Zee-ijs en energie.

[Gerben]

Vul hier je reactie in...

Nu wel gelukt. Dank je voor de uitleg Gerard. Vorige keer toch iets verkeerd gedaan.

[Gerben]

Ik kreeg het volgende antwoord op mijn vraag. Wordt vervolgd.

I am very sorry for the long delay in response. I finally got an response from one of our scientists regarding your question. The scientist said "Given that he went to the trouble of do calculations, I'd like to give a more quantitative answer." As a result, it took him a bit of time to compose a response. Here is what he said:


Thank you for your interesting question. I am sorry that it has taken
some time to get back to you. I am not sure I can give a complete
answer to your question but I can, hopefully, provide some further insight.

I don't think there is an energy imbalance in the melt-freeze cycle
because energy has to be conserved. I've tried to explain why this is
below.

I think the way to think about this is that the system is not only the
ice that is melted or formed but also the column of ocean water from
which this ice is formed, as well as the atmospheric column above it.

If you imagine a container of sea water that is insulated on the sides
and bottom and which has some heating/cooling plate on the top. This
plate simulates the transfers of energy between the atmosphere and
ocean. The simple system as a whole represents the ocean-atmosphere
system. To begin with, the system contains a well-mixed solution of
fresh water and dissolved salts.

To start with we cool the container - this is akin to fall-winter in the
Arctic. The sea water starts to cool until it reaches the freezing
point (about -1.8C). At this point, sea ice starts to form. Unlike
fresh water ice, sea ice is a mixture of fresh water ice and brine (a
solution of fresh water and dissolved salts). So the container now has
fresh water ice, liquid fresh water and dissolved salts. If cooling
continues more ice forms on the underside of the existing ice cover, the
existing ice also cools as does the temperature of the brine in the ice.
The sea water stays at the freezing point (-1.8C).

Through time, some of the brine is rejected from the ice by gravity
drainage and other mechanisms, freshening the sea ice but adding salt
and energy to the underlying sea water. If we stopped cooling the
container but brine rejection continued, the ice would freshen, and lose
mass and energy to the sea water but the total energy of the system
would not change from the point we stopped cooling.

If we then add the same amount of energy to the container as we took
out, the almost fresh sea ice will melt, leaving fresh water on the
surface. The energy content of the system will be the same as we
started with but the profiles of temperature and salinity (the amount of
salt in the water) and, therefore, the distribution of energy will be
different.

An alternative way to think about this is that freezing a kilo of sea
water produces some fresh water ice and some brine, which we call sea
ice. To melt this sea ice you have to warm both the ice and brine, and
melt it. The amount of energy to do this should be the same as the
energy you took out, assuming you don't get rid of any mass of ice,
water or brine. So to answer your first question, the energy difference
is accounted for by cooling or heating the brine.

There have been a number of mechanisms proposed to explain the greater
warming rate ain the Arctic, including increased transport of heat from
lower latitudes in the atmosphere or oceans and the ice-albedo feedback
mechanism.

The prime candidate is the ice-albedo feedback mechanism. Our All About
Sea Ice pages discuss this mechanism.

http://nsidc.org/cryosphere/seaice/environment/global_climate.html


I hope you find this answer helpful, but please let us know if you have further questions. Again, I apologize for the delay.

Cheers,
Lisa

[Karel]

Een energiebalans is interessant, maar niet direct beschikbaar.

[Gerben]

Een energiebalans is interessant, maar niet direct beschikbaar.

Is zeker interessant. Testje gedaan. Zout water smelt sneller dan dan zoet water en het duurt langer dat zout water bevriest. Het smelten en bevriezen van zeewater genereert warmte. Vermoedelijk doet het koelen en opwarmen van gewoon zeewater dat ook. In principe heb je een oneindige bron van schone energie!
Kom er op terug. Heb het nogal druk en wacht op antwoord van NSIDC

[Adrie]

Vul hier je reactie in...

