Geovidenskab A



Ny ordning

2018 - Vejledende opgavesæt 1



Varighed: 5 timer

Vejledning


Om disse vejledende opgaver

Nærværende opgaver er udarbejdet af en arbejdsgruppe for Undervisningsministeriet i foråret 2018. Opgaverne tjener som vejledning for undervisere i nye opgavetyper, som efter 2017-reformen kan forekomme ved de skriftlige prøver i geovidenskab A.

Første gang, der stilles opgavesæt efter læreplanerne i geovidenskab A ved 2017-reformen, er ved sommerterminen 2020. Nærværende eksempler og noter drejer sig altså alene om sæt, der stilles fra og med sommerterminen 2020.

Opgaverne illustrerer udelukkende nye opgavetyper, der kan blive stillet efter reformen 2017. Som man ser, indeholder opgaverne navnlig ny brug af digitale værktøjer, som det forventes, at eleverne møder i den daglige undervisning. Samlingen udgør altså ikke noget sædvanligt eksamenssæt.

Eksamenssættene efter reformen vil kunne indeholde et mindre antal opgaver som illustreret med nærværende eksempler med fx særlige krav til digitale kompetencer. Hovedparten af opgaverne i eksamenssættene vil være opgaver, som også kunne stilles i opgavesæt før 2017-reformen. Vejledning heri fås ved at se de første vejledende sæt og hidtil stillede prøvesæt i geovidenskab A. Undervisere kan hente disse sæt på materialeplatform.emu.dk.


Hjælpemidler der kræver internet er ikke tilladt. Alle øvrige hjælpemidler er tilladt.
Følgende hjælpemidler forudsættes:
Databog fysik kemi (F&K Forlaget), 6. udgave (1992) eller senere udgave.
Atlas til anvendelse på gymnasialt niveau.

Generelle systemkrav (anbefalet minimum):
PC/Mac med en skærm med opløsning 800*600 pixels
Office 2016 skal være opdateret til seneste version.

Generelle softwarekrav til Linux (anbefalet minimum):
Ubunto 10.10 (Standard installation)

Specifikke softwarekrav til opgaven (anbefalet minimum):
Program der kan håndtere PDF-filer
Program der kan håndtere Excel 2003-filer
Q-GIS 2.8 eller nyere
Program der kan lave videoanalyse (eks. Logger Pro, Capstone eller PhysMo)
Program der kan opmåle arealer i fotos (eks. Logger Pro, Capstone eller ImageJ)
Generelt anbefales det at benytte nyeste software.



Opgaver


Dette vejledende opgavesæt består af 6 opgaver med tilsammen 18 spørgsmål. Et normalt opgavesæt vil bestå af 15 spørgsmål.
Svarene på de stillede spørgsmål indgår med samme vægt i vurderingen.
Der er 11 elektroniske bilag. Der linkes til de relevante bilag i opgaven. Disse kan også hentes som pakket fil her.

1. Vulkan ved Tonga

Der er tre elektroniske bilag til denne opgave. Disse hentes her.

December 2014 gik en undersøisk vulkan i udbrud nær øgruppen Tonga. Asken kom op i 9 kilometers højde og flytrafik måtte omdirigeres. Efter udbruddet var der dannet en ny ø hovedsageligt bestående af aske.

Bilag 1.1.qgs indeholder en QGIS-fil med satellitfotos før og efter udbruddet. Bilag 1.2.png
 
180132_bilag1_2 FØR 1 km EFTER 1 km
viser fotos før og efter som almindelig billedfil.

  a) Identificer den nye vulkan og opmål arealet af den nye vulkanske ø.


Under udbruddet slynges gas, sten og aske ud af vulkanen med en hastighed på 100 m/s.

  b) Beregn den maksimale højde en sten kan opnå, når den slynges ud af vulkanen. (Se bort fra luftmodstand).
Forklar hvorfor asken kan stige til 9 kilometers højde.

Figur 1: Vulkan i udbrud nær Tonga december 2014.


