Geovidenskab A



Onsdag den 25. maj 2022
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 bilag.


Opgaverne

Opgave 1: Elproduktion og energilagring

Opgave 2: Opgravning af mink nær badesø

Opgave 3: Havstrømme

Opgave 4: Jordskælv i Mexico

Opgave 5: Måling af overfladetemperatur



Opgave 1: Elproduktion og energilagring


På figur 1 ses elproduktion fra solceller og vindmøller i Danmark i perioden 9. - 11. oktober 2021. I løbet af perioden bevæger en front sig ind over Danmark.

Produceret effekt (MW) 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Solceller Vind 10. okt. 11. okt. 06.00 12.00 18.00 00.00 06.00 12.00 18.00 00.00 06.00 Klokkeslæt
Figur 1: Dansk elproduktion fra solceller og vindmøller i perioden 9.- 11. oktober 2021.

  a) Beskriv udviklingen i elproduktionen på figur 1 og angiv, hvornår fronten passerer ind over Danmark.

En del af Danmarks elproduktion kommer fra havvindmølleparken Kriegers Flak (figur 2).

Figur 2: Havvindmølleparken Kriegers Flak.

Parken består af 72 vindmøller med vingelængden 83,5 m. Elproduktionen starter ved vindhastigheden 4,0 m/s, hvor vindmøllernes nyttevirkning er 20 %. Luftens densitet kan sættes til 1,25 kg/m3.

  b) Beregn den effekt, hvormed vindmølleparken producerer elektrisk energi ved vindhastigheden 4,0 m/s.



En idé til lagring af overskudsenergi fra havvindmølleparker er at bygge kunstige øer med dybe bassiner - en såkaldt Green Power Island (figur 3).

Princippet er, at pumper tømmer bassinet for vand, når der er overskud af elektrisk energi.
Ved en senere mangel på elektrisk energi, ledes havvandet tilbage i bassinet gennem turbiner, hvorved der produceres elektrisk energi efter samme princip som et vandkraftværk (figur 4).
Figur 3: Tegning af hvordan et Green Power Island anlæg kan se ud.

Max dybde 10 m Bassin Faldhøjde 25 m Turbine Hav Havniveau
Figur 4: Principskitse af et Green Power Island anlæg.

Et Green Power Island anlæg forventes at kunne levere 2300 MWh elektrisk energi under opfyldning af bassinet (figur 3).

  c) Vurdér arealet af bassinet, der skal opføres for at levere den forventede elektriske energi.




Opgave 2: Opgravning af mink nær badesø



Figur 1: Badesøen Boutrup Sø ved Nørre Felding.

I november 2020 blev danske mink gravet ned i forbindelse med COVID-pandemien. Minkene blev gravet op i løbet af sommeren 2021 og brændt af i danske kraftvarmeværker. I alt blev 13 · 106 kg mink afbrændt. Brændværdien for mink kan sættes til 21 MJ/kg.

  a) Beregn den samlede frigjorte energi ved afbrændingen af mink.

Minkene blev nedgravet ved Nørre Felding. Figur 2 viser en sigteanalyse af en sedimentprøve fra området.

Vægtprocent 60 50 40 30 20 10 0 <0,002 0,002-0,02 0,02-0,063 0,063-0,125 0,125-0,2 0,2-0,5 0,5-2 Kornstørrelse (mm)
Figur 2: Fordeling af kornstørrelser i sedimentprøve udtaget ved Nørre Felding.

  b) Bestem, ved brug af figur 2, aflejringsmiljøet for sedimentet. Begrund dit svar.

De nedgravede mink blev efterfølgende gravet op af frygt for, at nitrat fra nedbrydning af de døde dyr, ville strømme med grundvandet til en lokal badesø, Boutrup Sø. Placeringen af minkgravene og Boutrup Sø kan ses på figur 3. Tabel 1 indeholder hydrauliske oplysninger for området.

Porøsitet 34 %
Hydraulisk ledningsevne 10 m/dag
Forskel i hydraulisk trykniveau fra nærmeste minkgrav til søen -2,5 m
Tabel 1: Hydrauliske oplysninger for området.

  c) Vurdér tiden, det ville tage nitrat fra minkgravene at nå badesøen.

N Boutrup Sø Minkgrave 100 m
Figur 3: Minkgravenes placering i forhold til badesøen Boutrup Sø.




Opgave 3: Havstrømme


Et forskningsskib følger den Nordatlantiske havstrøm mod nord og udtager undervejs vandprøver.

B A 0 500 km
Figur 1: Kort som angiver et forskningsskibs rute, samt markering af lokaliteterne A og B i hhv. Atlanterhavet og Norskehavet.

En vandprøve med temperaturen 4 °C afmåles meget præcist til at have volumen 25,27 cm3 og masse 26,11 g. På figur 2 ses en kurve for sammenhængen mellem salinitet og densitet.

  a) Benyt figur 2 til at bestemme vandprøvens salinitet.
Saltvand Densitet (g/cm3) 1,040 1,035 1,030 1,025 1,020 1,015 1,010 1,005 1,000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Salinitet (‰)
Figur 2: Sammenhæng mellem salinitet og densitet for vand ved temperaturen 4 °C.


For at beregne havets afgivelse af varme til atmosfæren indsamler forskere temperaturdata i de øverste 1000 m af havet ved henholdsvis lokalitet A og B (figur 1). Resultaterne ses på figur 3. Man kan antage, at målingerne er repræsentative for et område svarende til 1 km2.