Een energiebalans is interessant, maar niet direct beschikbaar.

Is zeker interessant. Testje gedaan. Zout water smelt sneller dan dan zoet water en het duurt langer dat zout water bevriest. Het smelten en bevriezen van zeewater genereert warmte. Vermoedelijk doet het koelen en opwarmen van gewoon zeewater dat ook. In principe heb je een oneindige bron van schone energie!
Kom er op terug. Heb het nogal druk en wacht op antwoord van NSIDC

Hier heb je geen antwoord van NSIDC voor nodig, want wat je hier boven stelt is, neem me niet kwalijk, een misconceptie. De energiebalans van smelten en bevriezen (en dat geldt ook voor opwarmen en afkoelen) is nul, zoals de bewuste Lisa ook al antwoordt. Het smelten van water kost evenveel warmte als het bevriezen van dezelfde hoeveelheid, en dat geldt ook voor zeewater, mits het systeem gesloten is (het mengsel van uitgevroren zout blijft bij het minder zoute ijs). Lokaal hoeft het systeem niet gesloten te zijn (het uitgevroren zout kan met de stroming verdwijnen), maar mondiaal is het dat wel.
Als ergens energie aan te onttrekken valt, betekent dat altijd dat er eerst energie ingestopt is. Op de aarde zijn er 3 primaire energiebronnen: zon, getijwerking en verval van radioactieve isotopen. ("kernenergie") Alle andere energie-omzettingen zijn daarop terug te voeren. Alle energiestromen ontstaan bovendien doordat op de ene plaats meer energie is dan op de andere. Die verschillen worden op de aarde in stand gehouden doordat de evenaar sterker verwarmd wordt dan de pool en doordat het binnenste van de aarde warmer is dan het oppervlak agv het radioactief verval icm de bolvorm. Bij het getij is er energieomzetting als gevolg van wrijving. Daardoor verdwijnt energie uit het maan-aarde-zon systeem en verwijdert de maan zich heel langzaam steeds verder van de aarde en de aarde van de zon.

[Gerben]

Adrie zegt:
"Hier heb je geen antwoord van NSIDC voor nodig, want wat je hier boven stelt is, neem me niet kwalijk, een misconceptie. De energiebalans van smelten en bevriezen (en dat geldt ook voor opwarmen en afkoelen) is nul, zoals de bewuste Lisa ook al antwoordt. Het smelten van water kost evenveel warmte als het bevriezen van dezelfde hoeveelheid, en dat geldt ook voor zeewater, mits het systeem gesloten is (het mengsel van uitgevroren zout blijft bij het minder zoute ijs)."

Maar op aarde is er een open atmosferisch systeem. Processen kunnen kou of warmte afgeven aan de atmosfeer, bodem, water etc., etc.
De energiebalans van zuiver zoet water is nul, maar zeewater is een onzuivere stof. Dat bevat zout, organische stoffen, anorganische stoffen, plankton etc. Zeewater bevat dus veel meer atoompjes en die hebben de eigenschap om te bewegen. Bij meer beweging duurt ook langer om af te koelen, terwijl door de eigenschap van atoompjes het water sneller opwarmt. Dan kan je spreken van een onbalans en niet alleen bij een faseovergans van vast naar vloeibaar of andersom, maar ook bij het koelen en opwarmen van gewoon zeewater.
Het koelen van zeewater genereert energie!

Bij de 3 primaire energiebronnen zou ik ook wind (luchtdruk) toevoegen.

[Gerben]

Adrie zegt:
" (het mengsel van uitgevroren zout blijft bij het minder zoute ijs)."

Daar ben ik het niet mee eens. Bij bevriezing wordt het zeewater steeds kouder en zouter om uiteindelijk als een zware zoute oplossing naar de diepten te verdwijnen. Zie het als een soort van waterval onder water en waarschijnlijk 1 van de motoren van zeestromingen.