Øgruppen Tonga ligger på grænsen mellem to tektoniske plader. I bilag 1.3.qgs (se figur 2) er samlet data over: vulkaner, jordskælv og topografi for området. Bilag 1.3.qgs skal åbnes i QGIS.

  c) Benyt datasættet bilag 1.3.qgs til at bestemme typen af pladegrænse for området.
Benyt datasættet bilag 1.3.qgs til at vurdere i hvilken dybde magma dannes i området.


180132_figur_2_opg1 Lagpanel vulkaner Jordskælv 0 - 33 33 - 70 70 - 150 150 - 300 300 - 500 500 - 712 topografi Højde over havniveau / m 1000 0 -1000 -2000 -3000 -4000 -5000 -6000 -7000 -8000 -9000
Figur 2: Skærmbillede af data i QGIS som findes i bilag 1.3.qgs. Bemærk signaturforklaringen for topografi. Denne kan ikke ses i QGIS.




2. Feltarbejde i vandløb

Der er to elektroniske bilag til denne opgave. Disse hentes her.

I forbindelse med en feltekskursion til et vandløb, måles vandets evne til at rotere en propel ved to positioner. Filmen i bilag 2.1.mp4 viser en optagelse af målinger ved disse to positioner.
På figur 1 ses et repræsentativt udsnit af en bundprøve for position 2.

  a) Klassificer sedimenterne fra position 2 med hensyn til kornstørrelse.


180132_figur_1_opg2 5 mm
Figur 1: Sedimenter fra position 2.


For at propellen på strømmåleren kan dreje, skal modstanden fra vandet overkomme den indre friktion i propellen, Ffrik = 1,2 · 10-3 N. Propellens formfaktor cw er bestemt til at være 0,78.
Et billede af propellen set forfra er vedlagt som bilag 2.2.jpg
 
180132_bilag2_2 0 cm 1 2 3 4 5 6 7 8 9
.

  b) Bestem den mindste hastighed propelmåleren kan registrere.

180132_figur_2_opg2 Erosion, transport og aflejring i vandløb Ler Silt Finsand Groft sand Grus Sten Middelstrømhastighed cm/sek. 1000 100 10 1,0 0,1 Erosion Transport Aflejring 0,002 0,02 0,2 2 20 200 Kornstørrelse (diameter) i mm
Figur 2. Hjulstrømskurven.


Figur 2 viser ”Hjulstrømskurven”, hvorpå man kan se, om et givent sediment er under erosion, transport eller aflejring ved en given strømningshastighed.

For propellen gælder det, at sammenhængen mellem omdrejninger pr. minut, R og middelstrømnings-hastigheden, v, er:

v  =  (0,0854 · R + 5) 
cm
s

  c) Bestem, ud fra en analyse af videoen i bilag 2.1.mp4, middelstrømningshastigheden ved position 1.
Bestem hvilke sedimenter der forventes aflejret ved position 1.




3. Skovbrand i Portugal

Der er to elektroniske bilag til denne opgave. Disse hentes her.

Portugal var ramt af en række skovbrande i oktober 2017. På figur 1 ses satellitbilleder fra det berørte område før og under en af disse skovbrande.

180132_figur_1_opg3 2/10 2017 1 0 1 2 3 4 km 12/10 2017
Figur 1: Satellitbilleder af et område i Portugal taget 2. oktober 2017 (tv.) og 12 oktober 2017 (th.)


Bilag 3.1.qgs indeholder en QGIS-fil med satellitbillederne.
Bilag 3.2.png
 
180132_figur_1_opg3 2/10 2017 1 0 1 2 3 4 km 12/10 2017
indeholder satellitbillederne som almindelig billedfil.

  a) Opmål det afbrændte areal d. 12. oktober 2017.


Aktive skovbrande kan kortlægges fra satellit, da temperaturen i brandområdet er meget højere end det omgivende landskab.

En skovbrand har arealet 5,0 km2 og temperaturen 800 °C.

  b) Beregn effekten af den udsendte varmestråling.


En skovbrand opstår primært i områder, hvor vegetationen er udtørret. Tørke kan kortlægges fra satellit ved at måle sollysets refleksion.

