Fizyka i chemia atmosfery 0800-FICHAT

Celem wykładu jest przedstawienie (i wyjaśnienie) mechanizmów dynamiki atmosfery, w całej złożoności systemu Geo, z uwzględnieniem perspektywy paleo-geologicznej, oraz w porównaniu z atmosferami innych planet (Układu Słonecznego i planet poza-słonecznych).

Wykład ma charakter interdyscyplinarny: dotyczy geografii, ale wyjaśnia mechanizmy z poziomu fizyki i chemii, wprowadza elementy ekonomii, oraz cybernetycznych sprzężeń zwrotnych. Omawia dane doświadczalne, oraz przedstawia modele teoretyczne (i numeryczne) zmian klimatycznych oraz prognoz meteorologicznych. Wymagania zostaną dostosowane do profilu słuchaczy (wykładowca jest kierownikiem Katedry Dydaktyki Fizyki), autorem książek dydaktycznych i popularno-naukowych z fizyki, w tym fizyki współczesnej i astronomii, ekspertem Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej w Wiedniu.

Wykład ma charakter ogólno-kulturowy, i ma na celu dostarczenie kompetencji tak technicznych i fizycznych (np. analizy zanieczyszczeń powietrza w środowisku miejskim) jak ekonomiczno-politycznych (koszty energii alternatywnych, perspektywy energii termojądrowej itd.)

Wykład powstał dla Politechniki w Mediolanie w 1996, i (niestety) jest nadal (i coraz bardziej) aktualny. Wykładowca zajmuje się fizyką i chemią gazów atmosferycznych, jest ekspertem naukowym Unii Europejskiej oraz Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej ONZ. Wykładowca jest również ekspertem Prowincji Trentino, w kwestiach zanieczyszczeń atmosferycznych oraz projektowania urbanistycznego.

Szczegółowe treści wykładu:

1. Obserwacja klimatu: metody datacji zmian klimatycznych. Obserwacje meteorologiczne: dane atmosferyczne, oceaniczne, satelitarne.
2. Równowaga termodynamiczna Ziemi: prawo Plancka, temperatura powierzchni Słońca, rozkład regionalny promieniowania podczerwonego emitowanego z Ziemi.
3. Przepływy oceaniczne i atmosferyczne: ruch wirowy Ziemi i jego konsekwencje. Siła Coriolisa.
4. Konwekcja w atmosferze, komórki Hadleya. Bilans wody na Ziemi: strefy klimatyczne.
5. Globalny bilans energetyczny Ziemi. Naturalny efekt cieplarniany. Efekt cieplarniany na innych planetach Układu Słonecznego.
6. Pojęcie albedo Sprzężenia zwrotne w systemie klimatycznym. Rola biosfery.
7. Historia planety Ziemia. Ery paleologiczne. Globalne zlodowacenia.
8. Periodyczność zmian klimatu. Analiza zmienności meteorologicznej. Cykle Milankovica.
9. Meteorologia i prognozy pogody: fenomenologia. Matematyczne prognozy pogody i modelowanie klimatu
10. Stratyfikacja atmosfery. Reakcje chemiczne w termosferze, stratosferze, troposferze. Zagadnienie „dziury” ozonowej.
11. Wpływ człowieka na klimat. Prognozy zmian klimatycznych. Wychwyt dwutlenku węgla z atmosfery
12. Monitoring jakości powietrza. Procesy fotochemiczne w obecności zanieczyszczeń atmosferycznych. Modele matematyczne dyfuzji zanieczyszczeń.
13. Alternatywne źródła energii. Ograniczenia techniczne, koszty bezpośrednie i pośrednie. Perspektywy energetyki termojądrowej

W cyklu 2023/24L:

Materiał wykładu zostanie rozszerzony o treści odpowiadające specyfice kierunku studiów słuchaczy.

Przykładowe tematy:
- Atmosfery planet i satelitów Układu Słonecznego
- Badania atmosfer planet poza Układem Słonecznym
- Kosmos - źródło życia?
- Metody techniczne badania zanieczyszczeń atmosferycznych
- Metody geologiczne/ chemiczne/ techniczne sekwestracji CO2 z atmosfery

W cyklu 2024/25Z:

Materiał wykładu zostanie rozszerzony o treści odpowiadające specyfice kierunku studiów słuchaczy.

