UNIVERSITETET I OSLO

Transkript

1 UNIVERSITETET I OSO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet Eksamen i: GEF10 Eksamensdag:. desember 011 Tid for eksamen: 14:30-17:30 Oppgavesettet er på 3 sider Vedlegg: Ingen Tillatte hjelpemidler: Kalkulator, Fysiske størrelser og enheter og Karl Rottmans matematiske formelsamling Kontroller at oppgavesettet er komplett før du begynner å besvare spørsmålene. Oppgave 1 a. Hva er en aerosol? b. Hva er de viktigste kildene og kjemiske bestanddelene i aerosoler i atmosfæren? c. Forklar hvordan sulfat dannes i atmosfæren. Betyr det noe for antall sulfatpartikler som dannes hvordan denne prosessen skjer? Begrunn svaret. d. Nevn kort hvordan økte konsentrasjoner av ulike aerosoler kan påvirke klima. Oppgave. a. Hva er kildene for ozon i troposfæren? b. Hva forstår vi med begrepet troposfærens oksidasjonskapasitet? Hvilken rolle spiller ozon i forhold til oksidasjonskapasiteten i troposfæren? c. Skisser et typisk vertikalprofil av ozonkonsentrasjonen (evt. blandingsforholdet) fra bakken til toppen av stratosfæren. Gjør kort rede for hvilke miljøkonsekvenser endringer av ozon i ulike høyder kan ha. d. Nitrogenoksider ( = NO + NO ) inngår i flere prosesser som påvirker ozonkonsentrasjonen i atmosfæren. Forklar sin rolle i ulike høyder.

2 e. I atmosfærens grenselag nede ved bakken antar vi en ozonproduksjonssykel slik det er vist på figuren. Forklar under hvilke forutsetninger ozonproduksjonen kan sies å være -begrenset. I ozonproduksjonsjonen er HOx og katalysatorer. Slik den er skissert i figuren over har vi et HOx perspektiv. HOx (her inlkudert RO og RO radikaler) produseres ved primærproduksjonen av OH (P HOx ) i figuren og sykles via RO, RO og HO tilbake til OH. Ved en likevekt i HOx nivået vil P HOx balanseres av HOx tap i R8 og R. Reaksjon R5 (RO +NO) og R7 (HO +NO) over, som gir ozo produksjon, krever at er tilstede. Ved lite vil HOx tapet i R8 være større enn HOx tapet i R. Da begrenses ozonproduksjonen av mengden og vi har begrensning. Ved veldig lave der reaksjonsraten i R8>>R kan man vise at f. Vi antar at reaksjonene under er de eneste tapene for et hydrokarbon () og NO. Hvor lang er levetiden for og NO? +OH (+O ) RO + H O k 4 = cm 3 molekyl -1 s -1 NO + OH + M HNO 3 + M k = cm 3 molekyl -1 s -1 [OH] = 5x10 6 molekyler cm -3 Du kan her betrakte R som en ren -legeme reaksjon mellom OH og NO. evetiden er definert som For en -legeme reaksjon som R4 over får vi da

3 g. Når vi antar at vi har begrensing og at sykelen er effektiv (dvs. at reaksjonsratene i reaksjonene R4, R5, R6 og R7 i figuren over er like) har vi at ozonproduksjonseffektiviteten (ε) er gitt ved P 4 k Regn hvor stort utslippet (i molekyler cm - s -1 ) av hydrokarbonet () er under disse forutsetningene. I oppgave f og g antar vi følgende: - Ozon er i likevekt (steady state) - [O 3 ]=80 ppb - evetiden til ozon er 5 dager - n a = molekyler cm -3 (konsentrasjon av luftmolekyler i grenselaget) - Tykkelsen på grenselaget er z B =1 km (her blandes utslipp umiddelbart) Ozon er likevekt, dvs. at produksjonen er lik tapet. Tapet er gitt ut fra konsentrasjonen og levetiden ved Ut fra likningen over har vi P 4 k P 4 k 4 k O 3 Da både og er antatt å våre i likevekt har vi

4 For hydrokarbonet betyr likevekt at produksjonen (dvs. utslippet E (molek/cm 3 s)midlet over høyden til grenselaget) er like stort som tapet. Det betyr E τ Setter inn for [] og i likningene over k k 4 E O 3 NO Forkorter og løser med hensyn på E Setter inn verdier og passer på riktige benevninger E = molek/cm 3 s Utslippet som fluks fra bakken blir da F =E z bl = molek/cm s Oppgave 3. a. Forklar hva vi mener med begrepene strålingspådriv (radiative forcing) og globalt oppvarmingspotensial (GWP). b. En klimagass X med 10 års levetid i atmosfæren gir et instantant strålingspådriv på Wm - kg -1. Regn ut GWP(100år) for gassen X. Bruk at AGWP(100 år) for CO er Wm - kg -1 år. Hint 1: AGWP for CO er nevneren i definisjonen av GWP, A-en står for absolutt. Hint : Bruk massebalanselikningen for X der hele atmosfæren betraktes som en boks. GWP foren gass X over en tidshorisont H år, er definert som Der RF X (t) er strålingspådrivet som følge av et pulsutslipp på 1 kg av komponenten X ved tiden t=0. For en gass med levetid τ X =10 år finner vi tidsutviklingen i massen av X i atmosfæren ved en enkel 1-boks massebalanselikning der initialmasen er 1 kg (fra pulsutslippet) og det ikke er noen andre kilder.

5 Vi har da følgende løsning for m x (t): Der m 0 =1 kg. Vi har oppgitt at strålingspådrivet for pr. masse enhet for gassen X i atmosfæren er ε= Wm - kg -1. Strålingspådrivet RF(t) er da gitt ved Setter inn i telleren i GWP definisjonen Setter inn i GWP definisjonen c. Klimafølsomhetsparameteren λ relaterer strålingspådrivet til globalt midlet temperaturrespons ved likevekt. Forklar hvilke mekanismer i klimasystemet denne parameteren representerer.