doc - Eine Welt in der Schule
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Der Treibhauseffekt Quelle: UNEP/GRID-Arendal Vereinfacht dargestellt tragen folgende Vorgänge zum Treibhauseffekt bei: Licht von der Sonne gelangt zur Erde. Ein Teil wird an den Wolken reflektiert, ein weiterer in der Atmosphäre absorbiert. Etwa die Hälfte gelangt zur Erdoberfläche und wird dort absorbiert. Die Erdoberfläche erwärmt sich durch die absorbierte Sonnenstrahlung. Die Erdoberfläche sendet entsprechend ihrer Temperatur langwellige Infrarotstrahlung aus; sie gibt in wesentlich geringerem Maße auch Wärme durch Luft und Wasserdampf ab, die in die Höhe steigen. Sogenannte Treibhausgase in der Atmosphäre (H2O, CO2, CH4, N2O, O3, FCKW) absorbieren den größten Teil der Infrarotstrahlung von der Erdoberfläche und erwärmen dadurch die Atmosphäre; der Rest wird direkt in den Weltraum emittiert. Die Atmosphäre strahlt ihrerseits entsprechend ihrer Temperatur in alle Richtungen Infrarotstrahlung aus. Ein kleiner Teil dieser Strahlung geht in den Weltraum, der größere gelangt wiederum zur Erdoberfläche zurück und erwärmt diese zusätzlich. Es stellt sich ein stationärer Zustand von Temperaturen und Energieflüssen ein, in dem jeder Teil des Systems genausoviel Energie abgibt, wie er empfängt. Wird die Konzentration der Treibhausgase z.B. durch menschliche Aktivitäten erhöht, so wird ein höherer Anteil der von der Erdoberfläche ausgehenden Infrarotstrahlung in der Atmosphäre absorbiert und entsprechend mehr auch zur Erdoberfläche reemittiert. Es stellt sich ein neuer stationärer Zustand bei höheren Temperaturen der Erdoberfläche und der unteren Atmosphäre ein. Quelle: www.hamburger-bildungsserver.de, Bernd Huhn 1 EW084_04 Treibhauseffekt Durch die Wirkung des Treibhauseffektes ist die Oberflächentemperatur eines Planeten höher als die Temperatur wäre, wenn keine strahlungsaktiven Gase (Treibhausgase einschließlich Wasserdampf) in der Atmosphäre vorhanden wären. Wegen der Ähnlichkeit der Wirkungsweise wurde der Begriffsumfang, der ursprünglich nur die Erwärmung im Gewächshaus bei Sonnenbestrahlung benannte, auf die Atmosphäre erweitert. In diesem Sinne ist der Treibhauseffekt 1824 von Joseph Fourier entdeckt und 1896 erstmals quantitativ von Svante Arrhenius genauer beziffert worden. Die systematische Erforschung des atmosphärischen Treibhauseffekts begann aber erst 1958 durch Charles D. Keeling, einen Studenten Roger Revelles. Durch Keeling wurden eine Vielzahl von Messstationen für Kohlendioxid aufgebaut, die bekannteste ist auf dem Berg Mauna Loa auf Hawaii. Der durch menschliche Eingriffe entstandene Anteil am atmosphärischen Treibhauseffekt wird anthropogener Treibhauseffekt genannt. Oft ist mit dem Begriff Treibhauseffekt verkürzt gleichzeitig die globale Erwärmung gemeint. Treibhausgase In der Erdatmosphäre bewirken Treibhausgase wie Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid, Methan und Ozon seit Bestehen der Erde einen Treibhauseffekt, der entscheidenden Einfluss auf die Klimageschichte der Vergangenheit und das heutige Klima hat. Die Rolle des Glases wird hier von den genannten Treibhausgasen übernommen, die durchgängig für den kurzwelligen Anteil der Sonnenstrahlung sind, langwellige Wärmestrahlung hingegen je nach Treibhausgas in unterschiedlichen Wellenlängen absorbieren und emittieren. Der größte Teil des Treibhauseffekts wird mit einem Anteil von ca. 36–70 % (ohne Berücksichtigung der Effekte der Wolken) durch Wasserdampf in der Atmosphäre verursacht. Kohlendioxid trägt ca. 9–26 % zum Treibhauseffekt