Całkowity nakład pracy studenta

75 godzin (30 godzin wykładu, 30 godzin lektury, 15 godzin "case study")

Efekty uczenia się - wiedza

Student zna: W1: komponenty systemu Geo oraz wzajemne zależności między nimi W2: podstawowe własności chemiczne i fizyczne atmosfery Ziemi (stratyfikacja, temperatura, skład chemiczny) W3: techniki badania atmosfery (lokalne, globalne) W4: aktualne raporty naukowe nt. zmian klimatycznych W5: zanieczyszczenia atmosfery oraz reakcje chemiczne, w jakich powstają Dla kierunku Astronomia: K_W06 zna prawa rządzące zjawiskami astronomicznymi, zna budowę i ewolucję poszczególnych składowych wszechświata na rozmaitych skalach, od układu planetarnego, poprzez gwiazdy, galaktyki, po skalę kosmologiczną Dla kierunku Fizyka: K_W02 rozumie rolę eksperymentu fizycznego, metod teoretycznych oraz symulacji komputerowych w metodologii badań naukowych; ma świadomość ograniczeń technologicznych, aparaturowych i metodologicznych w badaniach naukowych Dla kierunku Fizyka techniczna: K_W04 posiada zaawansowaną wiedzę na temat powiązań fizyki z niektórymi obszarami nauki, przydatną do formułowania i rozwiązywania zagadnień inżynierskich

Efekty uczenia się - umiejętności

U1: student rozumie schematy przepływu materii i energii w oceanach i atmosferze U2: student rozumie pojęcie równowagi termodynamicznej U3: potrafi określić źródła „zanieczyszczeń” atmosferycznych w skali lokalnej i globalnej U4: potencjalnie potrafi analizować „jakość” powietrza oraz rozwijać chemiczne i fizyczne metody tych analiz Dla kierunku Astronomia: K_U09 potrafi w sposób popularny przedstawić najnowsze osiągnięcia z zakresu astronomii, potrafi formułować opinie na temat współczesnych zagadnień fizycznych i astronomicznych Dla kierunku Fizyka: K_U07 potrafi w sposób popularny przedstawić najnowsze osiągnięcia z zakresu fizyki Dla kierunku Fizyka techniczna: K_U09 potrafi dokonać krytycznej analizy sposobu funkcjonowania istniejących rozwiązań technicznych oraz ocenić te rozwiązania

Efekty uczenia się - kompetencje społeczne

K1: potrafi podjąć dyskusję w kwestiach naturalnego i antropomorficznego efektu cieplarnianego. K2: rozumie złożoność procesów klimatycznych K3: krytycznie ocenia doniesienia medialne o zmianach klimatycznych K4: rozumie ograniczenia efektywności alternatywnych źródeł energii K5: rozumie zależności między „źródłami” energii a specyfiką ekonomii krajowych Dla kierunku Astronomia: K_K04 rozumie potrzebę popularnego przedstawiania laikom wybranych osiągnięć astronomii Dla kierunku Fizyka: K_K04 rozumie potrzebę popularyzacji wiedzy fizycznej w społeczeństwie Dla kierunku Fizyka techniczna: K_K02 posiada świadomość i rozumie pozatechniczne aspekty i skutki działalności inżynierskiej, w tym jej wpływu na środowisko i związanej z tym odpowiedzialności za podejmowane decyzje

Metody dydaktyczne

Wykład, z elementami pokazu doświadczeń - Metody dydaktyczne eksponujące: - pokaz doświadczeń - Metody dydaktyczne pojące: - wykład problemowy - Metody dydaktyczne poszukujące: studium przypadku

Metody dydaktyczne eksponujące

- pokaz

Metody dydaktyczne podające

- wykład informacyjny (konwencjonalny)
- wykład problemowy

Metody dydaktyczne poszukujące

- pomiaru w terenie
- referatu
- WebQuest

Metody dydaktyczne w kształceniu online

- metody odnoszące się do autentycznych lub fikcyjnych sytuacji

Rodzaj przedmiotu

przedmiot fakultatywny

Wymagania wstępne

brak wymagań

Koordynatorzy przedmiotu

Grzegorz Karwasz

Kryteria oceniania

Metody oceniania:
– aktywność na zajęciach
- praca pisemna zaliczeniowa (studium przypadku)
- kolokwium (ustne) końcowe
50-60% - ocena: 3 (dst)
60-70% - ocena: 3+ (dst+)
70-80% - ocena: 4 (db)
80-90% - ocena: 4+ (db+)
90-100% - ocena 5 (bdb)

