Arbeitsblatt: Treibauseffekt - eine Feinpräp

Treib haus effekt Treibhauseffekt Was ist der Treibhauseffekt? Jeder kennt den Begriff Treibhauseffekt aus der Zeitung und dem Fernsehen. Wir wissen, dass der Mensch seit Beginn des industriellen Zeitalters die Umwelt auf verschiedene Weise negativ beeinflusst hat und dass der Anstieg der Temperatur etwas mit dem Treibhauseffekt zu tun hat. Der natürliche Treibhauseffekt Der Treibhauseffekt ist absolut notwendig für das Leben auf der Erde, wie wir es kennen. Die durchschnittliche Temperatur an der Erdoberfläche beträgt 15 C, ohne den natürlichen Treibhauseffekt läge sie bei -18 C! Der Mensch beeinflusst den Tr eibhauseffekt auf verschiedene Art und bewirkt damit einen Anstieg der Temperatur. Die Erklärung Um die Auswirkungen des anthropogenen, d.h. des zusätzlich vom Menschen verursachten Treibhauseffekts verstehen zu können, müssen wir uns zuerst veranschaulichen, wie der Treibhauseffekt funktioniert. Strahlung, die von einem heißen Körper wie die Sonne abgegeben wird, ist kurzwellig. Diese kurzwellige Strahlung durchdringt relativ ungehindert die Atmosphäre der Erde und trifft auf die Erdoberfläche. Die kurzwellige Strahlung wird beim Auftreffen auf die Erdoberfläche umgewandelt und als langwellige Wärmestrahlung reflektiert. Diese kann die Atmosphäre nicht wie die kurzwellige Strahlung durchdringen. Sie wird teilweise wieder zur Erde reflektiert und erwärmt dabei die Oberfläche zusätzlich. Würde diese langwellige Wärmestrahlung ungehindert zurück ins All reflektiert, läge die Durchschnittstemperatur auf der Erdoberfläche bei -18C. Nun befinden sich aber bestimmte Gase, die so genannten Spurengase, in der Erdatmosphäre. Diese lassen zwar die kurzwellige Strahlung der Sonne relativ ungehindert passieren, jedoch nicht die langwellige Strahlung der Erdoberfläche. Deshalb liegt unsere Temperatur im Durchschnitt bei 15C. Das ist ein Temperaturunterschied von 33 C, der durch den natürlichen Treibhauseffekt zustande kommt. Ursache Ursache für den Treibhauseffekt sind die bereits erwähnten Spurengase. Sie funktionieren wie eine Membran, die die kurzwellige Strahlung der Sonne nahezu ungehindert passieren lässt und die langwellige Strahlung der Erdoberfläche teilweise zurückhält. Das Prinzip funktioniert hier ähnlich wie beim Treibhaus. Das Treibhaus hat eine Glashülle, die ebenfalls kurzwelliges Licht passieren lässt und langwellige Wärmestrahlung sozusagen gefangen hält. Dieser Effekt wird uns beim Autofahren an einem heißen Sommertag bewusst: Die Sonnenstrahlen dringen durch die Verglasung ins Wageninnere ein und werden in Wärme umgewandelt. Dabei wird die Fahrgastzelle nicht selten um 30 bis 40 aufg eheizt. Beim Treibhauseffekt der Erde übernehmen die Spurengase die Funktion der Glasscheiben. Deshalb werden diese Gase auch Treibhausgase genannt. Das Gas, das am meisten zum Treibhauseffekt beiträgt, ist der Wasserdampf. Von den 33 C, die die Erdoberfläche durch den natürlichen Treibhauseffekt erwärmt wird, liefert der Wasserdampf einen Anteil von ungefähr zwei Drittel. Der Rest wird von den Spurengasen Kohlendioxid, Methan und geringen Mengen anderer verursacht. Der anthropogene Treibhauseffekt Da uns die Vorgänge beim natürlichen Treibhauseffekt jetzt bekannt sind, betrachten