地球与空间科学 · 第 1 册 · 1–9 年级

Aard- en ruimtewetenschappen basisschool en onderbouw

书籍暂未推出简体中文版——当前显示 Nederlands 版。

Aard- en ruimtewetenschappen basisschool en onderbouw · 1–9 年级

23De atmosfeer

Op een weerstation loopt een meteoroloog vlak voor het afgesproken uur het grasveld op met een ballon gevuld met waterstof of helium, ongeveer 1.5 m1.5\,\mathrm{m} in doorsnee. Daaronder hangen aan een lang touw een kleine oranje parachute en een instrumentkastje van 60 tot 80 gram: een radiosonde. Ze laat los. De ballon stijgt ongeveer 300 m300\,\mathrm{m} per minuut, en elke seconde zendt de radiosonde de druk, de temperatuur, de luchtvochtigheid en haar positie door. Terwijl de ballon stijgt, zwelt hij op, tot hij 6 tot 8 m8\,\mathrm{m} in doorsnee is en knapt, vaak meer dan 30 km30\,\mathrm{km} hoog, twee uur na de lancering. Op dezelfde uren van elke dag speelt hetzelfde tafereel zich af op meer dan 800 stations over de hele wereld.

Een weerballon wordt opgelaten in Topeka, Kansas (Verenigde Staten): de parachute (rood) en de radiosonde hangen onder de ballon. Foto van Stephen Corfidi, NOAA/National Weather Service (publiek domein, via Wikimedia Commons).
Een weerballon wordt opgelaten in Topeka, Kansas (Verenigde Staten): de parachute (rood) en de radiosonde hangen onder de ballon. Foto van Stephen Corfidi, NOAA/National Weather Service (publiek domein, via Wikimedia Commons).

Waarom zwelt de ballon op terwijl hij stijgt? Wat meet de radiosonde op weg naar boven, en waarom blijft de temperatuur niet gewoon dalen? Waar houdt de lucht op?

Wat je al weet

De atmosfeer is de laag lucht rond de Aarde. Lucht drukt op alles wat ze raakt: dat is de luchtdruk, gemeten met een barometer (de natuurkundeboeken). Weerdiensten geven hem in hectopascal (hPa); op zeeniveau is hij ongeveer 1013 hPa1013\,\mathrm{hPa}. Droge lucht bestaat voor ongeveer 78 % uit stikstof en 21 % uit zuurstof, met een beetje argon, koolstofdioxide en andere gassen (de scheikundeboeken). Wolken bestaan uit piepkleine waterdruppeltjes of ijskristallen (Hoofdstuk 7).

23.1 Een dun omhulsel

Gezien vanuit het Internationale Ruimtestation is de atmosfeer een dunne gloeiende lijn langs de rand van de Aarde. Het grootste deel van de lucht, en bijna alle wolken, bevinden zich in de onderste paar kilometers.

De rand van de Aarde bij zonsondergang, gefotografeerd vanuit het Internationale Ruimtestation boven de Indische Oceaan op 14 juni 2010. De oranje en gele band is de onderste laag van de atmosfeer, met haar donkere wolken; daarboven komen lichtere en dan blauwe lagen, die overgaan in het zwart van de ruimte. Foto van NASA, ISS Expedition 23 (publiek domein, via Wikimedia Commons).
De rand van de Aarde bij zonsondergang, gefotografeerd vanuit het Internationale Ruimtestation boven de Indische Oceaan op 14 juni 2010. De oranje en gele band is de onderste laag van de atmosfeer, met haar donkere wolken; daarboven komen lichtere en dan blauwe lagen, die overgaan in het zwart van de ruimte. Foto van NASA, ISS Expedition 23 (publiek domein, via Wikimedia Commons).

