Die Atmosphäre

Die Atmosphäre
Die Atmosphäre (nach griech. Atmos = Dunst, spaira = Kugel) ist die Lufthülle der
Erde. Sie hat eine vertikale Ausdehnung von 300 km und ist wiederum in 5 Sphären
(Exosphäre, Thermosphäre, Mesosphäre, Stratosphäre und Troposphäre) unterteilt.
Die beiden unteren Sphären, Stratosphäre (12 bis 50 km hoch) und Troposphäre (bis
12 km Höhe), sind für das klimatische Geschehen bedeutsam. In der Troposphäre
findet im Wesentlichen die Wolken- und Niederschlagsbildung statt.
Zusammensetzung der Atmosphäre
Sauerstoff
21%
andere Gase
1%
Stickstoff
Sauerstoff
andere Gase
Stickstoff
78%
Die Atmosphäre besteht aus einem Gasgemisch, wobei Stickstoff (N 2) mit 78% Anteil
und Sauerstoff (O2) mit etwa 21% Anteil den Hauptanteil ausmachen. Außer diesen
Hauptbestandteilen enthält sie noch Wasserdampf und mehrere Spurenstoffe, wie
das Argon (Ar), das Ozon (O3) oder das Kohlendioxid (CO2), deren Anteil in Summe
geringer als ein Prozent ist.
Dieses
Gasgemisch steuert den Wärmehaushalt und verhindert extreme
Temperaturschwankungen. Ohne sie wäre ein Leben auf der Erde nicht möglich.
Wie entscheidend die chemische Zusammensetzung der Lufthülle das Klima
beeinflusst, zeigt ein Vergleich mit anderen Planeten unseres Sonnensystems.
Während die Erdatmosphäre einen Teil der Sonnenenergie in den Weltraum
zurückstrahlt, hat die Venus, mit einer Gashülle weitgehend aus Kohlendioxid, eine
Oberflächentemperatur von ca. 470 Grad Celsius.
Unser Klima
Während man unter Wetter den augenblicklichen Zustand der Atmosphäre versteht,
wird Klima als das durchschnittliche Wetter, mit charakteristischen Abläufen und
mittleren Zuständen für die Klimaparameter Temperatur, Wind, Luftfeuchtigkeit,
Luftdruck usw. eines bestimmten Gebietes über einen bestimmten Zeitraum definiert.
Das Klima ist eine Erscheinung der Atmosphäre, diese ist jedoch kein isoliertes
System, sondern unterliegt den Einwirkungen der Hydrosphäre (Ozeane, Seen,
Flüsse und globaler Wasserkreislauf), der Kryosphäre (Eis und Schnee), der
Biosphäre (Pflanzen und Tiere), der Pedosphäre (Boden) und der Lithosphäre
(Gestein).
Wichtigster Motor unseres Klimasystems ist die Sonne. Die Erde strahlt die
Energiemenge, die sie von der Sonne aufnimmt, wieder in den Weltraum ab. Bevor
die Wärmerückstrahlung der Erdoberfläche aus der Atmosphäre in den Weltraum
entweicht, wird sie zum überwiegenden Teil von Treibhausgasen absorbiert. Diese
erwärmen sich und geben die zusätzliche Energie nach allen Richtungen wieder ab
(Vgl. J. Firor, Herausforderung Weltklima, 1993). Erst dieser natürliche
Treibhauseffekt ermöglicht das Leben auf der Erde.
Die Treibhausgase
Mit Hilfe des Global Warming Potentials (GWP) wird das unterschiedlich stark
ausgeprägte
Maß
an
"Treibhausaktivität"
verschiedener
Treibhausgase
berücksichtigt. Dieses GWP betrachtet für ein Treibhausgas die gesamte
Verstärkung des Treibhauseffektes einer emittierten Masseneinheit relativ zum
Einfluss der gleichen Masse an CO2 im gleichen Zeitraum.
