12. előadás A földi légkör – ózonprobléma és üvegházhatás

Az előadások a következő témára: "12. előadás A földi légkör – ózonprobléma és üvegházhatás"— Előadás másolata:

1 12. előadás A földi légkör – ózonprobléma és üvegházhatás
Nemlineáris és komplex rendszerek viselkedése – a káosz fogalma Helyünk a világegyetemben (az Univerzum fejlődéstörténete)

2 Az ózonprobléma A „jó” és a „rossz” ózon fogalma

3 A légkör szűrői

4 Az ózon

5

6 Az ózonkoncentráció magasságfüggése

7 Katalitikus ózonfogyasztó folyamatok
1 Cl atom átlagosan 100 ezer ózonmolekulát roncsol szét

8

9 Az ózon mérése

10 A Dobson spektrofotométer

11

12 A Dobson egység A légköri összózonmennyiség vastagsága századmilliméterben kifejezve 1 atmoszféra nyomáson Az egyenlítőn átlagosan mintegy 3 mm! A legtöbb ózon az egyenlítői sávban keletkezik, amit a légáramlatok elszállítanak. Szélességfüggő éves és napi ingadozás.

13 Mérési eredmények

14 A légköri összózonmennyiség: 3 milliárd t.
Üvegházhatása is van A légkör egyéb szennyeződései védelmet nyújtanak (a D-i félteke sokkal tisztább!)

15 1951-től folyamatosan mérnek Új-Zélandon (Farkas Edit,magyar szárm.)
as Nemzetközi Geofizikai Év, Antarktisz tól ózoncsökkenés, de mérési hibának gondolták 1982 – Brit Meteorológiai Szolgálat felismerése (tényleges csökkenés) Ok: Mexico, El Chicon vulkánkitörés 1985: 400 Dobsonról 125 Dobsonra zuhant (300 => 180 egyenlítőn) 1991-től az É-i féltekén is tapasztalható ózoncsökkenés Ok ???

16 Ózon monitorozó világhálózat: 80 állomás

17

18 Az ózonlyuk

19 Okok ??? Természetes okok (a sztratoszférába feljutó vulkáni por)
Halogénezett szénhidrogének Az alsó atmoszférában „környezetbarát” A magas légkörben katalitikus romboló hatás CFCl3 – 75 év CF2Cl év (halon – tűzoltó készülékek, hűtőgépek, klíma, spray hajtógáz, …)

20

21

22 Az ózoncsökkenés káros hatásai
1% ózon csökkenés => 2% UV sugárzás növekedés => 4-5% bőrrákos megbetegedés Hasítja a DNS-t Bőrrák Szürkehályog Vizi ökoszisztémák Gabonatermés csökkenés

23

24 A Föld energiaháztartása

25 A légkör átlátszósága

26

27 A Föld-légkör energiaháztartása

28 Besugárzás: egy 5500 K-es feketetest energia eloszlását követi
Kisugárzás: egy 300 K-es feketetest energia eloszlását követi A légkör miatt a bolygókon üvegházhatás van (Föld: ~15-20 fok, Mars ~ 10 fok, Vénusz ~500 fok)

29 Éghajlati rendszerek

30 Klímaváltozás Oka ??? Egyensúly megbomlása Természetes okok
Emberi tevékenység eredménye Egyensúly megbomlása Jégtakaró olvadás => tengerszint emelkedés Óceánok hőmérsékletének emelkedése Oxigén csökkenés => lővilág (planktonok, korallok pusztulása) Ciklonok, szélsőségek növekedése Tengeráramlatok megváltozása (Golf-áramlat – sókoncentráció változás)

31 A légköri széndioxid mennyiség változása

32 Nemlineáris és komplex rendszerek viselkedése
(A determinisztikus káosz)

33 Érzékszerveink működése logaritmikus
Weber-Fechner féle pszichofizikai törvény: az érzet erőssége az inger erősségének logaritmusával arányos Hallás Látás

34 Agyunk működése lineáris
Ez mennyi búza? Szalmonella (15 percenként)

35 A valódi világ komplex  (gondolkodásunkkal átlátható) modelleket alkotunk
(a „természettörvények”-re az embereknek van szüksége, nem a természetnek) fizika műszaki tudományok biológia közgazdaságtan ……...

36 Modellek geometriai pont egyenes- tömegpont ponttöltés
harmonikus oszcillátor áramgenerátor ……….

37 Az inga Mozgásegyenlet: linearizálás:

38 A modell egyszerű  a modellt leíró differenciálegyenlet is egyszerű
lineáris, szétválasztható változójú, ….  analitikusan megoldható

39 Az ingaóra Christian Huygens és George Graham

40 Ezek a modellek milyen jól leírják a sokkal bonyolultabb valóságot.
Ami meglepő Ezek a modellek milyen jól leírják a sokkal bonyolultabb valóságot.