De atmosfeer heeft geen scherpe bovengrens: de lucht wordt met de hoogte steeds ijler. Volgens afspraak begint de ruimte op ongeveer 100 km100\,\mathrm{km}. Vergeleken met de straal van de Aarde, 6371 km6371\,\mathrm{km}, is dat heel weinig: 100÷6371≈0.016100 \div 6371 \approx 0.016, minder dan 2 % van de straal. Op een globe van 30 cm30\,\mathrm{cm} doorsnee zou de hele atmosfeer een laagje van ongeveer 2 mm2\,\mathrm{mm} dik zijn.

Een plak van de Aarde en haar atmosfeer op schaal getekend (1\, cm voor 100\, km), tot 100\, km, de rand van de ruimte (gestippeld). De gekleurde lijnen zijn de grenzen van de lagen die verderop in dit hoofdstuk aan bod komen; de onderste laag, waar al het weer zich afspeelt, is amper een millimeter dik.
Een plak van de Aarde en haar atmosfeer op schaal getekend (1 cm1\,\mathrm{cm} voor 100 km100\,\mathrm{km}), tot 100 km100\,\mathrm{km}, de rand van de ruimte (gestippeld). De gekleurde lijnen zijn de grenzen van de lagen die verderop in dit hoofdstuk aan bod komen; de onderste laag, waar al het weer zich afspeelt, is amper een millimeter dik.

23.2 De druk neemt af met de hoogte

De lucht onderin de atmosfeer draagt het gewicht van alle lucht erboven. Hoe hoger je klimt, hoe minder lucht er boven je overblijft, en hoe lager de druk. In het standaardmodel van de atmosfeer dat meteorologen en ingenieurs gebruiken, is de druk op zeeniveau 1013 hPa1013\,\mathrm{hPa}, op ongeveer 5.5 km5.5\,\mathrm{km} de helft daarvan, en op ongeveer 10.3 km10.3\,\mathrm{km} een kwart.

Omdat de druk het gewicht van de lucht erboven meet, is het niveau van de halve druk ook de hoogte waaronder de helft van alle lucht ligt: de helft van de atmosfeer is samengeperst in haar onderste 5.5 km5.5\,\mathrm{km}. Onder 11 km11\,\mathrm{km} ligt ongeveer 78 % van de lucht, onder 30 km30\,\mathrm{km} ongeveer 99 %.

Druk tegen hoogte. De druk is op ongeveer 5.5 km5.5\,\mathrm{km} de helft van zijn waarde op zeeniveau, op ongeveer 10.3 km10.3\,\mathrm{km} een kwart.
De ballon zwelt op terwijl hij stijgt, omdat de lucht eromheen steeds minder hard drukt (ballonnen en parachutes onderling op schaal, het touw ingekort).

Hoger blijft de druk dalen, telkens met ongeveer de helft na een paar kilometer, zodat hij al snel heel klein wordt. Machten van tien zijn de beste manier om hem te schrijven. Op 30 km30\,\mathrm{km} is de druk ongeveer 12 hPa12\,\mathrm{hPa}, ruwweg 10−210^{-2} van zijn waarde op zeeniveau (een honderdste); op 50 km50\,\mathrm{km} ongeveer 0.8 hPa0.8\,\mathrm{hPa}, ruwweg 10−310^{-3}; op 80 km80\,\mathrm{km} ongeveer 0.01 hPa0.01\,\mathrm{hPa}, ruwweg 10−510^{-5} van de druk op zeeniveau.

Klimmers op een heel hoge berg dragen zuurstofflessen mee. Op 9\, km is de druk minder dan een derde van zijn waarde op zeeniveau: de lucht bevat nog steeds 21 % zuurstof, maar elke ademteug neemt er veel minder van op (door AI gegenereerde illustratie van een algemene scène).
Klimmers op een heel hoge berg dragen zuurstofflessen mee. Op 9 km9\,\mathrm{km} is de druk minder dan een derde van zijn waarde op zeeniveau: de lucht bevat nog steeds 21 % zuurstof, maar elke ademteug neemt er veel minder van op (door AI gegenereerde illustratie van een algemene scène).

