Zagadnienie topnienia lodu - entralpia a lodowce Arktyki

Ciepło topnienia lodu  - jest wielkością charakteryzującą przepływ energii ( analogiczną dla warunków w Arktyce) ) wywołany różnicą temperatur.
Przyrządem służącym do takich pomiarów jest kalorymetr, który składa się z dwóch koncentrycznie osadzonych naczyń metalowych między którymi znajduje się, źle przewodząca ciepło, warstwa powietrza. Naczynie wewnętrzne oddzielone jest podpórkami wykonanymi  z materiałów izolujących i całość zakryta  pokrywą z materiału nieprzewodzącego

 Podręczne obliczenia w arkuszu Excella
http://www.lepla.edu.pl/pl/modules/Activities/m18/files/excel/lheatf.xls

Entralpia topnienia wody
Entropia topnienia ∆topS czyli zmiana entropii towarzysząca stopieniu jednego mola substancji w temperaturze Ttop, wynosi:
∆topS=∆topH/Ttop
Entalpia topnienia jest zawsze wielkością dodatnią. Jak wiadomo topnienie jest procesem endotermicznym a więc wymaga dostarczenia ciepła, zatem entropie topnienia są zawsze dodatnie- w wyniku stopienia nieporządek wzrasta. Entropiawody na przykład zwiększa się w czasie topnienia gdyż w wyniku poswatania cieczy ulega zniszczeniu uporządkowana struktura lodu.
Entropia topnienia
Temperatura topnienia lodu (a więc wody w stałym stanie skupienia) wynosi 0°Celsjusza. Aby powiedzieć jaka jest entropia topnienia wody muszę skorzystać z danych zamieszczonych w tabeli podającej „standardowe entalpie przemian fazowych”.
Dane odczytane z tabeli:
∆topH°=6,01 kJ⁄mol
Ttop=273,2K
Rozwiązanie:
Stosujemy wzór: ∆topS=∆topH/Ttop
Podstawiamy pod niego dane odczytane z tabel:
∆topS=(6010J/mol)/273,2K=22 J⁄(K*mol)
Odp. Entropia topnienia lodu w temperaturze zera stopni Celsjusza wynosi 22J⁄(K*mol).
 
Zadanie
Oblicz zmianę entropii w procesie topnienia 1 mola lodu w temperaturze 273,16K i pod
ciśnieniem 1000hPa. Ciepło topnienia lodu wynosi QP=333,42J/g
 
Dane:
QP=AH'=333,42J/g AS=?
H2O
T=273,16K
MH2O=18g/mol
AH=Mff2O*AH'=18g/mol*333,42J/g=6001,56J/mol
21,97     J
T 21\\6K '     mol-K
Zmiana entropii, podobnie jak zmiana każdej innej funkcji stanu, jest określona zależnością AS=S2-Si
czyli: zmiana entropii jest równa różnicy entropii produktów i substratów..
 
Zadanie uniwersyteckie z podstaw biofizyki str.4
http://www.biofizyka.awf.wroc.pl/materialy/wfz_listazadan.pdf
 
 
Pokaz edukacyjny
http://e-fizyka.info/prezentacje/4.Termodynamika/2.%20Entropia%20fenomenologicznie.ppt#342,9,Slajd
 

Odniesienie do wymiaru praktycznego na przkładzie lodowca Arktyki

Odrywanie się gór lodowych to jeden ze wskaźników tempa ocieplania się klimatu.
Uczeni z kanadyjskiego Universite Laval, pracujący pod kierunkiem Dermota Antoniadesa, po przestudiowaniu osadów z dna Disraeli Fiord na północy Kanady, doszli do wniosku, że około 1400 lat temu doszło do sporej redukcji lodowca szelfowego.
Problem odrywania się lodu dotyczy przede wszystkim lodowca szelfowego Warda Hunta. Powstał on z lodowca Ellesmere, który, po co najmniej 3000 lat istnienia, rozpadł się  na przełomie XIX i XX wieku na sześć lodowców. Największym z nich jest właśnie lodowiec Warda Hunta. Do lat 80. ubiegłego wieku sądzono, że pozostałości Ellesmere są stabilne. Jednak od około 10 lat wiadomo, że i lodowiec szelfowy Warda Hurda się rozpada i zjawisko to wiąże się z globalnym ociepleniem.
Kanadyjscy uczeni dowodzą, że obszar obecnie znany jako lodowiec szelfowy Warda Hunta uformował się około 4000 lat temu i był stabilny przez niemal 3000 lat. Około 1400 lat temu doszło do znaczne zmniejszenia się jego powierzchni. Później, przed 800 laty, lodowiec odzyskał swoją powierzchnię. Obecnie jesteśmy świadkami jej ponownego zmniejszania się.
PhysOrg

