Den Země je skvělou příležitostí nechat se inspirovat jednoduchými, ale přitom velmi zajímavými badatelskými aktivitami, které nám leccos prozradí o naší planetě. Možná to nevidíme každý den, ale naše planeta se neustále mění – někde taje led, jinde přibývá horka, mění se oceány i vzduch, který dýcháme. Abychom těmto změnám porozuměli, musíme se na Zemi dívat trochu „shora“. Porozumět klimatickým změnám není úplně jednoduché. Mnoho dějů, které ovlivňují klima na Zemi, je totiž neviditelných nebo skrytých, a přesto zásadních.
A kdo má o Zemi nejlepší přehled? Družice na oběžné dráze! Díky nim například víme, kolik je v ovzduší oxidu uhličitého (CO₂), jak rychle tají ledovce, jak vysoko je hladina moří nebo jak moc mraky a sníh odrážejí sluneční světlo.
Evropská vesmírná agentura (ESA) se těmto pozorováním věnuje v rámci programu Climate Change Initiative. Na analýze dlouhodobých družicových dat zde spolupracuje více než 350 vědců z celé Evropy. Jejich cílem je lépe pochopit, jak se klima mění – a pomoci světu reagovat na tyto změny odpovědně a včas.
Proč je na severním pólu zima?
Jevů, které mohou za to, že na pólech je zima, je hned několik.
1. Malý úhel slunečních paprsků
Slunce na pólech nikdy „nesvítí přímo shora“, jako třeba v tropech. Jeho paprsky přicházejí šikmo, a tím se světlo a teplo rozprostře na větší plochu.
2. Odráží se hodně světla (albedo)
Blyštivé bílé ledové a sněhové plochy fungují jako obří zrcadla – odrážejí velkou část slunečního světla zpět do vesmíru. Tomu se říká albedo. To znamená, že na povrchu Země zůstane méně energie.
3. Polární noc
V zimě je na pólech dlouhá tma – slunce nevychází vůbec, někdy i celé 3 měsíce! Bez slunce není žádné nové teplo – a tak se teplota drží hluboko pod nulou.
4. Řídká atmosféra a méně vodní páry
V arktických oblastech je méně mraků i vodní páry, které jinak fungují jako „přikrývka“ a drží pod sebou teplo. Bez této „přikrývky“ teplo ze Země snadno uniká do vesmíru.
5. Led (ledovec) je „sladký“, moře je slané
Led na pólech (např. mořský led) je většinou čistý – „sladký“, protože když mořská voda zamrzá, většina soli zůstane venku. Když led taje, uvolňuje „sladkou“, studenou vodu na hladinu oceánu. Slaná voda má vyšší hustotu, takže je těžší než obyčejná voda. Když roztaje led, lehčí „obyčejná“ voda zůstane u hladiny a nemíchá se snadno s hlubší slanou vodou. Normálně by se teplejší voda zespodu mohla dostávat nahoru a ohřívat své okolí, ale sladká vrstva to jako poklička zpomalí. Díky tomu se povrchová voda drží studená a led se může tvořit znovu – pokud není okolní teplota příliš vysoká. Voda má navíc vysokou tepelnou kapacitu – to znamená, že jakmile je studená, trvá dlouho, než se ohřeje. To za běžných okolností pomáhá kolem pólu udržet chladné prostředí.
Co když se ale oteplí atmosféra?
Zvyšování množství oxidu uhličitého (CO₂) v atmosféře je největším důvodem, proč se Země kvůli lidské činnosti otepluje. Když je CO₂ ve vzduchu moc, zesiluje se skleníkový efekt – a to způsobuje, že se planeta víc a víc zahřívá.
Vyzkoušejte si, jak oxid uhličitý (CO₂), tedy „skleníkový plyn“, ovlivňuje teplotu vzduchu v uzavřeném prostoru:
POKUS: Skleníkový efekt v lahvi
Pomůcky: 2 stejné plastové lahve (0,5–1 l), ocet, jedlá soda, 1–2 teploměry, Lampa / místo, kam svítí Slunce (nebo fén), alobal.
Postup: Postavte obě lahve vedle sebe pod/před zdroj tepla (lampa, slunce, fén). Ujistěte se, že obě lahve budou dostávat stejné množství tepla. Během pokusu lampu ani lahve nepřesouvejte. Vyrobte si na lahve alobalové víčko s teploměrem procházejícím tímto víčkem, tedy aby teploměr měřil teplotu uvnitř lahve.
Do jedné lahve nasypte lžičku jedlé sody a přidejte 0,5 dl octa (i méně) – směs začne bublat a vytvářet CO₂. Druhou lahev nechte prázdnou, případně můžete dovnitř nalít 0,5 dl vody pro srovnatelnější podmínky. Obě lahve uzavřete připravenými víčky s teploměry. Zapište si počáteční teplotu v každé lahvi. Zapněte zdroj tepla. V časových odstupech 2 minut měřte teplotu. Po asi 15 minutách byste měli vidět výrazný rozdíl v teplotách.
Nejvíce dbejte své bezpečnosti! Nahřívané lahve mohou být velmi teplé – dobré je zkoušet vše s dospělákem. Pokud nemáte doma 2 teploměry, prostě je vystřídejte, ale nezapomeňte přichystanou díru ve víčku vždy něčím utěsnit (kousek alobalu). Lahev se sodou a octem nemůže být neprodyšně uzavřena – množství vzniklého oxidu uhličitého by mohlo z vaší lahve vyrobit i bombu. Tedy pokud trochu plynu z lahve uniká (např okolo teploměru ve víčku), je to v pořádku.