wir nun, wie der Mensch durch sein Verhalten in das seit Jahrtausenden stabile Gleichgewicht eingreift. Die Hauptursache des vom Mensch verursachten zusätzlichen Treibhauseffekts liegt in der Freisetzung von Kohlendioxid (CO2). Daher nachfolgendes einiges Wissenswertes zum CO2Kreislauf der Erde. Der CO2-Kreislauf der Erde Pflanzen gewinnen Energie, indem sie mit Hilfe von Sonnenlicht Kohlendioxid in Kohlenstoff und Sauerstoff umwandeln (dieser Vorgang wird Photosynthese genannt). Der Kohlenstoff wird von den Pflanzen zum Wachstum benötigt. Bei der Verrottung wird dieses CO2 wieder in die Atmosphäre freigesetzt, so entsteht ein natürlicher Kreislauf. Der Mensch setzt hauptsächlich durch Verbrennung fossiler Energieträger, also Kohle, Erdgas und Erdöl, große Mengen an Kohlendioxid in die Erdatmosphäre frei. Dieses CO2 wurde durch die Photosynthese der Pflanzen im Lauf der Millionen Jahre der Atmosphäre entzogen. Die abgestorbenen Pflanzen wurden von Erdschichten überlagert und zu Kohle, Erdgas und Erdöl umgewandelt. Durch Verbrennung dieser Stoffe wandelt der Mensch Kohlenstoff und Sauerstoff wieder in CO2 um. Aber auch durch die Abrodung von Wäldern, insbesondere der Brandrodung der Regenwälder, werden große Mengen an gebundenem Kohlendioxid künstlich freigesetzt. Das zusätzlich vom Menschen freigesetzte CO2 befindet sich nun gasförmig in der Atmosphäre. Der natürliche Treibhauseffekt wird dadurch verstärkt. Es entsteht eine weitere Erwärmung der Erdoberfläche. Da der Mensch für diese zusätzliche Erwärmung verantwortlich ist, spricht man hier auch vom anthropogenen Treibhauseffekt. Neben der Freisetzung von CO2 beeinflusst der Mensch den Treibhauseffekt auch durch den Ausstoß weiterer Spurengase wie Methan und künstlich produzierte Stoffe, allen voran die FCKWs ( FluorChlor-Kohlen-Wasserstoffe sind künstlich hergestellte Gase oder Flüssigkeiten. Eine natürliche Entstehung gibt es nicht. FCKW werden als Kühlmittel, Treibgase oder Reinigungsmittel eingesetzt. FCKW können während Jahrzehnten in der Atmosphäre bleiben, bevor sie zerstört werden. Sie sind eine Quelle für Chlorradikale, die mit Ozon (O3) reagieren und wesentlich zum Abbau der Ozonschicht beitragen. In den achtziger Jahren hat man diese zerstörerische Wirkung erkannt. In vielen Ländern sind FCKW heute verboten). Auswirkungen Die Durchschnittstemperatur der Erdoberfläche stieg in den letzten 100 Jahren um etwa 0,6 an. Der steilste Anstieg wurde innerhalb der letzten 30 Jahre verzeichnet. Die Folgen des anthropogenen Treibhauseffekts können zum heutigen Zeitpunkt noch nicht endgültig vorhergesagt werden. Die zurzeit existierenden Klimamodelle beinhalten noch zu viele Unsicherheiten, als dass sich daraus sichere Prognosen ableiten ließen. Die größten Unsicherheitsfaktoren sind Wolken und Wälder. Beide haben einen entscheidenden Einfluss auf das Klima und lassen sich nicht mit einfachen Zusammenhängen beschreiben. Bis jetzt steht noch nicht fest, ob sich das Klima global verändern wird oder ob sich mehrere unterschiedliche, aber in sich stabile Klimazonen ausbilden werden. Weiterhin ist noch nicht bekannt, ob eine kritische CO2-Konzentration der Atmosphäre existiert, oberhalb deren Werts sich Klimaveränderungen innerhalb weniger Jahre abspielen. Es muss