Komputerowe modele, próbujące ocenić stopień ocieplania klimatu przez człowieka, przewidują największą zwyżkę temperatury w rejonach Arktyki CO2 w atmosferze miałaby tam ona sięgnąć latem 8-15°C, powodując katastrofalne konsekwencje. Tymczasem na Grenlandii, a także na Półwyspie Skandynawskim w ciągu ostatnich 120 lat (nie licząc wzrostu w latach czterdziestych) temperatura ma tendencję spadkową. Obserwacje przeprowadzone na Spitsbergenie, a także satelitarne pomiary temperatury wskazują na znaczne ochłodzenie dużych rejonów Arktyki. Czapy lodowe Grenlandii iAntarktydy zaczęły się rozrastać. Podobnie zachowują się lodowce na Alasce, w Alpach i Himalajach. Spośród 400 stale monitorowanych lodowców w 1990 roku dotyczyło to 55%, podczas gdy w połowie tego stulecia jedynie 6%.
Dużą rolę w wahaniach atmosferycznego CO2 i temperatury odgrywają także wulkany, których aktywność w XX wieku aż do 1963 roku była wyjątkowo niska. Największe ochłodzenia oraz spadki wzrostu atmosferycznego CO2 pojawiały się po wybuchach sięgających ponad tropopauzę, powodujących wysokie zapylenie stratosfery Były to Gunung Agung w 1963 roku, Fuego w 1974, El Chichon w 1982, Nevado del Ruiz w 1985 i Pinatubo w 1991 roku. Współczesne ocieplenie klimatu osiągnęło apogeum około 1940 roku - w okresie niskiego zapylenia stratosfery, a więc zanim nastąpił przyspieszony wzrost emisji CO2 ze spalania paliw kopalnych.
Wszystko to świadczy, że CO2 wytwarzany przez człowieka nie ma wielkiego wpływu na klimat. Warto zwrócić uwagę, że do całkowitego strumienia CO2 wprowadzanego do atmosfery człowiek dodaje swoją aktywnością przemysłową i rolniczą tylko około 3.4%. Jest to podobne do corocznych wahań całej masy CO2 w atmosferze.

W drugiej połowie naszego stulecia nauka została zbyt mocno powiązana z polityką, co może prowadzić do utraty autorytetu i niezależności uczonych. Winę za to ponoszą systemy polityczne, które nie chcą finansować badań problemów nie związanych z zagrożeniami. Przez wiele dziesięcioleci były to zagrożenia militarne; gdy te ustąpiły, ich rolę przejęły zagrożenia ekologiczne.
Wielkie międzynarodowe organizacje, jak Światowa Organizacja Meteorologiczna (WMO), Program Ekologiczny Narodów Zjednoczonych (UNEP) czy Międzyrządowy Zespół ds. Zmiany Klimatu (IPCC), sterują ogromnym strumieniem pieniędzy na badania klimatyczne. Jego źródłem są rządy wielu krajów (np. 2.1 mld dolarów rocznie asygnują Stany Zjednoczone), Wspólnota Europejska i Bank Światowy. Jako naukowe ciało doradcze rządów-stron Konwencji w Sprawie Zmiany Klimatu z Rio de Janeiro (z 1992 roku) wiodącą rolę odgrywa w tym utworzony w 1988 roku IPCC. Od 1990 roku opublikował on trzy raporty, w których winą za ogrzewanie klimatu obciążono naszą cywilizację. Oświadczono przy tym, że jest to zgodna opinia środowiska naukowego. Stwierdzenie takie jest jednak przesadne, gdyż oceny i wnioski IPCC, a także sama metoda pracy tego ciała, spotkały się z krytyką wielu naukowców
 
Nowe badania rdzeni lodowych z Grenlandii (GISP2 i GRIP) wskazują, że przejścia pomiędzy ciepłymi i zimnymi fazami cyklów klimatycznych, kiedy temperatura powietrza zmienia się o 10°C, trwają dramatycznie krótko: zaledwie 50, 20, a nawet 1-2 lat. Nie wiemy, kiedy zawita z podobną nagłością nowy cykl lodowcowy - może za tysiąc, za pięćset, za sto, a może już za dwadzieścia lat? Znany klimatolog amerykański W.S. Broecker sądzi, że najprawdopodobniej czeka nas to za 50-150 lat. Skutkiem przejścia w epokę lodową będzie warstwa lodu o grubości dochodzącej do kilku tysięcy metrów, zalegająca północną i środkową Europę, Kanadę i część Stanów Zjednoczonych. Cóż wówczas stanie się z narodami, które tam żyją, z ogromnymi miastami, z całą infrastrukturą współczesnej cywilizacji, z jeziorami, lasami, kwiatami i zwierzętami? Wszystko to zostanie zmiecione z powierzchni Ziemi, a potem przykryte zwałami moren. Czy wobec tej perspektywy, bardziej realnej niż rzekoma groźba ocieplenia klimatu, powinniśmy pokornie poddać się ślepej przyrodzie? Czy nie lepiej zebrać siły, wiedzę i geniusz ludzki, by obronić biosferę przed tym, co przez miliony lat było cyklicznie powracającą nieuchronną klęską?
Autor
Prof. dr hab. ZBIGNIEW JAWOROWSKI jest członkiem Rady Naukowej Centralnego Laboratorium Ochrony Radiologicznej. W latach 1972-1979 zorganizował 9 wypraw na lodowce obu półkul w celu zbadania globalnych skutków przemysłowego zapylenia atmosfery.
Wedle amerykańskich pomiarów satelitarnych w Arktyce zasięg lodu morskiego był w styczniu największy od czterech lat i przyrósł o około 2 mln km kw. Natomiast obserwacje duńskie wskazują, że między Kanadą i Grenlandią zasięg lodów jest obecnie największy od 15 lat a jego grubość wzrosła o około 20 cm. W Antarktyce styczniowy lód morski stale wzrastał od około roku 1980, osiągając obecnie największy zasięg od lat trzydziestu  (Center, 2008) (czytaj także: http://epw.senate.gov/public/index.cfm?FuseAction=Minority.Blogs&ContentRecord)

NASA oficjalnie przyznała w swoim oficjalnym komunikacie, że Ziemia absorbuje więcej energii słonecznej (czyli ok. 0,5W/m2), niż jest zdolna odbić w przestrzeń kosmiczną nocą. Skażenie wzrasta codziennie a aktywność słoneczna nasilać się będzie aż do roku 2012. Globalny wzrost tektonicznej i sejsmicznej aktywności zdaje się niechybnie nastąpić. Czy oznacza to, że znaleźliśmy się w sytuacji bez wyjścia?
 
www.nautilus.org.pl/article.php?articlesid=381
 
Kejow
Ps. Post ma charakter popularyzacji nauki