23.3 Temperatuur en de lagen

Iedereen die een berg heeft beklommen, weet dat de lucht met de hoogte kouder wordt. De radiosondes laten zien dat dit alleen in het onderste deel van de atmosfeer klopt. Hoger stopt de temperatuur met dalen, dan stijgt ze, dan daalt ze weer, en dan stijgt ze nog eens. Deze veranderingen verdelen de atmosfeer in lagen.

De temperatuur van de lucht tegen de hoogte, van de grond tot 100\, km, in de standaardatmosfeer (een gemiddelde voor de gematigde breedten). De vier lagen zijn ingekleurd; de groene balk geeft de hoogte van de ozonlaag aan.
De temperatuur van de lucht tegen de hoogte, van de grond tot 100 km100\,\mathrm{km}, in de standaardatmosfeer (een gemiddelde voor de gematigde breedten). De vier lagen zijn ingekleurd; de groene balk geeft de hoogte van de ozonlaag aan.

Definitie 23.1 (De lagen van de atmosfeer)

Van de grond af naar boven is de atmosfeer verdeeld in vier lagen, naar de manier waarop haar temperatuur met de hoogte verandert:

  • de troposfeer, waar de temperatuur met de hoogte daalt en waar bijna al het weer zich afspeelt; haar bovengrens is de tropopauze;
  • de stratosfeer, waar de temperatuur met de hoogte stijgt, tot ongeveer 50 km50\,\mathrm{km};
  • de mesosfeer, waar de temperatuur weer daalt, tot ongeveer 85 km85\,\mathrm{km};
  • de thermosfeer, waar de heel ijle lucht met de hoogte steeds heter wordt.

De troposfeer bevat ongeveer 99 % van de waterdamp van de atmosfeer, dus vormen bijna alle wolken, regen en sneeuw zich daarin. Haar lucht wordt voortdurend omgewoeld. De bovenkant van de troposfeer ligt niet overal op dezelfde hoogte: de tropopauze ligt het hoogst boven de evenaar, waar ze 20 km20\,\mathrm{km} kan bereiken, en het laagst boven de polen, waar ze in de winter tot 7 km7\,\mathrm{km} kan zakken. Ze ligt ook hoger in de zomer dan in de winter. In de standaardatmosfeer, een gemiddelde voor de gematigde breedten, ligt ze op 11 km11\,\mathrm{km}.

Definitie 23.2 (Verticale temperatuurgradiënt)

De verticale temperatuurgradiënt is de snelheid waarmee de temperatuur van de lucht in de troposfeer met de hoogte daalt, in graden Celsius per kilometer. Hij verandert van dag tot dag en van plaats tot plaats; de standaardatmosfeer gebruikt een gemiddelde van 6.5∘C6.5{}^{\circ}\mathrm{C} per kilometer.

Methode 23.3 (Een temperatuurprofiel lezen)

  1. Zoek de hoogte op de verticale as en ga horizontaal naar de kromme; lees de temperatuur eronder af.
  2. Waar de kromme naar boven toe naar links helt, koelt de lucht af met de hoogte; waar ze naar rechts helt, warmt de lucht op met de hoogte; waar ze verticaal staat, verandert de temperatuur niet.
  3. De grenzen tussen de lagen liggen waar de kromme van richting verandert.

Voorbeeld 23.4 (Een lijnvliegtuig op kruishoogte)

Een lijnvliegtuig vliegt op 11 km11\,\mathrm{km}, bij de tropopauze. Op het profiel is de temperatuur daar ongeveer −56∘C-56{}^{\circ}\mathrm{C}. Met de temperatuurgradiënt: vanaf 15∘C15{}^{\circ}\mathrm{C} op zeeniveau koelt de lucht 6.5×11=71.56.5 \times 11 = 71.5 graden af, wat 15−71.5=−56.5∘C15 - 71.5 = -56.5{}^{\circ}\mathrm{C} geeft. Op de drukkromme is de druk ongeveer 227 hPa227\,\mathrm{hPa}, minder dan een kwart van de druk op de grond: de cabine moet onder druk worden gezet.

