762135P Johdatus globaaliin ympäristögeofysiikkaan (6 op)

Transkriptio

1 762135P Johdatus globaaliin ympäristögeofysiikkaan (6 op) Syksy 2014 Pertti Kaikkonen Geofysiikka Fysiikan laitos P Johdatus globaaliin ympäristögeofysiikkaan (6 op) Introduction to global environmental geophysics Opetuskieli: Suomi Ajoitus: syyslukukausi Osaamistavoitteet: Opintojakson suoritettuaan opiskelija osaa määritellä ja selittää globaalisten ympäristökysymysten fysikaaliset perusteet ja geofysikaalisten tutkimusmenetelmien käytön kohteellisissa ympäristötutkimuksissa. Sisältö: Maapallon rakenne ja toiminta (geofysikaaliset prosessit): kiinteä maa, valtameret, ilmakehä, jäätiköt, pohjavesi, ydinjätteet sekä luonnonkatastrofit. Ympäristön seurantamittaukset. Ympäristön mallintamisen perusteet; maapallo systeeminä. Ilmastonmuutos ja sen seuraukset. Järjestämistapa: Lähiopetus Toteutustavat: 50 h luentoja ja harjoitustyö, 110 h itsenäistä opiskelua Kohderyhmä: Pakollinen kurssi geofysiikan pääaineopiskelijoille LuKtutkinnossa. Kurssi sopii luonnontieteellisen ja teknillisen tiedekunnan opiskelijoille. Esitietovaatimukset: Ei erityisiä esitietovaatimuksia Yhteydet muihin opintojaksoihin: Ei vaihtoehtoisia tai samanaikaisesti suoritettavia opintojaksoja Oppimateriaali: Luentomoniste ja luentomateriaali. Kakkuri, J. &, S.-E., 2000: Ympäristö ja geofysiikka sekä soveltuvia osia teoksesta Houghton, J., 2004: Global warming: The complete briefing (3rd ed.). Suoritustavat: Tentti ja hyväksytty harjoitustyö. Arviointiasteikko: Numeerinen arviointiasteikko 0 5, missä 0 = hylätty Vastuuhenkilö: Pertti Kaikkonen Työssä oppimista: Ei sisällä työharjoittelua Lisätiedot: Oulun JGYG-Johdanto yliopisto S-E 1 2

2 Geofysiikka - mitä se on? Geofysiikan tutkimuskohteina ovat maapallon ja sitä ympäröivän lähiavaruuden fysikaalinen rakenne ja fysikaaliset ilmiöt Geofysiikka on tiede, jonka tutkimusalue ulottuu maapallon keskipisteestä ilmakehän ylimpiin kerroksiin Geofysiikka on fysiikan menetelmien ja tekniikoiden soveltamista maapallon rakenteen ja siihen vaikuttavien prosessien tutkimiseen Geofysiikan jaottelu: KOHDE: TIETEENALA: Avaruus Fysiikka, tähtitiede Ilmakehä Meteorologia Kuori Vaippa Nestemäinen ulkoydin Kiinteä sisäydin Vesikehä Hydrologia, oseanografia Kivikehä Kiinteän maan geofysiikka 3 4

3 GEOTIETEISTÄ GEOFYSIIKKA GEOMAGNETISMI & AERONOMIA METEOROLOGIA KLIMATOLOGIA GLACIOLOGIA OSEANOGRAFIA HYDROLOGIA GEODESIA KIINTEÄ MAA & SEISMOLOGIA GEOLOGIA VULKANOLOGIA & GEOKEMIA MAANTIEDE 5 Ahvenisto ja muut (2004): Geofysiikka. Tunne maapallosi, WSOY JGYG-Johdanto S-E 6

4 S. - E. HJELT KIRJALLISUUTTA J. Kakkuri & S-E, Ympäristö ja geofysiikka. URSA, 189 ss J. Kakkuri, Tulevaisuuden uhkakuvat. WSOY, ss M. Poutanen (toim), Maan muoto. URSA, 176 ss [S-E, Maapallon rakenne ja toiminta. Opetusmoniste, OY, Geofys.] JGYG-Johdanto S-E JGYG-Johdanto S-E 8