CO2
N2O
CH4
SF6
HFC
PFC
GWP
1
310
21
23.900
1.290 - 1.330
6.600 - 8.100
Emissionen in Tonnen
62.430.000
7320
450.400
48
418
2
Treibhausgasemissionen in Österreich 1995 (Quelle: Umweltbundesamt)
Zu den sechs Treibhausgasen, die hauptsächlich für den anthropogenen
Treibhauseffekt verantwortlich sind, zählen:
Kohlendioxid (CO2)
Kohlendioxid (CO2) entsteht als Endprodukt jeglicher Verbrennung von fossilen
Energieträgern (wie z.B. Kohle, Öl und Erdgas). Im Gegensatz zu anderen
Verbrennungsprodukten lässt es sich weder durch Filter noch durch Katalysatoren
entfernen. Außerdem wird CO2 auch bei einigen industriellen Prozessen wie der
Eisen-und Stahlerzeugung emittiert. Auf natürliche Weise wird CO 2 bei der Atmung
aller Lebewesen und durch geologische Prozesse (z.B. Vulkanismus) freigesetzt.
CO2 ist ein lebensnotwendiger Bestandteil der Atmosphäre, einerseits, weil die
Pflanzen daraus Biomasse bilden, andererseits, weil es durch den Treibhauseffekt
die Erde warm hält.
Methan (CH4)
53% des gesamten Methanausstoßes werden von der Land- und Forstwirtschaft
emittiert. Der überwiegende Teil wird durch Nutztierhaltung und Güllelagerung
verursacht. Etwa 35% der Methanemissionen stammen aus der Abfallbehandlung,
wo vor allem die Emissionen aus Deponien und aus Abwasserkläranlagen von
großer Bedeutung sind. Weiters entsteht es bei der Reisfelderwirtschaft, bei der
Fermentation durch Wiederkäuer, beim Kohlebergbau und dem Entweichen von
Erdgas aus Tanks.
Lachgas (N2O)
Lachgas entsteht als Nebenprodukt bei der Verbrennung von Kohle, Erdöl oder
anderen fossilen Energieträgern und bei der mikrobiellen Umwandlung von
Stickstoffverbindungen in Böden. Aber auch durch intensive Landwirtschaft und bei
der Überdüngung von Feldern.
Schwefelhexafluorid (SF6), wasserstoffhaltige
Perfluorkohlenwasserstoffe (PFC)
Fluorkohlenwasserstoffe
(HFC),
Die Klimawirksamkeit dieser Industriegase resultiert aus ihren langen
atmosphärischen Verweilzeiten, verbunden mit hoher spezifischer Absorpation der
einzelnen Moleküle im treibhausrelevanten infraroten Spektralbereich.
Die HFC-Emissionen finden u.a. als Kältemittel Anwendung haben vor allem
deswegen zugenommen, weil dieses Gas als Alternative für Fluorkohlenwasserstoffe
(FCKW) eingesetzt wird, deren Verwendung durch das Montrealer Protokoll wegen
ihrer ozonabbauenden Wirkung untersagt wurde. PFC entsteht beim Schmelzen von
Aluminium, SF6 wird bei der Magnesiumherstellung und in der Elektroindustrie
verwendet.
Treibhauseffekt
Der natürliche Treibhauseffekt
Die Atmosphäre der Erde wirkt wie ein Glasdach eines Treibhauses: die kurzwelligen
Strahlen der Sonne werden relativ ungehindert durchgelassen und erwärmen die
Erdoberfläche. Beim Auftreffen auf die Erdoberfläche wird die kurzwellige Strahlung
umgewandelt und als langwellige Wärmestrahlung reflektiert. Die langwellige
Wärmestrahlung kann die Atmosphäre jedoch aufgrund der Treibhausgase nicht
ungehindert passieren und wird somit wieder an die Erdoberfläche reflektiert. Würde
die langwellige Wärmestrahlung ungehindert ins All gelangen, läge die
Durchschnittstemperatur auf der Erde nicht wie tatsächlich bei +15 Grad Celsius,
sondern bei –18 Grad Celsius.
Zu den Treibhausgasen zählen Wasserdampf, der für zwei Drittel des
Treibhauseffekts verantwortlich ist, es folgen Kohlendioxid (CO2) mit einem Anteil
von ca. 15%, Ozon mit etwa 10% und schließlich Lachgas (N2O) und Methan (CH4)
mit je etwa 3%.