bei, Methan ca. 4–9 %, und Ozon ca. 3–7 %. Der Ozongehalt spielt insbesondere in der Stratosphäre eine sehr wichtige Rolle für das Klima. Es wird vom Menschen nicht direkt sondern indirekt über fluorierte Treibhausgase beeinflusst. Im Kyoto-Protokoll sind deshalb auch wasserstoffhaltige (HFC bzw. HFKW), perfluorierte Fluorkohlenwasserstoffe (PFC bzw. FKW) und Schwefelhexafluorid (SF6) in die Liste der Treibhausgase aufgenommen worden. Treibhausgase sind strahlungsaktive gasförmige Stoffe in der Luft, die zum Treibhauseffekt beitragen und sowohl einen natürlichen als auch einen anthropogenen Ursprung haben können. Sie absorbieren einen Teil der vom Boden abgegebenen Infrarotstrahlung, die sonst in das Weltall entweichen würde. Entsprechend ihrer Temperatur emittieren sie Wärmestrahlung (Infrarotstrahlung), deren auf die Erde gerichteter Anteil als atmosphärische Gegenstrahlung die Erdoberfläche zusätzlich zum Sonnenlicht erwärmt. Die natürlichen Treibhausgase heben die durchschnittliche Temperatur an der Erdoberfläche um etwa 33 K auf +15 °C an. Ohne diesen natürlichen Treibhauseffekt hätte die untere Atmosphäre im globalen Mittel nur -18 °C, was Leben auf der Erde vielleicht unmöglich gemacht hätte. Die Störung des natürlichen Gleichgewichts der Atmosphäre durch Eingriffe in den Naturhaushalt und durch anthropogene Emission von Treibhausgasen verstärkt den natürlichen Treibhauseffekt und führt zur globalen Erwärmung, die ihrerseits mit zahlreichen Folgen verbunden ist. Die Zunahme bestimmter Treibhausgase wird großteils auf menschliche Aktivitäten zurückgeführt. Die im KyotoProtokoll reglementierten Gase sind: Kohlenstoffdioxid (CO2, dient als Referenzwert), Methan (CH4), Distickstoffmonoxid (Lachgas, N2O), teilhalogenierte und perfluorierte Fluorkohlenwasserstoffe (H-FKW/HFCs) und Schwefelhexafluorid (SF6) Quelle: aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie 2 EW084_04 Anthropogener Treibhauseffekt Im Gegensatz zum auf geologischen Zeitskalen ablaufenden natürlichen atmosphärischen Treibhauseffekt mit seinen Regulationsmechanismen läuft der anthropogene Treibhauseffekt in extrem kurzer Zeit ab. Die Erhöhung der Konzentration der Treibhausgase in den letzten 100 Jahren (CO2 um etwa 35%, Methan um ca. 150 % durch Reisanbau, Rinderzucht und Müllfäulnis) führte zu einer Erhöhung der globalen Durchschnittstemperatur um ca. 0,8 K in den letzten 100 Jahren. Damit hat der Mensch einen Anteil von 2 % am gesamten Treibhauseffekt von 33°C. Globale Erwärmung Als globale Erwärmung bezeichnet man den während der vergangenen Jahrzehnte beobachteten allmählichen Anstieg der Durchschnittstemperatur der erdnahen Atmosphäre und der Meere sowie die künftig erwartete steigende Erwärmung. Ihre hauptsächliche Ursache liegt nach dem gegenwärtigen wissenschaftlichen Verständnis „sehr wahrscheinlich“ in der Verstärkung des natürlichen Treibhauseffektes durch menschliches Einwirken. Der anthropogene Treibhauseffekt entsteht durch Veränderung von Atmosphärenzusammensetzung und anderen klimarelevanten Faktoren, die mit dem übergeordneten Begriff Strahlungsantrieb quantitativ beschrieben werden können. Durch Verbrennen fossiler Brennstoffe und durch die weltumfassende Entwaldung wird Kohlendioxid (CO2) in der Atmosphäre angereichert. Landnutzungsveränderungen wie Land- und Viehwirtschaft sind eine zusätzliche Ursache, besonders wegen des auf sie zurückgehenden Ausstoßes weiterer bedeutender Treibhausgase wie Methan oder Lachgas. Die Bezeichnung globale Erwärmung wurde im Verlauf der 1980er und 1990er Jahre geprägt