aber davon ausgegangen werden, dass eine weitere Erhöhung der durchschnittlichen Oberflächentemperatur das Klima der Erde einschneidend verändern wird. Folgende Klimaveränderungen wurden bereits festgestellt: • ungewöhnlich lange El Nino (Meeresströmung) Warmphase von 1990 bis 1995 • Anstieg des Meeresspiegels um 10 bis 25 Zentimeter innerhalb der letzten 100 Jahre, hauptsächlich als Folge der Ausdehnung des Wassers aufgrund der Erhöhung der Lufttemperatur • Anstieg der Oberflächentemperatur in Alaska um 2 4C • Zunahme der Luftfeuchtigkeit in den Tropen • Zunahme der Wolken über Land • Rückgang der Schneedecke in den Alpen Ob der Mensch etwas damit zu tun hat ist noch nicht endgültig bewiesen. Die erheblichen Veränderungen innerhalb kürzester Zeit ist aber ein eindeutiges Indiz dafür. In der Zukunft mögliche Auswirkungen sind: • Abschmelzen der Polkappen • Weiterer Anstieg des Meeresspiegels • Zunahme von Extremereignissen, wie z.B. Trockenheit und Überschwemmungen • Verschiebung von Meeresströmungen (z. B. der Golfstrom) mit den dadurch verbundenen extremen regionalen Klimaveränderungen Wenn auch ein Einfluss des Menschen auf das Klima noch nicht letztlich bewiesen ist, spricht doch aus heutiger Sicht alles dafür. Lektion 1: Spielt das Wetter verrückt? Einstieg: Zusammen Zeitungsbericht „Skifahren um jeden Preis? lesen (Folie) nennen, was sie über Treibhauseffekt wissen, wie spüren wir den Klimawandel? stellen Fragen, die sie interessiert Anhand Erde s. 254/256 Fragen beantworten, klären Hefteintrag: Fragen und Antworten sauber abschreiben Titelbild Erde s. 254/256 Treibhauseffekt – Fragen und Antworten 1. Nenne Gründe für die zunehmenden Schäden, verursacht durch Naturkatastrophen. 2. Treibhauseffekt 3. Die Erde ist schon von Natur aus ein „Treibhaus. Wie würde die Welt sonst aussehen? 4. Nenne die wichtigsten natürlichen Treibhausgase. Was ist ihre Funktion? Erde s. 254/256 LÖSUNG Treibhauseffekt – Fragen und Antworten 1. Nenne Gründe für die zunehmenden Schäden, verursacht durch Naturkatastrophen. Wetter, immer mehr Stürme, Überflutungen Menschen, sie besiedeln immer extremere Gebiete: Wüsten, Küsten, steile Hänge, Schwemmland 2. Treibhauseffekt Durch die Menschen verursachte Erwärmung der Erde 3. Die Erde ist schon von Natur aus ein „Treibhaus. Wie würde die Welt sonst aussehen? 30C kälter Leben wäre unmöglich Dicker Eispanzer um die Erde 4. Nenne die wichtigsten natürlichen Treibhausgase. Was ist ihre Funktion? H2O CO2 CH4 N2O O3 Wasserdampf Kohlendioxid Methan Lachgas Ozon Diese nstürlichen Treibhausgase halten die Wärme zurück. Sie wirken wie das Glas eines Treibhauses. Lektion 2: Ein Blick zurück in die Vergangenheit Erde s. 260 Bilder 1-4 besprechen Findling: grosse Gesteinsbrocken, die durch Gletscher transportier wurden Bohrkerne: aus Gletscher, um winzige Luftbläschen im Eis zu bestimmen, CO2 gibt Auskunft über Temperaturen Jahrringe: breit, wenn warm und feucht, schmall, wenn kalt und trocken Text zusammen lesen, klären Grafik besprechen s. 261 lesen, klären Grafik unten rechts anschauen was könnte das heissen, wenn man an heutige Situation denkt? Spuren früherer Klimawechsel ins Notizheft lösen Hefteintrag: Text s.260 abschreiben Spuren früherer Klimawechsel abschreiben Welche Spuren deuten auf frühere