Geovidenskab A



Ny ordning

Mandag den 31. maj 2021
kl. 09.00-14.00

Opgaver


Opgavesættet består af 5 opgaver med tilsammen 15 spørgsmål.
Svarene på de stillede spørgsmål indgår med samme vægt i vurderingen.

Der er 3 elektroniske bilag (bilag 1.1, bilag 4.1 og bilag 5.1).


Opgaverne

Opgave 1: Havisen i det arktiske område

Opgave 2: Trusler mod grundvandet på Tunø

Opgave 3: En meteorit?

Opgave 4: Jordskælv ved Kermadec-graven

Opgave 5: Power to X



Opgave 1: Havisen i det arktiske område


På figur 1 ses fordelingen af havis i det arktiske område for marts 2020.

  a) Beskriv og forklar fordelingen af havis langs breddegraden 70°N på figur 1.

80°N 70°N 60°N 50°N Signatur Havis
Figur 1: Udbredelse af havis i marts 2020.

Mængden af havis i det arktiske område mindskes som følge af stigende temperaturer. I bilag 1.1 ses udviklingen i volumen af den arktiske havis siden 1979.

  b) Lav en grafisk fremstilling af udviklingen i isens volumen (bilag 1.1).
Vurder, hvornår havisen er helt forsvundet sidst på sommeren i det arktiske område. Gør rede for dine antagelser.

Den del af havisen, der ligger over havniveau kan måles fra satellit ved hjælp af radarbølger (figur 2).

Satellit Radarbølger Over hav Gennemsnitlig tykkelse Under hav
Figur 2: Illustration af måling af havisens tykkelse ved hjælp af radarbølger udsendt fra satellit.

Overfladen af en isflage måles til at ligge 0,23 m over havoverfladen i gennemsnit. Isflagen har densiteten 910 kg/m3, og havvandet har densiteten 1030 kg/m3.

  c) Beregn den gennemsnitlige tykkelse af isflagen.




Opgave 2: Trusler mod grundvandet på Tunø


Mosen TUNØ Tunø By
Figur 1: Kort over Tunø.
Kun tekst på billedet, der er relevant for opgavebesvarelsen, er gjort tilgængelig for talesyntese


Tunø er en lille ø i det sydlige Kattegat. Det omgivende saltvand kan forurene øens grundvand, hvis der pumpes mere grundvand op, end der dannes. Oplysninger fra Tunø vandværks indvindingsopland findes i tabel 1.

Areal af indvindingsopland 8,6·104 m2
Grundvand der oppumpes 11·103 m3/år
Nettonedbør 200 mm/år
Samlet afstrømning væk fra indvindingsoplandet 0 mm/år
Tabel 1. Data fra Tunø vandværks indvindingsopland.

  a) Undersøg på baggrund af data i tabel 1, om der pumpes mere grundvand op, end der dannes.


Mosen A TUNØ B Tunø By Resistivitet (Ohm*m) 320 160 80 60 40 20 Målepunkter 500 m
Figur 2: Resultat af geoelektrisk undersøgelse (Wenner-profilering).
Kun tekst på billedet, der er relevant for opgavebesvarelsen, er gjort tilgængelig for talesyntese


I området omkring vandværkets indvindingsboringer er der udført geoelektriske undersøgelser af de øvre jordlag (Wenner-profilering). Resultatet er vist på figur 2.

  b) Vurder om grundvandet i området ved A eller B er bedst beskyttet mod nedsivende forurening fra overfladen. Begrund dit svar.


For at beskytte drikkevandet må der i fremtiden ikke spredes gødning indenfor en beskyttelseszone på 10 m omkring en indvindingsboring.

Hastigheden, v, hvormed grundvandet transporterer en forurening fx nitrat, kan beregnes ved formlen:

v = −
K/n
·
Δh/L

Hvor n er porøsiteten, K er sedimentets hydrauliske ledningsevne og Δh er højdeændringen i grundvandsspejlet over en afstand L.

Tunø Vandværk indvinder grundvand fra et lag af groft sand. Porøsiteten i området er 0,4 og grundvandsspejlet falder i området 1 m pr. 100 m ind mod boringen. Værdier for K kan aflæses på figur 3.

Løse sedimenter Marint ler Moræneler Silt Siltet sand Sand Grus K m/s 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 10-13 10-14
Figur 3: Den hydrauliske ledningsevne, K, for udvalgte sedimenter.
  c) Vurder, tiden det tager nitratforurenet grundvand at strømme igennem beskyttelseszonen til indvindingsboringen.




Opgave 3: En meteorit?


På den Antarktiske iskappe har forskere fundet en basalt, EETA 79001 (figur 1).

Basalt er almindelig på Jorden, men denne sten har en overflade, som tyder på, at den er en meteorit. Basalt er også almindelig på Mars og EETA 79001 kan derfor stamme fra Mars.

EETA 790001 indeholder mange små hulrum, der er fyldt med gas. Tabel 1 viser sammensætningen af denne gas og udvalgte atmosfærer.

Figur 1: Meteorit EETA 79001 har den for stenmeteoritter karakteristiske sorte skorpe. De lyse områder er steder, hvor skorpen er slået af.

Gas EETA 79001 (%) Mars atmosfære i dag (%) Jordens atmosfære i dag (%) Jordens atmosfære for 3 mia. år siden (%)
Ar
1,6
2,0
0,93
-
N2
5,0
6,3
78,08
70
CO2
89
79
0,04
20
Tabel 1: Sammensætning af hyppigst forekommende gasser i meteorit EETA 790001 samt udvalgte atmosfærer.

  a) Vurder, på baggrund af tabel 1, om EETA 79001 kan stamme fra Mars. Begrund dit svar.



