doc - Eine Welt in der Schule

Der Treibhauseffekt
Quelle: UNEP/GRID-Arendal
Vereinfacht dargestellt tragen folgende Vorgänge zum Treibhauseffekt bei:
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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
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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
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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“.
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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.
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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?
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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
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