7
A
1
Geofysica
Introductie
Zonder atmosfeer zou de aarde niet leefbaar zijn. Niet alleen omdat mensen en dieren niet zonder zuurstof kunnen en de ozon in de stratosfeer de schadelijke ultravioletstraling van de zon grotendeels tegenhoudt. Maar ook omdat de broeikasgassen in de atmosfeer zorgen voor een leefbare gemiddelde temperatuur op aarde. De tropen ontvangen gemiddeld meer zonnestraling dan de gematigde breedtes en veel meer dan de poolstreken. Hierdoor worden stromingen in de oceanen en in de atmosfeer in gang gehouden die een deel van de energie van de tropen naar de gematigde breedtes en de poolstreken transporteren. En daardoor blijven de temperatuurverschillen tussen de tropen, de gematigde breedtes en de poolstreken beperkt. In dit keuzekatern leer je hoe de natuurkunde bijdraagt aan het begrip van de weersystemen en het klimaat.
H O O F D S T U K V R A AG
Figuur 1 Deltavliegen
Waardoor ontstaan weersverschijnselen zoals depressies, wind, bewolking en neerslag? In dit katern ga je na door welke natuurkundige processen deze weersverschijnselen optreden. Je zoekt naar antwoorden op de volgende vragen: E Hoe veranderen luchtdruk, dichtheid, temperatuur en relatieve vochtigheid naarmate je hoger in de atmosfeer komt en hoe kun je dat verklaren? (paragraaf 2) E Waardoor wordt wind aangedreven en welke windrichting en snelheid levert dat op? (paragraaf 3) E Hoe en waardoor ontstaat de straalstroom en hoe kan een slinger in de straalstroom uitgroeien tot een depressie? (paragraaf 4) E Hoe ontstaan bewolking en regen in een depressie en waardoor is het in een hogedrukgebied mooi zonnig weer? (paragraaf 5)
INLEIDING Druk en dichtheid De druk in een gas wordt veroorzaakt door botsingen van bewegende gasmoleculen. De druk van een gas is de kracht die het per m2 op een oppervlak uitoefent. In formule: p = _ F A Hierin is p de druk (in Pa = N/m2), F de nettokracht (in N) en A de grootte van het oppervlak (in m2). De dichtheid van een gas is de totale massa per m3 van alle moleculen in een gegeven volume. In formule:
SA M E N S T E L L I N G VA N D E AT M O S F E E R De meest voorkomende gassen in de atmosfeer zijn stikstof (N2), zuurstof (O2) en argon (Ar). Verder zijn er nog sporengassen, zoals de broeikasgassen koolstofdioxide (CO2), methaan (CH4) en waterdamp (H2O). Hoog in de atmosfeer houdt ozon (O3) het kortgolvige uv in de zonnestraling tegen. Voor het weer zijn waterdamp, water en ijs de invloedrijkste componenten in onze atmosfeer, ook al is de hoeveelheid relatief gering. Verdamping en condensatie van water speelt ook een belangrijke rol bij de energiehuishouding van de atmosfeer. argon koolstofdioxide (CO2)
overige zuurstof
stikstof
ρ = _ m V Hierin is ρ de dichtheid (in kg/m3), m de totale massa (in kg) en V het volume (in m3). Wordt een bepaalde hoeveelheid (aantal moleculen) gas samengeperst bij constante temperatuur, dan neemt de dichtheid toe en daardoor ook de druk, doordat er per seconde meer gasmoleculen tegen elke m2 oppervlak botsen. Wordt een bepaald volume gas, met constante massa, verwarmd, dan neemt de druk toe, doordat er per seconde meer gasmoleculen tegen elke m2 oppervlak botsen en gemiddeld ook harder.
Figuur 2 Samenstelling van de atmosfeer