Figur 2: Chelyabinsk-meteoren lyser kraftigt op på vej gennem atmosfæren d. 15. februar 2013.

Den 15. februar 2013 fløj en meteor tæt forbi et beboet område i Rusland (figur 2).

Mange indbyggere fik brandsår i ansigtet som følge af det kraftige lys, meteoren udsendte med lysstyrken 3,0·1014 W.

  b) Beregn intensiteten af lyset i afstanden 30 km fra meteoren.


Meget større himmellegemer som fx asteroiden 3122 Florence kredser i baner omkring Solen, hvor de potentielt kan ramme Jorden og forårsage global ødelæggelse. I 2017 passerede 3122 Florence tæt forbi Jorden som vist på figur 3.

Mars Solen Jorden 3122 Florence
Figur 3: Planetbaner og position for Mars, Jorden og asteroiden 3122 Florence i forbindelse med den tætte passage i 2017.
3122 Florence kredser om Solen i en elliptisk bane med længden af den halve storakse lig med 2,65·1011 m.

  c) Beregn omløbstiden og vurder om asteroiden udgør en trussel for Jorden i år.




Opgave 4: Jordskælv ved Kermadec-graven


I området omkring Kermadec-graven bevæger Stillehavspladen sig mod den Australske plade med farten 60 mm/år som angivet på figur 1. Øen Niuve ligger 300 km fra Kermadec graven.

  a) Beregn tiden der går, før øen Niuve har bevæget sig hen til Kermadec-graven, hvis bevægelsen fortsætter som nu.


N Niuve 60 mm/år Kermadec-graven 500 km
Figur 1: Kermadec graven i Stillehavet og øen Niuve.


Den 18. juni 2020 indtræf et kraftigt jordskælv ved Kermadec-graven i Stillehavet.
Figur 2 viser et seismogram med P-bølger og S-bølger for jordskælvet fra en seismisk station på Kermadec-øerne. P-bølger har farten 6,7 km/s, mens S-bølgen har farten 3,8 km/s.

  b) Vurder ud fra figur 2 afstanden fra den seismiske station til jordskælvets epicenter.

Seismogram Hastighed i nordlig retning i mm/s 20 5 15 ¨10 0 -10 -5 -15 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Tid i sekunder
Figur 2: Seismogram for jordskælvet d. 18/6 2020. Kun den del af seismogrammet, der viser P- og S-bølger, er vist.


Når de seismiske bølger ankommer, får det en føler til at bevæge sig. Seismografen måler hastigheden af denne bevægelse som funktion af tiden. I bilag 4.1 er vedlagt et udsnit af seismogrammet.

  c) Beregn ud fra data i bilag 4.1 seismografens maksimale acceleration.




Opgave 5: Power to X


I Power to X-teknologien omdannes overskydende elektrisk energi fra fx vindmøller til kemisk energi i et elektrolyseanlæg. Elektrolysecellerne spalter vand til hydrogen og oxygen, der kan omdannes til brændstof.

Elektrolysecellerne samles i stakke, hvor 150 celler er serieforbundet. Over hver celle er spændingsfaldet 2,2 V.

  a) Beregn det samlede spændingsfald over en stak af elektrolyseceller.


Figur 1: En stak af 150 elektrolyseceller.


Processen i elektrolysecellerne udvikler varme og køles derfor med vand. Kølevandet kan udnyttes til fjernvarme.

Et elektrolyseanlæg tilføres elektrisk energi med effekten 1,3 GW, hvoraf 25 % omdannes til varme i elektrolysecellerne. Ved passage gennem anlægget stiger kølevandets temperatur 50 °C.

  b) Beregn volumen af kølevandet, der strømmer gennem elektrolyseanlægget pr. sekund.


Bornholm har en høj elproduktion fra vindmøller, som kunne lagres via et Power to X anlæg. Den gennemsnitlige vindhastighed 50 meter over terræn, et luftfoto samt et skyggekort for Bornholm er vist på figur 2. De tre kort findes som bilag 5.1. Bilaget downloades - pakkes ud og ”Bilag 5.1.qgs” åbnes i QGIS.

Vindhastighed i 50 m højde 6 - 6,5 m/s 6,5 - 7 m/s 7 - 7,5 m/s 7,5 - 8 m/s Over 8 m/s
Figur 2: Venstre: Kort over den gennemsnitlige vindhastighed i 50 meters højde over terræn. Midt: Luftfoto. Højre: Skyggekort (højdemodel).

  c) Beskriv og forklar den overordnede fordeling af vindhastigheden over Bornholm.




Bilag


Bilag 1.1 (Regneark)

Bilag 4.1 (Regneark)

Bilag 5.1 (QGIS-projektfil. Bilaget skal gemmes og pakkes ud, inden projektfilen ”Bilag 5.1.qgs” åbnes.)



Kildehenvisninger


Opgave 1:
Figur 1: Google Earth samt https://nsidc.org/

Opgave 2:
Figur 1: http://Kortforsyningen.dk
Figur 2: https://jupiter.geus.dk/Rapportdb/Grundvandsrapport.seam?grundvandsrapportRapportid=89697m

Opgave 3:
Figur 1: https://en.wikipedia.org/wiki/EETA_79001#/media/File:EETA79001(S80-37633).jpg
Figur 2: Data fra http://ds.iris.edu
Figur 3: https://edition.cnn.com/2013/02/16/world/europe/russia-meteor-shower/index.html

Opgave 4:
Figur 1: Google Earth
Figur 2: Data fra http://ds.iris.edu

Opgave 5:
Figur 1: Kilde: http://www.catichz.com/image/19/data/maike/maikehp%205.jpg
Figur 2: Data fra http://kortforsyningen.dk