41 A szerkezet azért bonyolultab (a veszteségeket pótolni kell)

42 Látott-e már valaki pontot egyenest a kör kerülete 2R a narancsé?

43 Mekkora Skandinávia kerülete?
  A gömb felszíne 4R2 A narancsé?  ?

44 Fizikai rendszerek lineáris oszcillátor: nemlineáris oszcillátor:
(harmonikus rezgőmozgás) nemlineáris oszcillátor: kényszerrezgés: hőtágulás:

45 Még bonyolultabb problémák
Háromtest-probléma Naprendszer Csillagpulzáció Időjárás Populációnövekedés Gazdasági növekedés …..

46 Megoldási módszerek Fizikai modell készítés, kísérlet
Számítógépes modell Analóg számítógép Digitális számítógép

47 Érzékeny a kezdőfeltételre
Lorentz 1961-ben nyomtatott lapja Érzékeny a kezdőfeltételre Rayleigh – Bénard konvekció x – a konvekció intenzitása y – hőmérsékletkülönbség z – vertikális hőmérsékletprofil nemlinearitása

48 Korlátozó feltétel nélkül a népesség a végtelenhez tart
Populációdinamika Korlátozó feltétel nélkül a népesség a végtelenhez tart

49 Populációdinamika Volterra-egyenlet
x - nyúl y - róka

50 Korlátozott szaporodás
Populációnövekedési ráta: Ha R=r(>0) (const) korlátozó feltétel:

51

52 Visszacsatolt erősítő
+ > r 1-u u u(1-u) 1V (r=3, )

53 A logisztikus leképezés
r=0,8 r=2,5 r=3,1 r=3,8

54 Optikai visszacsatolás

55 Vizsgálati módszerek Időtartomány - egy állapothatározó és az idô által kifeszített tér, pl. [r(t), t], [x(t), t], [v(t), t], … fázistér - az állapothatározók által kifeszített absztrakt tér, dimenziója megegyezik a rendszer szabadsági fokainak számával, pl. [v(t),r(t)], [P(T),V(T)], ...

56 Definíciók (1) trajektória - a rendszer pályája a fázistérben
attraktor - a fázistér azon alakzata, amely felé a rendszer állapota a vonzástartományba eső kezdőfeltételektől függően konvergál fixpont: az attraktor egyetlen pontból áll határciklus: az attraktor zárt görbe, a rendszer periódikusan oszcillál a fázistérben különös attraktor: végtelen számú egymás melletti rétegbôl álló, nem egész dimenziójú (fraktál természetû) attraktor, a közeli pályák exponenciálisan válnak szét. Kaotikusan viselkedô rendszert ír le.

57 Időbeli és fázistérbeli viselkedés
fixpont határciklus bifurkáció különös attraktor

58 Az előrejelezhetőség reguláris kaotikus Ljapunov idő:

59 Az előrejelezhetőség (számpéldák)
Legyen: (az elektron sugara) (11 millió év) Időjárás T~3..4 nap Laskar tag Dt=500 év 200 milló évre (előre és vissza) Naprendszer T~ milló év belső bolygók T~5 milló év

60 Definíciók (2) bifurkáció - periódus-kettőződés, nem-lineáris egyenletek minőségileg eltérő, új megoldásának megjelenése valamely paraméter változtatásakor. A periódus-kettőződés révén, a bifurkációk végtelen sorozatán át káoszhoz jutunk káosz - a determinisztikus rendszer belső, nem lineáris tulajdonságából adódó szabálytalan (nem periódikus) viselkedése zaj - a rendszer szabálytalan viselkedése külső véletlenszerű hatások (pl. hőmozgás) következtében

61 Nemlineáris RLC kör I. Kirchoff: R L D v U be ki

62 QV-ben nem lineáris – bifurkáció lép fel
Nemlineáris RLC kör II. QV-ben nem lineáris – bifurkáció lép fel

63 Konkluzió Determinisztikus egyenletekkel meghatározott rendszerek látszólag véletlenszerű viselkedést mutatnak A komplex rendszerek viselkedése megfogható, nem számítási hiba eredménye

64 A dimenzió A Hausdorff-dimenzió A felületet lefedni: N=L2/e2.
L - a vonal hossza e - mértékegység Hány e hosszúságú szakasszal lehet lefedni az L vonalszakaszt? N=L/e. A felületet lefedni: N=L2/e2. általában d - a tér dimenziója N=Ld/ed. Dimenzió:

65 Jellemzőjük: az önhasonlóság
Tört dimenziók d=log(2)/log(3) d=2log(2)/log(3) Jellemzőjük: az önhasonlóság

66

67

68

69

70

71

72

73 A különös attraktorok fraktál dimenziójúak

74

75

76 Komplex számok iterációja
Mandelbrot: z0 - fix c - változik Julia: z0 - változik c - fix

77

78

79

80

81

82

83

84

85 Helyünk az Univerzumban
Penzias és Wilson,Bell lab.

86

87