Der anthropogene Treibhauseffekt
Die Hauptursache des anthropogenen Treibhauseffekts liegt in der Freisetzung von
Kohlendioxid, die vor allem durch den ansteigenden Energieverbrauch und daher
durch die Verbrennung fossiler Energieträger begründet ist.
Bei der Verbrennung wird der in den fossilen Energieträgern gebundene Kohlenstoff,
der über Jahrhunderte der Atmosphäre entzogen wurden, als Kohlendioxid frei und
reichert sich in der Atmosphäre an. Dadurch verändert sich die Zusammensetzung
der Atmosphäre und diese wärmt sich in Folge immer mehr auf. Als Folge dieser
Entwicklung wird von den meisten Wissenschaftlern bis zur Mitte dieses
Jahrhunderts ein globaler Temperaturanstieg von ca. 2 bis 5 Grad Celsius erwartet.
Für den anthropogenen Treibhauseffekt ist Kohlendioxid (CO 2) das bedeutendste
Treibhausgas zu 50% für diesen verantwortlich. Ebenfalls wichtig sind in geringerem
Maße Methan (CH4), Ozon (O3) in der unteren Atmosphäre, Lachgas (N2O) und
Fluorkohlenwasserstoffe (FKW).
Folgen des anthropogenen Treibhauseffekts
Genaue Prognosen sind aufgrund der Komplexität der Vorgänge, die für das
weltweite Klima von Bedeutung sind, sehr schwierig. Tatsache ist allerdings, dass die
Durchschnittstemperatur der Erdoberfläche in den letzten 100 Jahren um etwa 0,6° C
angestiegen ist. Der steilste Anstieg wurde innerhalb der letzten 30 Jahre
verzeichnet. Mögliche Folgen:






Beeinträchtigung von Artenreichtum in Flora und Fauna: die Erhöhung der
globalen Temperatur wird zu einer Verschiebung von Klima. bzw.
Vegetationszonen führen, die die Anpassungsfähigkeit der natürlichen
Systeme überfordern wird,
Änderung der atmosphärischen und ozeanischen Zirkulation
Anstieg des Meeresspiegels,
Abschmelzen der Polkappen und Gletscher in den Bergen
Verschiebung von Meeresströmungen und den dadurch verbundenen
regionalen Klimaänderungen
Zunahme der Häufigkeit extremer Wettersituationen.
Vor allem das Ansteigen des Meeresspiegels, die Verlagerung der Vegetationszonen
und das durch Extremwettersituationen erhöhte Risiko für Ernte und Viehbestand
könnte Hungersnöte und in der Folge einen Kampf um Lebensräume nach sich
ziehen. Auch tropische und subtropische Krankheiten könnten sich in bisher
gemäßigte Klimazonen ausbreiten.
Was kann ich tun?
Mögliche Klimaveränderungen betreffen uns alle. Aber wir können auch beitragen,
dass weniger Treibhausgase emittiert werden.
bei Schulveranstaltungen, Exkursionen, Schi- und Sportwochen etc. im
Verkehrsbereich:
 kurze Strecken zu Fuß gehen
 nach Möglichkeit öffentliche Verkehrsmittel (Straßen,- ,Schnell- und U-bahn,
Zug) und Fahrräder benützen
 nach Möglichkeit in die Schi- und Sportwoche mit dem Zug reisen, anstatt mit
dem Bus
 Gründung von Fahrgemeinschaften zur Schule (für Schüler die von den Eltern
gebracht werden); mit dem Fahrrad oder zu Fuß zur Schule kommen
für das Schulgebäude, für das Internat:
 Energiedetektive einsetzen; eine Energiebuchhaltung führen; regelmäßig
Energiestammtische abhalten; Energiespartipps in der Schülerzeitung
veröffentlichen
 unnötigen Energie- und Wasserverbrauch generell vermeiden

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
Vermeidung von Stand-by-Schaltungen bei Elektrogeräten (z.B. Fernseher,
Drucker, EDV-Monitor, Stereoanlage, Warmhalteplatte der Kaffeemaschine
etc.)