5 JOHDANTO KIINTEÄN MAAN GEOFYSIIKKA maapallon sisäosien rakenne seismologia geomagnetismi geosähkömagnetismi radioaktiivisuus geofysikaaliset ympäristötutkimukset OSEANOGRAFIA valtamerien kerrosrakenne merien liike, pyörteisyys merivirrat Golf-virrasta ENSO-ilmiö (El Nino-(La Nina) Southern Oscillation) METEOROLOGIA ilmakehän rakenne säteilylait ja absorptio ilmakehän liike sateen syntymekanismi otsoni GLASIOLOGIA jäätiköiden rakenne jäätiköiden dynamiikka muutokset jäätiköissä jäätiköt "historiankirjana" HYDROLOGIA veden kiertokulku vesi kallioperässä LUONNONMULLISTUKSET maanjäristykset tulivuorenpurkaukset pyörremyrskyt impaktit SYSTEEMIT ja MALLIT peruskäsitteet takaisinkytkentä stabiilisuudesta KLIMATOLOGIA ilmaston pitkäaikaiset muutokset ilmastopakotteet kasvihuoneilmiön muutos IPCC-raportti 9 10

6 Luentoajat ja salit: ESIMERKKEJÄ YMPÄRISTÖGEOFYSIIKKAAN LIITTYVISTÄ www-osoitteista Keskiviikko klo FY1120 Perjantai klo IT OY, geofysiikka HY Seismologian laitos OY/SGO, Sodankylä: Säteilyturvakeskus WDC-A: Globaalit tiedostot ftp://ftp.ngdc.noaa.gov/stp/solar_data/ WDC-A: Aurinkodata - " - /SUNSPOT_NUMBERS/ Aurinkopilkkuluvut ftp://ftp.ngdc.noaa.gov/stp/geomagnetic_data/indices/kp_ap/ Globaalit magneetti-indeksit Mgn N-navan sijainti ja liike ElNino ja muuta ilmastoasiaa LaNina-tietoja ElNinon tuhot Ilmastotiedostoja Meren pinnan suolaisuus Merenpinnan meteorologista dataa Merenpinnan korkeusdataa 11 KURSSIN SUORITTAMINEN: Tentti: sovitaan myöhemmin + Harjoitustyö: sovitaan myöhemmin - katsotaan kaksi aiheeseen liittyvää videota ja vastataan lyhyehköillä esseillä videoista esitettyihin muutamiin kysymyksiin Oppimateriaali: Luentomoniste ja luentomateriaali. Kakkuri, J. &, S.-E., 2000: Ympäristö ja geofysiikka sekä soveltuvia osia teoksesta Houghton, J., 2004: Global warming: The complete briefing (3rd ed.). 12

7 Seeing Earth through the lens of Science: This Earth image is a compilation of several data sets of the type produced by NASA's Earth Observing System, including cloud cover, vegetation, fires, and sea surface temperature. From the latter, the El Niño is clearly visible. 13

8 [km] min Earthquakes and volcanic eruptions Weather processes JGYG-Johdanto S-E d day 8 a year 10 century Plate tectonics Mantle convection Climatic processes JGYG-Johdanto S-E Ma 16 log [s] Ga Development of oil, gas and mineral deposits Oceanic processes 16

9 [Lähde: NASA - Earth System Science, 1988]. [km] Ilmakehän konvektio Ilmakehän pyörteet Synoptinen sää Mesoskaalan sää Globaali sää Maaperän kosteus Merien sekoitt. Vuodenajat Maanjäristys & kasvillisuus Tulivuorenpurkaus CO 2 :n vaihtelu Ilmasto El Nino Merivirrat Maaperän eroosio Ilmakehän koostumus Jääkaudet Lajien vaellus Ekstinktiot Metallogenia Elämän Maapallon synty synty Laattatektoniikka Vaipan konvektio Vuorien synty Öljyn synty log [s] min vrk vuosi v.sata milj. vuotta miljardi v. 17 Bretherton diagram Kakkuri ja (2000) In the late 1980s, the scientific disciplines that had for the most part independently studied the Earth s atmosphere, oceans, land, cryosphere, and ecology recognized the need to conceptualize the Earth as an interactive set of systems, affected both directly and indirectly by human activities. This led to the development of the socalled Bretherton diagram, a conceptual framework or road map set out in a set of reports led by meteorologist Francis P. Bretherton (NASA 1986, Figures 2 and 3). In the simplified version of this diagram, human activities were depicted as a single element, affecting land use and water and emitting pollutants, and affected primarily by climate change and changes in terrestrial ecosystems.

10 The Earth system. A modified "Bretherton Diagram". (M.O. Andreae und J. Marotzke, 2005) 20 21

11 Pieni jääkausi (n ), maapallon lämpötila laski n. 0,4-0,6 astetta kuormitus vetovoima [Kakkuri, 2003] JGYG-Johdanto S-E 23

12 Pieni jääkausi (n ), maapallon lämpötila laski n. 0,4-0,6 astetta Alankomaalaisen Hendrick Avercampin ( ) maalaus Jäämaisema (IJsvermaak) kuvaa talvijäällä luistelua ja ilottelua; maalausta inspiroi vuoden 1608 ankara talvi. Tämänkaltaisia maalauksia tehtiin vuosina