Dybde (m) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 B A -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Temperatur (°C)
Figur 3: Temperaturprofiler ved lokaliteterne A og B.

  b) Vurdér temperaturforskellen mellem A og B og beregn energien afgivet fra 1 km3 vand.


Havstrømme kan kortlægges ved hjælp af radioaktive isotoper. På grund af atomprøvesprængninger blev der i perioden frem til 1963 tilført 550 kg af den radioaktive isotop tritium (31H) til havet.

  c) Opstil henfaldsskema for det radioaktive henfald af 31H og vurdér mængden af 31H, der er tilbage i år 2022.




Opgave 4: Jordskælv i Mexico


Den 23. juni 2020 blev Mexico ramt af det kraftigste jordskælv i 85 år.

Det berørte især byen Oaxaca, hvor mere end 500 huse blev ødelagt (figur 1).

Koordinaterne for jordskælvets epicenter blev bestemt til 16°N, 96°V.

  a) Markér jordskælvets epicenter på figur 2. Kortet er vedlagt som bilag 4a.
Figur 1: Ødelæggelser efter jordskælvet, der ramte byen Oaxaca i 2020.

100 °V 95 °V 90 °V Tampico N Guadalajara Merida 20 °N 20 °N Mexico City Mexico Acapulco Oaxaca Belize Guatemala 15 °N 15 °N 0 100 200 km Guatemala El Salvador San Salvador 100 °V 95 °V 90 °V
Figur 2: Kort over Mexico.

Det var især overfladebølger med frekvensen 0,050 Hz, der fik bygninger i Oaxaca til at styrte sammen. I området er udbredelsesfarten for de seismiske overfladebølger 2,7 km/s.

  b) Beregn bølgelængden for de seismiske overfladebølger, som fik bygningerne til at styrte sammen.

En seismisk målestation ligger i Tepich på Yucatanhalvøen. Seismiske data fra Tepich findes i bilag 4c. P-bølgerne bevæger sig med farten 6,2 km/s og S-bølgerne med 3,6 km/s.

  c) Præsenter de seismiske data i bilag 4c grafisk og markér ankomsttidspunkter for P- og S-bølgerne.
Beregn afstanden fra den seismiske målestation til jordskælvets epicenter.




Opgave 5: Måling af overfladetemperatur


Jordens overfladetemperatur kan bestemmes fra satellit ved at måle termisk stråling udsendt fra Jordens overflade.

Fra et område måles den største intensitet i den termiske udstråling ved bølgelængden 9,8 · 10-6 m.

  a) Bestem overfladetemperaturen af området.

Figur 2 viser lufttemperaturen over land og hav på den nordlige halvkugle i perioden 1950-2020 i forhold til referenceperioden 1951-1980.

Temperaturændringer i °C 2 1,5 1 0,5 0 -0,5 -1 Over land Over hav 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 År
Figur 1: Ændringer i lufttemperaturen over land og hav på den nordlige halvkugle i perioden 1950-2020. Ændringerne er angivet i forhold til referenceperioden 1951-1980.

  b) Beskriv og forklar forskellen i udvikling af temperaturen over land og hav på den nordlige halvkugle.

Ud fra satellitbilleder er det muligt at undersøge årsager til forskelle i overfladetemperaturer. Figur 3 viser behandlede satellitbilleder fra byen Providence, USA fra august 2010. De fire satellitbilleder findes som en QGIS-fil i bilag 5c.

  c) Udvælg to landområder i Providence med forskellig overfladetemperatur og giv mulige forklaringer på forskellen i temperatur.

Figur 2: Behandlede satellitbilleder fra Providence, Rhode Island, USA den 2. august 2010 kl. 12. 1: Overfladetemperatur, 2: Visuelt (RGB), 3: Bebyggelsesgrad 4: Vegetationsindeks (NDVI).




Bilag


Bilag 4a: Kort over Mexico (pdf-format).

Bilag 4c: Seismiske data (excel-format).

Bilag 5c: Behandlede satellitbilleder (QGIS-fil). Filen skal downloades, pakkes ud og gemmes på computer. Dernæst åbnes filen ”Temperatur.qgz”.



Kildehenvisninger


Opgave 1:
Figur 1: Data fra www.energinet.dk
Figur 2: https://winddenmark.dk/
Figur 3: https://www.gottliebpaludan.com/da/project/green-power-island

Opgave 2:
Figur 1: https://www.dr.dk/nyheder/regionale/midtvest/corona-mink-raadner-i-jorden-naer-badesoe-myndighederne-vidste-i-dagevis
Figur 2: Modificeret fra https://www.dr.dk/nyheder/regionale/midtvest/corona-mink-raadner-i-jorden-naer-badesoe-myndighederne-vidste-i-dagevis

Opgave 3:
Figur 1: Google Maps
Figur 3: Data fra https://odv.awi.de/data/ocean/world-ocean-atlas-2018/

Opgave 4:
Figur 1: https://www.travelagentcentral.com/destinations/how-tourism-can-aid-mexico-aftermath-earthquake
Figur 2: Data fra Stamen Terrain Background via QGIS.
Figur 3: Data fra https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us6000ah9t/pager

Opgave 5:
Figur 1: Data: GISS Surface temperature analysis v.4 https://data.giss.nasa.gov/gistemp.
Figur 2: NASA.