – Artykuł z czasopisma Physical Geography na temat powszechnych nieporozumień w nauce o klimacie.