Boven de tropopauze, in de stratosfeer, vinden lijnvliegtuigen een rustiger vlucht: de lucht daar wordt met de hoogte warmer, dus wordt ze niet van onderaf omgewoeld. In de mesosfeer verbranden de meeste meteoren, en aan haar bovenkant, rond 86 km86\,\mathrm{km}, bevindt zich de koudste lucht van de hele atmosfeer, ongeveer −86∘C-86{}^{\circ}\mathrm{C}. In de thermosfeer verhitten de röntgenstraling en het ultraviolette licht van de Zon de heel ijle lucht tot honderden, soms duizenden graden; toch is er zo weinig lucht dat ze niet warm zou aanvoelen. Veel satellieten draaien daar om de Aarde.

23.4 De ozonlaag

De stratosfeer wordt met de hoogte warmer omdat ze een deel van het zonlicht absorbeert. Het gas dat het meeste daarvan doet, is ozon, een vorm van zuurstof (de scheikunde ervan staat in de scheikundeboeken).

Definitie 23.5 (Ozonlaag)

De ozonlaag is het deel van de stratosfeer, tussen ongeveer 16 km16\,\mathrm{km} en 48 km48\,\mathrm{km}, waar ongeveer 90 % van het ozon van de atmosfeer zit. Ze absorbeert het grootste deel van het schadelijke ultraviolette licht van de Zon.

Zelfs in de ozonlaag is ozon zeldzaam: maar 1 tot 10 moleculen op een miljoen. Toch houdt het samen met zuurstof tussen 95 % en 99.9 % tegen van het ultraviolette licht dat de Aarde bereikt, ook de schadelijkste soorten. De energie die het absorbeert, wordt omgezet in warmte; daarom stijgt de temperatuur door de stratosfeer heen. Zonder de ozonlaag zou het ultraviolette licht dat de grond bereikt levende wezens schaden.

In het veld — De weerballonnen volgen

Weerdiensten publiceren de metingen van hun radiosondes, vaak als een diagram van de temperatuur tegen de hoogte voor elke lancering. Zoek samen met een volwassene de peilingen op van het station dat het dichtst bij je ligt, gedaan om 00.00 of 12.00 uur UTC. Zoek de hoogte waar de temperatuur stopt met dalen: dat is de tropopauze op die dag. Vergelijk een peiling in de winter met een in de zomer.

23.5 Oefeningen

Oefening 23.1 ★

Koppel elke laag aan haar beschrijving: troposfeer; stratosfeer; mesosfeer; thermosfeer. (a) De temperatuur stijgt met de hoogte en de ozonlaag bevindt zich daar. (b) Bijna al het weer speelt zich daar af. (c) De koudste lucht van de atmosfeer bevindt zich aan de bovenkant ervan. (d) De heel ijle lucht wordt tot honderden graden verhit; veel satellieten draaien daar.

Oplossing

Oplossing van Oefening 23.1.

(a) stratosfeer; (b) troposfeer; (c) mesosfeer; (d) thermosfeer.

Oefening 23.2 ★

Gebruik het temperatuurprofiel van de standaardatmosfeer. (a) Wat is de temperatuur op zeeniveau? (b) Op 11 km11\,\mathrm{km}? (c) Op 50 km50\,\mathrm{km}? (d) Op 86 km86\,\mathrm{km}? (e) Tussen welke hoogten verandert de temperatuur niet?

Oplossing

Oplossing van Oefening 23.2.

(a) 15∘C15{}^{\circ}\mathrm{C}. (b) Ongeveer −56∘C-56{}^{\circ}\mathrm{C}. (c) Ongeveer −3∘C-3{}^{\circ}\mathrm{C}. (d) Ongeveer −86∘C-86{}^{\circ}\mathrm{C}. (e) Van 11 km11\,\mathrm{km} tot ongeveer 20 km20\,\mathrm{km} (en over een paar kilometer rond 50 km50\,\mathrm{km} en net boven 86 km86\,\mathrm{km}).