Klimawechsel hin? Findlinge: Bohrkerne: Blütenpollen in Lehmböden: Jahrringe: Kalkablagerungen im Meer: Welche Spuren deuten auf frühere Klimawechsel hin? LÖSUNG Findlinge: Grosse Gesteinsbrocken, die durch Gletscher transportiert wurden. Bohrkerne: Die Zusammensetzung der Luftbläschen im Gletschereis ist wichtig: Wie viel CO2 hat es drin? Viel CO2 hohe Temperatur Wenig CO2 niedrige Temperatur Blütenpollen in Lehmböden: In kalten Zeiten In warmen Zeiten Nadelbäume Nadel –und Laubbäume Jahrringe: breit: schmal: warmes und feuchtes Klima kaltes und trockenes Klima Kalkablagerungen im Meer: Wassermoleküle werden bestimmt. Lektion 3: Natürliches Treibhaus und Ursachen für Klimaänderungen Folie erklären, hören zu Ziel: können Ablauf an WT erklären WT-Bild ohne Stichworte, Stichworte auf Zettel Ursachen für Klimaänderungen Text s. 257 lesen, erklären Änderungen der Erdumlaufbahn alle 9600 Jahre Einfluss auf Länge der Jahreszeiten Kreiselbewegung der Erdachse alle 2300 Jahre –und S-Halbkugel abwechselnd überdurchschnittlich viel Strahlung Veränderung der Neigung der Erdachse mehr Strahlung erhalten die Pole, ausgeprägtere Jahreszeiten 20% mehr oder weniger Sonnenstrahlen Sonnenflecken: viel Sonnenflecken Sonne besonders aktiv und mehr Energie Plattentektonische Vorgänge: wirken sich auf Windsysteme und Meeresströmungen aus Gase und Asche von Vulkanausbrüchen: abkühlende Wirkung, da Asche in der Atmosphäre Sonnenenergie zurückhält. Aus diesen Gründen haben schon immer Klimaänderungen stattgefunden: 5 Eiszeiten in den letzten 60000 Jahren Temperaturanstieg in den letzten 100 Jahren 0.7C Meeresspiegelanstieg in den letzten 100 Jahren 20 – 30 cm (Schmelzen des Polareises und Ausdehnung des Wassers bei seiner Erwärmung) Gründe: natürliche Vorgänge und Zunahme der Treibhausgase durch den Menschen Hefteintrag: Bild und Text abschreiben Die Erde wird von kurzwelligem Licht der Sonne erwärmt. Ein Teil der Strahlung wird in langwellige, unsichtbare Wärmestrahlung umgewandelt. Ein grosser Teil dieser Wärmestrahlen wird von den Treibhausgasen aufgenommen und gelangt nicht mehr ins All. Erwärmung der Atmosphäre. Wolken verstärken den natürlichen Treibhauseffekt: Die langwelligen Strahlen werden reflektiert, es wird wärmer. Lektion 4: Sind wir Klimamacher? Erde s. 262/263 lesen, still, AB ausfüllen Hefteintrag: AB sauber ausgefüllt einkleben Erde s. 265 lesen und Steckbrief zusammentragen: Name Funktion Durchschnittliche Verweildauer Quelle Beispiel: CO2 Kohlendioxid Verweildauer: 100 Jahre Quelle: Verbrennen von fossilen Brennstoffen, Holz, Rodung der Wälder CH4 Methan und Statistik unten links abzeichnen, ins Heft kleben N2O Lachgas Verweildauer: 150 Jahre Stoffwechselprodukt von Bodenbaktereien Lektion 5: CO2 früher und heute fragen, was CO2 fördert und was CO2 abbaut. Folie zeigen, erklären Zusammen Erde s. 266/267 lesen, klären, Grafiken besprechen Wichtige Facts herausschreiben, Klasse soll suchen z.B.: USA setzt am meisten CO2 frei Kambodscha setzt 12200 mal weniger CO2 frei als USA - Müssten da nicht allgemeingültige Regeln herrschen, schliesslich sind alle Menschen an der Rettung der Erde beteiligt? Ozon Erde s. 268/269/270 still lesen, AB mit Bleistift lösen, korrigieren, einkleben Früher: O2 Menschen Tiere Pflanzen CO2 50% Meer