und wird oft gleichbedeutend mit dem allgemeineren Begriff Klimawandel verwendet. Während der fachspezifische Begriff Klimawandel die natürliche Veränderung des Klimas auf der Erde über einen längeren Zeitraum beschreibt und damit die bisherige Klimageschichte umfasst, bezieht sich globale Erwärmung auf die durch Menschen verursachte gegenwärtige Klimaveränderung. Der damit verbundene Anstieg der Durchschnittstemperatur auf der Erde ist mit einer Vielzahl weiterer globaler, regionaler und lokaler Folgen verbunden. Folgen der globalen Erwärmung Die Folgen der globalen Erwärmung sind zahlreiche, den Menschen und seine Umwelt betreffende weltweite Veränderungen. Globale Erwärmung ist der beobachtete und prognostizierte Trend zu einer höheren globalen Durchschnittstemperatur mit Folgen wie steigende Meeresspiegel, schmelzende Gletscher, Verschiebung von Klimazonen, Vegetationszonen und Lebensräumen, verändertes Auftreten von Niederschlägen, stärkere oder häufigere Wetterextreme wie Überschwemmungen und Dürren, Ausbreitung von Parasiten und tropischen Krankheiten sowie mehr Umweltflüchtlinge. Medien sprechen in diesem Zusammenhang verschiedentlich von einer „Klimakatastrophe“. 3 EW084_04 Vereinfachte Darstellung des Treibhauseffekts 1. Das Verbrennen fossile Brennstoffe (Erdöl, Kohle usw.) sowie das Abholzen und Abbrennen großer Waldflächen (Brandrodung) führt zu einer Zunahme von Kohlendioxid (CO 2) in der Luft. 2. Das Kohlendioxid verteilt sich in der Atmosphäre. 3. Sonnenstrahlen durchdringen die Atmosphäre. 4. Der Boden erwärmt sich durch die Sonnenstrahlen. 5. Der erwärmte Boden gibt einen Teil der Wärme wieder ab. 6. Diese Wärmestrahlung wird vom Kohlendioxid (und von anderen Treibhausgasen) aufgenommen und teilweise zurück an die Erdoberfläche geschickt. 7. Die Schichten, die sich nahe an der Erdoberfläche befinden, erwärmen sich. Übrigens: Der Treibhauseffekt kam schon immer in der Natur vor und ist etwas ganz natürliches. Ohne ihn würden wir auf der Erde erfrieren! Problematisch wird es vor allem dadurch, dass z.B. durch das Verbrennen fossiler Brennstoffe der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre immer stärker zunimmt. Dies hat dann einen Temperaturanstieg auf der Erde zur Folge. 4 EW084_04 EXPERIMENT: In einem kleinen Experiment kannst du den natürlichen Treibhauseffekt selbst simulieren. Du brauchst dazu: - zwei gleichartige Gefäße mit einem dunklen Boden (z.B. Kartons) - eine Glasplatte, die du auf ein Gefäß legen kannst. - 2 Thermometer - einen sonnigen Tag oder eine Lampe Anleitung: Du stellst beide Gefäße direkt in die Sonne. In jedes Gefäß legst du ein Thermometer. Anschließend deckst du ein Gefäß mit der Glasplatte ab. Nach 15 Minuten vergleichst du die Temperatur beider Thermometer. Falls die Sonne nicht scheint, kannst du das Experiment auch mit einer Lampe durchführen. Du solltest aber eine starke (Halogen)Lampe wählen, damit der Versuch funktioniert. Aufgaben Welches Thermometer zeigt die höhere Temperatur und warum? ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ Fülle den folgenden Lückentext aus. ……………………………. durchdringen die Glasplatte und erwärmen den Boden. Der ……………………………. gibt einen Teil der Wärme wieder ab. Die Wärme kann jedoch nicht …………………………….., weil die ………………………… sie zurückhält. Die Glasplatte soll dabei die mit Kohlendioxid angereicherte Atmosphäre darstellen. Sie ist für den ………………….. verantwortlich Dadurch bleibt die Wärme in der Kiste und die Temperatur ………………… an. Treibhauseffekt, entweichen, Boden, Glasplatte, steigt, Sonnenstrahlen 5 EW084_04