Oefening 23.3 ★

Waar of niet waar? Verbeter de onware zinnen. (a) De temperatuur van de lucht daalt altijd met de hoogte. (b) De helft van alle lucht ligt onder ongeveer 5.5 km5.5\,\mathrm{km}. (c) De ozonlaag bevindt zich in de troposfeer. (d) De tropopauze ligt boven de evenaar hoger dan boven de polen.

Oplossing

Oplossing van Oefening 23.3.

(a) Niet waar: ze daalt in de troposfeer, stijgt in de stratosfeer, daalt in de mesosfeer en stijgt weer in de thermosfeer. (b) Waar. (c) Niet waar: ze bevindt zich in de stratosfeer. (d) Waar.

Oefening 23.4 ★

In welke laag bevindt elk van deze zich? (a) Een regenwolk. (b) Een lijnvliegtuig op 12 km12\,\mathrm{km}. (c) Een weerballon vlak voordat hij knapt, op 32 km32\,\mathrm{km}. (d) Een meteoor die op 75 km75\,\mathrm{km} verbrandt.

Oplossing

Oplossing van Oefening 23.4.

(a) De troposfeer. (b) De stratosfeer (in de standaardatmosfeer ligt de tropopauze op 11 km11\,\mathrm{km}). (c) De stratosfeer. (d) De mesosfeer.

Oefening 23.5 ★★

Op een zomerdag is het op zeeniveau 20∘C20{}^{\circ}\mathrm{C}. Stel dat de lucht 6.5∘C6.5{}^{\circ}\mathrm{C} per kilometer afkoelt. (a) Wat is de temperatuur op 2 km2\,\mathrm{km}? (b) Op 3 km3\,\mathrm{km}? (c) Op ongeveer welke hoogte bereikt de lucht 0∘C0{}^{\circ}\mathrm{C}? Rond af op één decimaal.

Oplossing

Oplossing van Oefening 23.5.

(a) 20−6.5×2=20−13=7∘C20 - 6.5 \times 2 = 20 - 13 = 7{}^{\circ}\mathrm{C}. (b) 20−6.5×3=20−19.5=0.5∘C20 - 6.5 \times 3 = 20 - 19.5 = 0.5{}^{\circ}\mathrm{C}. (c) De lucht moet 20 graden afkoelen: 20÷6.5≈3.120 \div 6.5 \approx 3.1, dus op ongeveer 3.1 km3.1\,\mathrm{km}.

Oefening 23.6 ★★

Een berghut staat op 3000 m3000\,\mathrm{m}. Een wandelaar vertrekt uit een dorp op 500 m500\,\mathrm{m}, waar het 18∘C18{}^{\circ}\mathrm{C} is. Met een temperatuurgradiënt van 6.5∘C6.5{}^{\circ}\mathrm{C} per kilometer: (a) Hoeveel kilometer klimt de wandelaar? (b) Hoeveel graden koelt de lucht af? (c) Welke temperatuur kan de wandelaar bij de hut verwachten?

Oplossing

Oplossing van Oefening 23.6.

(a) 3−0.5=2.5 km3 - 0.5 = 2.5\,\mathrm{km}. (b) 6.5×2.5=16.256.5 \times 2.5 = 16.25: ongeveer 16 graden. (c) 18−16.25≈2∘C18 - 16.25 \approx 2{}^{\circ}\mathrm{C}.

Oefening 23.7 ★★

Stel dat de druk elke 5.5 km5.5\,\mathrm{km} halveert, te beginnen met 1000 hPa1000\,\mathrm{hPa} op zeeniveau. (a) Wat is de druk op 5.5 km5.5\,\mathrm{km}? Op 11 km11\,\mathrm{km}? Op 16.5 km16.5\,\mathrm{km}? (b) De standaardatmosfeer geeft op deze drie hoogten ongeveer 506 hPa506\,\mathrm{hPa}, 227 hPa227\,\mathrm{hPa} en 96 hPa96\,\mathrm{hPa} (bij 1013 hPa1013\,\mathrm{hPa} op zeeniveau). Is de halveringsregel goed dicht bij de grond? En hoger?