Heute: O2 Menschen Tiere Pflanzen Industrie Verkehr Waldrodung CO2 Durch das Abholzen der Wälder wird der riesige CO2 –Speicher zerstört. Glücklicherweise vermögen die Ozeane rund 50% des anfallenden CO2 aufzunehmen. Problem: Mensch setzt in wenigen Jahren eine Menge an CO2 frei, für deren Speicherung die Natur mehrere Millionen Jahre gebraucht hat. Lektion 6: Kyoto – Protokoll Zusammen Text lesen, besprechen CO2 – Gesetz lesen, besprechen Ins Internet gehen, www.footprint.ch Lektion 7: Quizfragen zum Thema Treibhauseffekt In Klasse oder evtl. als HA Quiz lösen, korrigieren QUIZ: TREIBHAUSEFFEKT • Ohne natürlichen Treibhauseffekt wäre es auf der ErdeC kälter. • In einem Treibhaus hält das Glas die Wärme zurück. Was hält auf der Erde die Wärme zurück? • Nenne natürliche Treibhausgase. • Nenne ein künstliches Treibhausgas. • Was bewirken Sonnenflecken? • Was bewirken Vulkanausbrüche? • Wie ist das Licht, das von der Sonne kommt und wie ist das Licht, das von der Erde zurückgestrahlt wird? • Wann ist es besonders kalt auf der Erde? • Was bewirkt eine höhere CO2 – Konzentration? • Was ist ein Findling? • Was analysiert man bei Bäumen, um Rückschlüsse auf das Klima zu erhalten? • Um wie viele cm ist der Meeresspiegel in den letzten 100 Jahre angestiegen? • Um wie viele C ist die Durchschnittstemperatur in den letzten 100 Jahren gestiegen? • Nenne Gründe für den Anstieg des Meeresspiegels. • Nenne 1 Folge des Meeresanstiegs. • Nenne Folgen der Temperaturzunahme. • Wie viel Prozent des CO2 in der Atmosphäre können Ozeane speichern? • Welche Wälder sind besonders grosse CO2 – Speicher? Warum? • Welcher Prozess macht aus CO2 O2? QUIZ: TREIBHAUSEFFEKT LÖSUNG • Ohne natürlichen Treibhauseffekt wäre es auf der Erde33C kälter. • In einem Treibhaus hält das Glas die Wärme zurück. Was hält auf der Erde die Wärme zurück? Atmosphäre mit ihren Treibhausgasen • Nenne natürliche Treibhausgase. H2O, CO2, N2O, CH4, O3 • Nenne ein künstliches Treibhausgas. Alle, v.a. FCKW • Was bewirken Sonnenflecken? Mehr Sonnenenergie heisser auf der Erde • Was bewirken Vulkanausbrüche? Kälter auf der Erde, da Asche Sonnenenergie zurückhält • Wie ist das Licht, das von der Sonne kommt und wie ist das Licht, das von der Erde zurückgestrahlt wird? Kurzwellig, langwellig • Wann ist es besonders kalt auf der Erde? In klaren Nächten • Was bewirkt eine höhere CO2 – Konzentration? Temperaturanstieg • Was ist ein Findling? Gesteinsbrocken, der nicht dahingehört, wurde durch Gletscher (oder auch Flüsse etc.) dahingebracht • Was analysiert man bei Bäumen, um Rückschlüsse auf das Klima zu erhalten? Jahrringe • Um wie viele cm ist der Meeresspiegel in den letzten 100 Jahre angestiegen? 20 – 30 cm • Um wie viele C ist die Durchschnittstemperatur in den letzten 100 Jahren gestiegen? 0.7C • Nenne Gründe für den Anstieg des Meeresspiegels. Schmelzen des Polareises, warmes Wasser dehnt sich aus • Nenne 1 Folge des Meeresanstiegs. Überschwemmungen • Nenne Folgen der Temperaturzunahme. Schmelzen der Gletscher, Verschiebung Klimazonen, Ausweitung der Wüste, Stürme • Wie viel Prozent des CO2 in der Atmosphäre können Ozeane speichern? 50% • Welche Wälder sind besonders grosse CO2 – Speicher? Warum? Nadelwälder, immergrün • Welcher Prozess macht aus CO2 O2? Photosynthese