Praktyki zawodowe

brak

Literatura

1. J.P. Peixoto, A.H. Oort, Physics of climate, Review of Modern Physics, vol 56, No, 3, July 1984, str. 365
2. N. McBride, Global Warming, Open University S104 .lntroducing Science" series, Milton Keynes, 2006 (częściowo przetłumaczona na język polski przez wykładowcę)
3. S. Blake, Earth and Space, Open University S104 ,.lntroducing Science" series, Milton Keynes, 2006 (częściowo przetłumaczona na język polski przez wykładowcę)
4. L. M. Krauss, The Physics of Climate Change, Apollo ed. 2021, Bib. Fizyki, I.B. 2141
5. J. M. Wallace, P. V. Hobbs, Atmospheric Science. An Introductory Survey, Elsevier, 2006, Bib. Fizyki I.C. 1386
6. M. Popkiewicz, A. Kardaś, Sz. Malinowski, Nauka o klimacie, Post Factum, Warszawa, 2019, Bib. Fizyki, I.B. 2137
7. M. Maslin, Climate. A Very Short Introduction, Oxford, Bib. Fizyki, I.B. 2153
8. M. Muslin, Climate Change. A Very Short Introduction, Oxford, I.B. 2154

Artykuły:
1. G. Karwasz, Ciepło, ciepło, coraz zimniej, Foton, Lato 2013
http:/ /dydaktyka.fizyka.umk.pi/Publikacje_2013/Cieplo2_2013.pdf
http:/ /dydaktyka.fizyka.umk.pi/Publikacje_2013/Cieplo1_2013.pdf
(i inne artykuły popularno-naukowe wykładowcy)
2. Artykuły naukowe wykładowcy nt. oddziaływań elementarnych w gazach (ponad 50 artykułów w temacie, do samodzielnego wyboru) – poziom zaawansowany

W cyklu 2023/24L:

[1] John M. Wallace, Peter V. Hoobs, Atmospherics Science. An Introductory Survey, Elsevier, 2006.
[2] Lawrence M. Krauss, The Physics of Climate Change, Post Hill Press, New York, Nashville, 2021.
[3] Lucyna Falkowska, Krzysztof Korzeniewski, Chemia atmosfery, Wyd. Uniwerstytetu Gdańskiego, 1998.
[4] Marcin Popkiewicz, Aleksandra Kardaś, Szymon Malinowski, Nauka o klimacie. Mechanizmy działania systemu klimatycznego. Zmiany klimatu w przeszłości i obecnie, Wyd. Sonia Draga, Katowice; Wyd. Nieoczywiste, Katowice, 2019.
[5] Mark Maslin, Zmiany klimatu. Krótkie wprowadzenie. Tłum. K. Dośpiał-Borysiak, Wyd. Uniwersytetu Łódzkiego, Łódź, 2018; Oxford University Press, 2014.
Seria Exploring science, Open University, Milton Keynes
[1] Neil McBride, Global Warming, S104 Exploring science, Science Level I, Book 1, Open University, Milton Keynes, 2007.
[3] Sally Jordan, Energy and Light, S104 Exploring science, Science Level I, Book 3, Open University, Milton Keynes, 2007.
[8] Monica M. Grady, Life in the Universe, S104 Exploring science, Science Level I, Book 8, Open University, Milton Keynes, 2007.
Wystawy popularno-naukowe, czasopisma
1. Una Terra per l’Uomo. I tratti eccezionali del nostro piccolo pianeta. Mostra presentata da Euresis. Itaca Libri, 2001
2. La dinamica del clima, a cura do Guido ViscontiI, Le Scienze quaterni, (edizione italiania di Scientific American, no. 104, ottobre 1998.

W cyklu 2024/25Z:

Uwagi

W cyklu 2023/24L:

Podstawowe pozycje literatury zostały sprowadzone do biblioteki Instytutu Fizyki, i w trakcie semestru zostaną udostępnione studentom.

W cyklu 2024/25Z:

Podstawowe pozycje literatury zostały sprowadzone do biblioteki Instytutu Fizyki, i w trakcie semestru zostaną udostępnione studentom.

Więcej informacji

Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb:

Strona przedmiotu 0800-FICHAT w USOSweb