Oplossing

Oplossing van Oefening 23.7.

(a) 500 hPa500\,\mathrm{hPa}, 250 hPa250\,\mathrm{hPa} en 125 hPa125\,\mathrm{hPa}. (b) Dicht bij de grond is de regel goed (500 hPa500\,\mathrm{hPa} tegenover 506 hPa506\,\mathrm{hPa}). Hoger geeft hij te veel: 250 hPa250\,\mathrm{hPa} tegenover 227 hPa227\,\mathrm{hPa}, en 125 hPa125\,\mathrm{hPa} tegenover 96 hPa96\,\mathrm{hPa}. De halveringsregel is maar een ruwe leidraad.

Oefening 23.8 ★★

Op zeeniveau is de druk ongeveer 1000 hPa1000\,\mathrm{hPa}, dat is 10310^3 hPa. (a) Op 30 km30\,\mathrm{km} is hij ongeveer 10 hPa10\,\mathrm{hPa}. Schrijf dit als een macht van tien, en zeg hoeveel keer kleiner hij is dan op zeeniveau. (b) Op 80 km80\,\mathrm{km} is hij ongeveer 0.01 hPa0.01\,\mathrm{hPa}. Schrijf dit als een macht van tien. (c) Hoeveel keer kleiner dan op zeeniveau is hij?

Oplossing

Oplossing van Oefening 23.8.

(a) 10 hPa=10110~\text{hPa} = 10^1 hPa; 103÷101=10210^3 \div 10^1 = 10^2: honderd keer kleiner. (b) 0.01 hPa=10−20.01~\text{hPa} = 10^{-2} hPa. (c) 103÷10−2=10510^3 \div 10^{-2} = 10^5: honderdduizend keer kleiner.

Oefening 23.9 ★★

Een weerballon is bij de lancering 1.5 m1.5\,\mathrm{m} in doorsnee en 6 m6\,\mathrm{m} als hij knapt. (a) Hoeveel keer breder is hij als hij knapt? (b) Leg uit waarom hij opzwelt terwijl hij stijgt. (c) Waarom hangen weerdiensten er een parachute onder?

Oplossing

Oplossing van Oefening 23.9.

(a) 6÷1.5=46 \div 1.5 = 4 keer breder. (b) Terwijl hij stijgt, drukt de lucht eromheen steeds minder hard, dus zet het gas binnenin uit en groeit de ballon tot zijn wand scheurt. (c) Nadat de ballon is geknapt, remt de parachute de val van de radiosonde af, zodat die niemand verwondt en niets beschadigt.

Oefening 23.10 ★★

De tropopauze kan boven de evenaar 20 km20\,\mathrm{km} bereiken en boven de polen in de winter tot 7 km7\,\mathrm{km} zakken. (a) Hoeveel keer dikker is de troposfeer boven de evenaar in dit geval? Rond af op één decimaal. (b) Op het standaardprofiel ligt de tropopauze op 11 km11\,\mathrm{km}. Ligt de standaardatmosfeer dichter bij die van de evenaar of bij die van de polen? (c) Een piloot vliegt van een poolgebied naar de evenaar op een vaste hoogte van 10 km10\,\mathrm{km}. Bevindt het vliegtuig zich aan het begin (in de winter) in de troposfeer of in de stratosfeer? En aan het eind?

Oplossing

Oplossing van Oefening 23.10.