V lahvi s CO₂ teplota stoupá rychleji než v lahvi bez něj – podobně jako v atmosféře se zvýšeným množstvím skleníkových plynů. Po zhruba 10 minutách bývá rozdíl teplot asi 1–3 °C. Je důležité zdůraznit, že průměrné zvýšení teploty na Zemi i jen o pouhé 2 °C může mít vážné následky. Například může způsobit výrazné zvýšení hladiny moří, což by mohlo vést k velkým záplavám v pobřežních oblastech.
POKUS: Planeta se zahřívá, taje led = stoupne voda? Ne vždy!
Tání mořského ledu (např. Arktida) a pevninského ledu (např. Grónsko) naší planetě ale přináší odlišné efekty.
Pomůcky: 4 stejné sklenice/kelímky, voda, barevné kostky ledu (doporučuji potravinářským barvivem obarvit vodu a nechat zmrznout), 2 sítka, sůl.
Postup: Do všech sklenic nalijte stejné množství vody. Z toho 2 sklenice výrazně osolte (půl lžičky soli na cca 1 dl vody). Do jedné sklenice s čistou vodou a jedné sklenice se slanou vodou dejte led přímo do vody (= mořský led), na zbylé dvě sklenice na sítko nad hladinou vody dejte led (= pevninský led, ledovec). Přímo na skleničkách si pečlivě označte počáteční hladinu vody (i s ledem uvnitř). Sledujte rychlost rozpouštění ledu, změny hladiny po rozpuštění a kde se barevná roztátá voda drží.
Můžete si všimnout, že ledová kostka v obyčejné vodě taje rychleji než ta ve slané vodě. To je způsobeno tím, že sůl mění bod tání ledu. Zároveň vidíme, že kostky ve vodě tají výrazně rychleji než na vzduchu. To je dáno rozdílnou tepelnou kapacitou vody a vzduchu, kdy voda se svou vysokou tepelnou kapacitou dodá ledu hodně tepla, než se od něj sama ochladí, a oproti tomu vzduch předá tepla mnohonásobně méně a sám se ochladí rychle. Navíc je krásně vidět, jak sladkovodní led (který je zabarvený) zůstává jako zabarvená vrstva na povrchu kvůli rozdílům v hustotě běžné a slané vody.
Nejzajímavějším efektem je to, že roztáté kostky ledu ve vodě nám její hladinu nezvýší, protože roztátá voda jen vyplnila volné místo po ledu, který se ve vodě koupal. Tající mořské ledovce tedy hladiny moří neovlivní. Naopak tající pevninské ledovce stékají skrze řeky do moří (v našem případě kapou do skleničky s vodou) a zvyšují hladiny oceánů. Tání mořského ledu hladinu oceánů nezvyšuje, tání pevninského ledu ano – a právě to je důležité pro budoucnost planety.
Naše planeta pod dohledem satelitů
I děti mohou sledovat Zemi přímo z vesmíru. Satelity Evropské vesmírné agentury (ESA) v rámci programu Copernicus monitorují naši planetu 24 hodin denně. Přesně měří úroveň CO₂ (oxidu uhličitého) v atmosféře, sledují požáry, tání ledovců i změny vegetace. A co je nejlepší – data jsou veřejně dostupná a děti s nimi mohou samy pracovat, protože jsou přístupná v přívětivé webové aplikaci. Díky těmto datům můžeme vidět svět očima vědců – a děti se tak mohou stát skutečnými badateli.
Pro zajímavý úvod doporučujeme zhlédnout některé z motivačních videí z dílny ESA:
▶️ Pro přehled o tom, jak satelity fungují (5 minut): Odkaz
▶️ Proč vlastně sledujeme Zemi z vesmíru? (2 minuty) Odkaz
▶️ Co sleduje Sentinel-2 (3 minuty) – už spíše pro pokročilé: Odkaz
Climate from Space – pozorování klimatu v reálném čase
Online nástroj Climate from Space je bránou do světa reálných klimatických dat. Zde můžete sledovat vývoj CO₂ v atmosféře, pozorovat změny teplot a ledové pokrývky, porovnávat satelitní data napříč lety i kontinenty a mnoho dalšího.
S vizuálně přitažlivým prostředím je práce zábavná.
Zkuste i projekt Climate Detectives
Pokud vás to chytne, doporučujeme se připojit k ESA programu Climate Detectives. Děti zde řeší vlastní výzkumný projekt, sbírají data a navrhují řešení environmentálních problémů. Skvělá příležitost, jak rozvíjet kritické myšlení, týmovou spolupráci a zapojení do skutečné vědy.
Na závěr: věda jako dobrodružství
Tyto komplexní aktivity dětem otevírají svět. Učí je pracovat s daty, myslet v souvislostech a hledat odpovědi na vlastní otázky. Přejeme vám zábavu a radost z poznávání, ať už provedete jeden experiment, nebo se pustíte do celého projektu. Protože právě zvídavost a odvaha zkoumat mohou změnit svět.
Obrázky pro uspořádání experimentů byly převzaty a text byl zpracován podle vzdělávacích materiálů Evropské vesmírné agentury ESA. Všechny experimenty opakovaně zažily děti klatovského KND stejně jako studenti klatovského gymnázia.