På figur 2 ses refleksion af relevante overflader som funktion af bølgelængde.
Desuden er markeret to forskellige bånd (B8A og B11), som satellitten Sentinel 2 måler.

180132_figur_2_opg3 Grønt græs Vissent græs Trækul Reflektion i % 70 60 50 40 30 20 10 0 B8A B11 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Bølgelængde i mikrometer
Figur 2: Refleksion i procent for forskellige overfladetyper som funktion af bølgelængde.


Det såkaldte NDI-indeks er et mål for planters vandindhold. Grøn vegetation har et maksimalt NDI-indeks på 0,6.

NDI-indeks = 
B8A - B11
B8A + B11

Området på figur 1 kortlægges løbende af satellitten Sentinel 2. Tabel 1 viser den gennemsnitlige pixelværdi for henholdsvis bånd B8A og B11 til to tidspunkter.

  TID 1 TID 2
B8A 2165 2154
B11 1288 1808
Tabel 1: Gennemsnitlig pixelværdi for de to bånd til to forskellige tidspunkter.


  c) Beregn NDI-indekset for de to tidspunkter og vurder hvilket tidspunkt der er mest udsat for skovbrand.
Forklar ud fra figur 2, hvorfor bånd B8A og B11 er gode at benytte til at skelne udtørret vegetation fra grøn vegetation.




4. El-lastbil

Der er ét elektronisk bilag til denne opgave. Dette hentes her.

Figur 1: El-lastbilen Tesla Semi.


I 2017 blev verdens første serieproducerede el-lastbil lanceret: Tesla Semi. Lastbilen har en overraskende stor acceleration i forhold til konventionelle lastbiler.

I videoen vedhæftet som bilag 4.1.mp4 ses en Tesla Semi accelerere. Accelerationen kan antages at være konstant. Den samlede længde af lastbilen er 14,63 meter.

  a) Bestem den konstante acceleration af lastbilen i bilag 4.1.mp4.


Ifølge producenten er rækkevidden for el-lastbilen 800 km på en opladning. For at opnå en så stor rækkevidde er lastbilen udstyret med en stor batteripakke.

Gnidningskraften, som elmotoren skal overvinde under kørsel, kan i gennemsnit sættes til 4,0 kN. Batteripakken kan indeholde 0,80 MJ/kg. Nyttevirkning for batteri og elmotor er samlet set 85%.

  b) Beregn massen af batteripakken.


180132_figur_2_opg4 Lithiumreserve og årlig produktion Lithiumreserve Lithiumproduktion Lithiumreserve i millioner tons 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015 2017 2019 1,2 0,9 0,6 0,3 0 Lithiumproduktion i millioner tons År
Figur 2: Udvikling af lithiumreserven (venstre akse) og den årlige lithiumproduktion (højre akse).

I produktionen af batterier til elbiler, indgår betydelige mængder af råstoffet Lithium. Figur 2 viser en graf over udviklingen i årlig lithiumproduktion og den samlede lithiumreserve.

  c) Beskriv det overordnede forløb af graferne på figur 2 og giv en mulig forklaring på forløbet i perioden 2008-2012.




5. Vejrradar

Der er ét elektronisk bilag til denne opgave. Dette hentes her.

En vejrradar udsender hurtige pulse af mikrobølger med bølgelængden 3,2 cm. Når disse rammer nedbør vil de reflekteres. Ved at måle tidsforskellen mellem det udsendte og det modtagne signal kan afstanden bestemmes. Gøres dette i alle retninger kan et kort over nedbøren fremstilles (figur 2).

  a) Beregn frekvensen af den udsendte mikrobølgestråling.


I frit fald vil en regndråbe opnå en øvre hastighed vmax inden den rammer jorden. For små dråber kan sammenhængen mellem en vanddråbes diameter og den øvre hastighed beskrives ved følgende sammenhæng:

= 2 · 5 · 10 − 4 s 2 m

Figur 1: Vejrradar.
I videoen vedlagt som bilag 5.1.mp4 vises en række regndråber filmet med et højhastighedskamera. Videoen er optaget med 1000 billeder pr. sekund (1000 fps), hvilket svarer til 40x normal hastighed.

  b) Vis ved analyse af videoen (bilag 5.1.mp4) at en regndråbe har opnået konstant hastighed.
Bestem dråbestørrelsen.