(a) 20÷7≈2.920 \div 7 \approx 2.9 keer dikker. (b) Dichter bij die van de polen: 11 km11\,\mathrm{km} ligt 4 km4\,\mathrm{km} boven 7 km7\,\mathrm{km} maar 9 km9\,\mathrm{km} onder 20 km20\,\mathrm{km} (het profiel beschrijft de gematigde breedten, niet de evenaar). (c) Aan het begin ligt de tropopauze op ongeveer 7 km7\,\mathrm{km}, onder het vliegtuig: het vliegtuig bevindt zich in de stratosfeer. Aan het eind ligt de tropopauze op ongeveer 20 km20\,\mathrm{km}: het vliegtuig bevindt zich in de troposfeer.

Oefening 23.11 ★★★

Het deel van alle lucht dat onder een bepaalde hoogte ligt, is 1−p÷p01 - p \div p_0, waarbij pp de druk op die hoogte is en p0=1013 hPap_0 = 1013\,\mathrm{hPa} de druk op zeeniveau. (a) Op 5.5 km5.5\,\mathrm{km} is p≈506 hPap \approx 506\,\mathrm{hPa}: welk deel van de lucht ligt eronder? (b) Op 11 km11\,\mathrm{km} is p≈227 hPap \approx 227\,\mathrm{hPa}. (c) Op 30 km30\,\mathrm{km} is p≈12 hPap \approx 12\,\mathrm{hPa}. Geef de antwoorden in procenten, in hele getallen. (d) Welk deel van de lucht ligt boven 30 km30\,\mathrm{km}?

Oplossing

Oplossing van Oefening 23.11.

(a) 1−506÷1013≈0.501 - 506 \div 1013 \approx 0.50: 50 %. (b) 1−227÷1013≈0.781 - 227 \div 1013 \approx 0.78: 78 %. (c) 1−12÷1013≈0.991 - 12 \div 1013 \approx 0.99: 99 %. (d) Ongeveer 1 %.

Oefening 23.12 ★★★

Een schoolglobe is 30 cm30\,\mathrm{cm} in doorsnee, dus zijn straal, 15 cm15\,\mathrm{cm}, staat voor de straal van de Aarde, 6371 km6371\,\mathrm{km}. (a) Voor hoeveel kilometer staat 1 cm1\,\mathrm{cm} op de globe? Rond af op een hele kilometer. (b) Hoe dik, in millimeter, zou de atmosfeer tot 100 km100\,\mathrm{km} op deze globe zijn? (c) En de troposfeer, die 11 km11\,\mathrm{km} dik is? (d) Een vel papier is ongeveer 0.1 mm0.1\,\mathrm{mm} dik. Hoeveel vellen zouden de troposfeer van de globe vormen?

Oplossing

Oplossing van Oefening 23.12.

(a) 6371÷15≈4256371 \div 15 \approx 425 km per centimeter. (b) 100÷425≈0.24100 \div 425 \approx 0.24 cm, ongeveer 2.4 mm2.4\,\mathrm{mm}. (c) 11÷425≈0.02611 \div 425 \approx 0.026 cm, ongeveer 0.26 mm0.26\,\mathrm{mm}. (d) 0.26÷0.1≈2.60.26 \div 0.1 \approx 2.6: twee of drie vellen papier.

23.6 Probleem: Een weerballon volgen

Probleem 23.1

Weekendprobleem — een weerballon stijgt door de atmosfeer; zijn temperaturen tonen de lagen, en zijn drukken tonen waar nog een kwart van de druk op zeeniveau over is

Een radiosonde wordt opgelaten vanaf een station op zeeniveau. De ballon stijgt met ongeveer 300 m300\,\mathrm{m} per minuut. De tabel geeft de druk en de temperatuur die de sonde meet (de waarden van de standaardatmosfeer, afgerond).

hoogte (km)02468101214
druk (hPa)1013795617472357265194142
temperatuur (∘^\circC)152−11-11−24-24−37-37−50-50−56-56−56-56
hoogte (km)1618202224262830
druk (hPa)10476554030221612
temperatuur (∘^\circC)−56-56−56-56−56-56−55-55−53-53−51-51−49-49−47-47

Deel I — De klim.