mehrmals kurz und gründlich lüften, anstatt stundenlang die Fenster kippen,
spart im Winter auch Heizkosten
Absenkung der Raumtemperatur, spart Heizkosten und senkt den
Energieverbrauch um bis zu 6% pro Grad Temperaturabsenkung; richtige
Raumtemperatur wählen
in unbenützten Räumen nicht das Licht brennen lassen
in wenig benützten Räumen die Heizungstemperatur zurückdrehen
(Thermostat)
Verwendung von Energiesparlampen
Möbel nicht unmittelbar vor Heizkörper stellen; die Heizkörper nicht durch
Vorhänge etc. verdecken
Geräte, Lichter, Heizung für den Abend, das Wochenende, die Ferien
abschalten, wenn sie nicht benötigt werden
Wärme nicht lange Zeit durch offene Türen und Fenster aus den Räumen
entweichen lassen
Anschaffungen für die Schule:
 Produkte mit Umweltgütesiegel kaufen
 bevorzugt langlebige Produkte kaufen; nicht alles gleich wieder wegwerfen
 Kauf von Produkten mit wenig Verpackungsmaterial
 Vermeidung des Kaufs von Produkten, die lange Transportwege hinter sich
haben; Kauf von Waren die in der Region produziert wurden
 Vermeidung des Kaufs von Produkten aus Tropenholz (u.a. Mahagoni, Teak,
Palisander, Ramin etc.)
 Kauf von Elektrogeräten mit geringem Stromverbrauch
Links
www.treibhauserde.ch/
www.umweltnet.at/
www.wetteronline.de/klima.htm
www.energie-fakten.de/klima.pdf
www.proclim.ch/
www.accc.gv.at
www.ubavie.gv.at
www.klimabuendnis.at
www.umweltbildung.at
www.umweltnet.at/bonus
www.umweltnet.at/ecocheck
www.eva.ac.at
www.zamg.ac.at
www.unfccc.int
www.ipcc.ch
www.wupperinst.org
weitere Schwerpunkte in den einzelnen Gegenständen
Geographie und Wirtschaftskunde: Atmosphäre, die Klimazonen der Erde,
Energieverbrauch der einzelnen Staaten, Energieressourcen der einzelnen Staaten,
Wettergeschehen und Naturkatastrophen, Verkehrswege und Transport, Bedeutung
erneuerbarer Energieträger
Biologie und Umweltkunde: Pflanzen und Tiere in den einzelnen Klimazonen,
Verschiebung der Klimazonen durch eine mögliche Klimaänderung und Auswirkung
auf Tiere sowie Pflanzen, Auswirkung einer möglichen Klimaänderung auf
Gesamtökosysteme (u.a. Änderung der Nahrungskette, des Lebenszyklus, des
Fortpflanzungszyklus), Kohlenstoffzyklus, Photosynthese
Physik/Astronomie: alles was mit Energie zu tun hat, Vergleich der
Lebensmöglichkeiten auf anderen Planeten (in unserem Sonnensystem) mit unserer
Erde (natürlicher Treibhauseffekt), allgemeine Energiegesetze, Energieumwandlung
und Energieverluste (z.B. bei der Stromerzeugung, in den Otto- und Dieselmotoren),
berechnen des Energieverbrauchs in der Schule – Vergleich über mehrere Jahre,
erstellen einer CO2-Bilanz für jeden Schüler
Chemie: Entstehung der Treibhausgase (u.a. Verbrennungsprozesse, Entstehung
von CH4 und N20 – Bodenchemie, Deponien), erstellen von Klimamodellen (u.a. mit
EDV)
Kochunterricht: kochen mit biologischen Lebensmitteln von Nahversorgern,
Prinzipien umweltbewussten Einkaufens (biologische Nahrungsmittel, regionale und
saisonale Produkte, Verpackung)
Deutsch/Fremdsprachen: Diskussion zum Klimawandel – was bedeutet das für die
Zukunft?, was bedeutet ein gesteigerter Energieverbrauch für die Zukunft?, Aufsätze
und Referate zum Klimawandel
Geschichte: Energieträger und Energieverbrauch früher und heute, Transportmittel
und Verkehrswege früher und heute, Anbau und Verarbeitung von Nahrungsmitteln
früher und heute, Ernähungsgewohnheiten früher und heute