[Gerben]

http://www.knmi.nl/cms/content/108813/ijs_op_noordpool_bereikt_laagterecord

"Zeeijs kaatst 80 procent van het zonlicht terug naar de ruimte, terwijl zeewater 90 procent van de zonnewarmte absorbeert en daarmee sterk bijdraagt aan het verdere afsmelten van zeeijs. IJs op zee wordt verder uit elkaar gedreven door de wind en meegevoerd door zeestromingen."

In de tropen zal het zeewater vast 90% van het zonlicht absorberen, maar niet in het Noordpoolgebied. Daar, als zo rond eind juli het zeeijs zich terugtrekt staat de zon al weer lager aan de hemel. Eind augustus staat de zon nog maar net boven de horizon.
Het absorberen van warmte zal door de lage zonnestand en de langere reis door de atmosfeer veel lager zijn. De aarde is nagenoeg een bol dus naar alle waarschijnlijkheid zal het albedo van het zeewater in het Noordpoolgebied veel hoger zijn door de lage stand van de zon.

[Oud-forumlid]

Bij de 3 primaire energiebronnen zou ik ook wind (luchtdruk) toevoegen.

Nee, luchtdruk (=luchtdrukverschillen!) is een gevolg van luchtbewegingen, die op hun beurt worden aangedreven door temperatuurverschillen. Ergo: "Luchtdruk" is een afgeleide van zonne-energie.

Er zijn, zoals Adrie al opmerkte, 3 energievormen op deze planeet. Zonne-energie - resource base ca. 120000 TeraWatt, Aardwarmte (= restwarmte in onze planeet + radio-activiteit) - resource base ca. 45 TeraWatt, en getijde energie (voorkomend uit de energie die in de Aardrotatie zit) - resource base ca. 3 TeraWatt. Om een idee te krijgen: Het primaire energieverbruik van de mensheid was in 2013 gemiddeld over het jaar ca. 18 TeraWatt.(•)

Alleen zonne-energie (en z'n spin-offs als wind en zeestromen) is werkelijk relevant als fundamentele aandrijver van ons weer.

Adrie zegt: " (het mengsel van uitgevroren zout blijft bij het minder zoute ijs)." Daar ben ik het niet mee eens. Bij bevriezing wordt het zeewater steeds kouder en zouter om uiteindelijk als een zware zoute oplossing naar de diepte te verdwijnen. Zie het als een soort van waterval onder water en waarschijnlijk 1 van de motoren van zeestromingen.

OOk dat ligt ingewikkelder. Zoutwater ijs bevat ook ingesloten pockets zeer zout water. Als je je ooit op zee-ijs waagt (ik heb dat bij Groenland in 1993, 1994 en 1996 ooit gedaan) moet je er rekening mee houden dat het, indien net gevormd, veel minder sterk is dan zoetwater ijs. Het gedraagt zich aanvankelijk wat sponsachtig.

En wat betreft het wegzinken van zout en koud zeewater: Dat gebeurt vooral tussen Spitsbergen en Groenland en in de buurt van New Foundland. Het is het gevolg van afkoeling van zeewater op open zee.

Mazzel & broge, Evert

(•) 1 TeraWatt = 10^12 Watt = 1 000 000 000 000 Watt

[Gerben]

Evert zegt:
"En wat betreft het wegzinken van zout en koud zeewater: Dat gebeurt vooral tussen Spitsbergen en Groenland en in de buurt van New Foundland. Het is het gevolg van afkoeling van zeewater op open zee."

We hebben ook nog een Zuidpool. Waarom zou dat vooral bij Spitsbergen/Groenland en New Foundland gebeuren? Natuurlijk blijft er zout achter in het ijs, maar het meeste zout verdwijnt als een pekelachtige substantie naar de diepten.

Het zout dat zich in het ijs bevindt zorgt er juist voor dat het zeeijs ook weer sneller smelt.
Vanaf ongeveer de 36e minuut in docu is te zien wat er gebeurt als het zeewater bevriest.

http://www.youtube.com/watch?v=38peWm76l-U