  1. Hoeveel meter stijgt de ballon in 10 minuten?
  2. Hoe lang doet hij erover om 6 km6\,\mathrm{km} te bereiken? En 30 km30\,\mathrm{km}?
  3. De ballon knapt op 30 km30\,\mathrm{km}. Hoe lang heeft de vlucht geduurd, in uren en minuten?
  4. Noem de laag waarin de ballon zich op 8 km8\,\mathrm{km} bevindt, en de laag waarin hij zich bevindt als hij knapt.

Deel II — De temperatuur.

  1. Hoeveel graden daalt de temperatuur tussen de grond en 10 km10\,\mathrm{km}?
  2. Wat is de temperatuurgradiënt in graden per kilometer in dit deel van de klim?
  3. Tussen welke hoogten blijft de temperatuur gelijk? Waar ligt de tropopauze?
  4. Wat gebeurt er met de temperatuur boven 20 km20\,\mathrm{km}? Welk gas verklaart dat?

Deel III — De druk.

  1. Wat is de helft van de druk op zeeniveau? Tussen welke hoogten wordt die bereikt?
  2. Wat is een kwart van de druk op zeeniveau? Rond af op een hele hectopascal.
  3. Tussen welke twee hoogten van de tabel wordt dit kwart bereikt?
  4. De druk daalt tussen 10 km10\,\mathrm{km} en 12 km12\,\mathrm{km} met 71 hPa71\,\mathrm{hPa}. Op ongeveer welke hoogte is de druk een kwart van zijn waarde op zeeniveau, als je aanneemt dat hij gelijkmatig daalt? Rond af op één decimaal.
Oplossing

Oplossing van Probleem 23.1.

1. 300×10=3000300 \times 10 = 3000 m.

2. 6000÷300=206000 \div 300 = 20 minuten; 30 000÷300=10030\,000 \div 300 = 100 minuten.

3. 100 minuten, dat is 1 uur en 40 minuten.

4. Op 8 km8\,\mathrm{km}: de troposfeer (de temperatuur daalt nog). Op 30 km30\,\mathrm{km}: de stratosfeer.

5. 15−(−50)=6515 - (-50) = 65 graden.

6. 65÷10=6.5∘C65 \div 10 = 6.5{}^{\circ}\mathrm{C} per kilometre.

7. Van 12 km12\,\mathrm{km} tot 20 km20\,\mathrm{km} blijft ze −56∘C-56{}^{\circ}\mathrm{C}. De afkoeling stopt tussen 10 km10\,\mathrm{km} en 12 km12\,\mathrm{km}: de tropopauze ligt op ongeveer 11 km11\,\mathrm{km}.

8. Ze stijgt: −55∘C-55{}^{\circ}\mathrm{C} op 22 km22\,\mathrm{km}, −47∘C-47{}^{\circ}\mathrm{C} op 30 km30\,\mathrm{km}. De ballon bevindt zich in de stratosfeer, die wordt opgewarmd door het ozon dat het ultraviolette licht van de Zon absorbeert.

9. 1013÷2≈507 hPa1013 \div 2 \approx 507\,\mathrm{hPa}; die wordt bereikt tussen 4 km4\,\mathrm{km} (617 hPa617\,\mathrm{hPa}) en 6 km6\,\mathrm{km} (472 hPa472\,\mathrm{hPa}).

10. 1013÷4≈253 hPa1013 \div 4 \approx 253\,\mathrm{hPa}.

11. Tussen 10 km10\,\mathrm{km} (265 hPa265\,\mathrm{hPa}) en 12 km12\,\mathrm{km} (194 hPa194\,\mathrm{hPa}).

12. Vanaf 10 km10\,\mathrm{km} moet de druk nog 265−253=12265 - 253 = 12 hPa dalen, van de 71 hPa die hij over 2 km verliest: 12÷71×2≈0.3412 \div 71 \times 2 \approx 0.34 km. De druk is een kwart van zijn waarde op zeeniveau op ongeveer 10.3 km10.3\,\mathrm{km}.

本章定义的术语

在术语表中查看全部 957 个术语