Den 15. februar 2018 kl. 19.00 så nedbørsmønsteret over Danmark ud som vist på figur 2.
En prognose med nedbørsintensiteten for samme tidspunkt ses på figur 3.

  c) Beskriv og forklar fordelingen af nedbør samt nedbørstypen over Danmark den 15 feb. 2018 kl. 19.00.


180132_figur_2_opg5 NEDBØR TYPE DMI 15. februar 2018 kl. 19:00 Vis bynavne Let Moderat Kraftig Regn Let Moderat Kraftig Slud Let Moderat Kraftig Sne
Figur 2: Kort over nedbørstype og intensitet i området omkring Danmark. Kortet er baseret på vejrradarmålinger. I de mørke områder udenfor cirklerne er der ikke målinger.


180132_figur_3_opg5 Nedbør pr. time 985 990 995 1000 1005 1010 1015 1005 1015 1010 1010 1020 1020 1025 1025 DMI Torsdag 15. februar 2018 kl. 19:00 0,1 0,5 1 2 3 5 10 mm
Figur 3: Prognosen for nedbørsintensitet og isobarer baseret på DMIs vejrmodel d. 15 februar 2018 kl. 19.




6. Isbjerge

Der er ét elektronisk bilag til denne opgave. Dette hentes her.

Figur 1: Isbjerge flyder i havet. Kun en lille del stikker over havoverfladen.


Opvarmning af Arktis har ført til, at flere isbjerge fra gletsjere flyder ud i havet, hvor de smelter. Et isbjerg flyder med ca.10% over havoverfladen.

  a) Forklar hvorfor nogle isbjerge kun har 9% af deres volumen over havoverfladen.


Smeltende isbjerge har betydning for det globale havniveau - men også havets strømning.

For at undersøge dette udføres eksperimentet vist på figur 2: En farvet isterning af ferskvand kommes i to glas med henholdsvis 500 mL ferskvand og saltvand. Starttemperaturen for begge glas er 20,0 °C. Eksperimentet er filmet og vedlagt som bilag 6.1.mp4

180132_figur_2_opg6 00.29,23 Ferskvand Saltvand
Figur 2: Forsøgsopstilling.


  b) Forklar bevægelsen af vandet i de to glas imens isen smelter.
Skitser et temperaturprofil for hver af de to glas, når isen er smeltet.
Brug skabelonen i bilag 6.2.png
 
180132_figur6_2 Saltvand Højde Temperatur / °C Ferskvand Højde Temperatur / °C


Da isterningen i glasset med ferskvand er helt smeltet, måles temperaturen 14,0 °C.

  c) Estimer startmassen af isterningen i dette glas. Gør rede for dine antagelser.






Kildehenvisninger


Opgave 1:
https://www.telegraph.co.uk/news/worldnews/australiaandthepacific/tongafrenchpolynesia/5015547/Undersea-volcano-forms-new-island-near-Tonga.html (figur 1)

Opgave 2:
Geovidenskab i overblik udg. 2014, Fysikforlaget (figur 2)

Opgave 3:
European Space Agency (figur 1)

Opgave 4:
https://es.wikipedia.org/wiki/Cami%C3%B3n_Tesla (billede af Tesla Semi)
https://www.youtube.com/watch?v=Dfhq-2olImw (bilag 4.1)

Opgave 5:
http://mediad.publicbroadcasting.net/p/kbia/files/styles/x_large/public/201503/363045232_156b61d2ff_o.jpg (figur 1)
dmi.dk (figur 2 og 3)

Opgave 6:
https://i.pinimg.com/236x/7c/07/0f/7c070f60d5f11f631fab213a624461b2.jpg (figur 1)
http://i.dailymail.co.uk/i/pix/2013/04/22/article-2313025-196D77A7000005DC-980_968x642.jpg (figur 1)