Wärmelehre - Klimawandel, Physikübungen

Strahlungsgleichgewicht der Erde, natürliche und anthropogene Beiträge zum Treibhauseffekt und ihre Auswirkungen auf die Erderwärmung - Gesamtaufgabenbestand (lehrplanunabhängig)

Hilfe
  • Argumentationsmethoden in wissenschaftlichen Texten
    • Argumentationsketten baut man auf soliden Aussagen auf. Etwa einem Messwert, einer Beobachtung oder einer abrufbaren, seriösen Quelle.
    • Aus einer wahren Aussage kann man durch Logik auf weitere wahre Aussagen schließen.
    • Aus naturwissenschaftlichen Gesetzmäßigkeiten kann man logische Schlüsse ziehen.
    • Eine Aussage kann man widerlegen, indem man aus ihr mithilfe von Logik eine falsche Aussage ableitet.
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    Aussage:
    Extreme Wetterereignisse wie Hitzewellen oder Starkniederschläge werden häufiger. [Quelle: Umweltbundesamt]
    Folgerung:
    Durch anhaltende Trockenperioden dürrt der Boden aus. Anschließender starker Regen kann dann schlecht aufgenommen werden und führt oft zu lokalen Hochwassern.
    Die Argumentationskette schließt von einer wahren Aussage auf die nächste.
    Naturwissenschaftliche Gesetzmäßigkeiten wurden missachtet.
    Aus einer falschen Aussage kann man keine wahren Aussagen folgern.
    Aus der Folgerung können falsche weitere Folgerungen abgeleitet werden.
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UBA-Erklärfilm: Treibhausgase und Treibhauseffekt
Lernvideo

UBA-Erklärfilm: Treibhausgase und Treibhauseffekt

Kanal: Umweltbundesamt
Begriffe zum Treibhauseffekt und Klimawandel
  • Absorption, absorbieren:
    Aufnahme von thermischer Energie wie Wärme.
  • Aerosol:
    Gemisch aus Gas und winzigen Schwebeteilchen, z.B. Asche, Wassertröpfchen oder Staub.
  • anthropogen:
    Vom Menschen gemacht bzw. verursacht oder beeinflusst.
  • CO2-Äquivalent:
    Vergleichsfaktor für die Treibhauswirkung eines Treibhausgases mit Kohlenstoffdioxid. Ein Kilogramm Methan entspricht in der Treibhausgaswirkung etwa 25 kg CO2.
  • Emission, emittieren:
    Abgabe bzw. Aussenden von etwa thermischer Energie.
  • fossile Brennstoffe:
    Z.B. Erdöl, Erdgas und Kohle. Sie werden zur Energieerzeugung verbrannt. Dabei entsteht Kohlenstoffdioxid.
  • Infrarotstrahlung
    Energiearme Strahlung, auch Wärmestrahlung genannt.
  • natürlicher Treibhauseffekt:
    Verursacht durch Wolken, Vulkanausbrüche und natürlichen Freisetzungen von Treibhausgasen.
  • Strahlungsantrieb:
    Änderung der Energiebilanz der Erde, z.B. durch Verstärkung des Treibhauseffekts durch menschliche Aktivitäten.
  • Treibhausgase:
    Gase in der Atmosphäre, die hauptsächlich Infrarotstrahlung von der Erde aufnehmen und wieder zu ihr zurücksenden. Sie verursachen den Treibhauseffekt. Dazu zählen z.B. Wasserdampf (H2O), Kohlenstoffdioxid (CO2) und Methan (CH4).
  • Troposphäre:
    Unterste Schicht der Erdatmosphäre, die durchschnittlich etwa 12 km dick ist. Hier sammeln sich Treibhausgase.
Natürlicher Treibhauseffekt
Ohne Atmosphäre würde die Energie der Sonnenstrahlung schnell wieder ins Weltall abgestrahlt werden. Auf der Erdoberfläche würde so eine mittlere Temperatur von -18°C herrschen!

Natürlich vorkommende Treibhausgase wie Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid oder Methan lassen die energiereiche Strahlung der Sonne (gelb) hindurch. Die Erde (braun) nimmt sie auf und strahlt energiearme Strahlung (rot) wieder zurück. Diese Strahlung nehmen die Treibhausgasteilchen (weiß) jedoch auf und senden dann einen Teil wieder zurück zur Erde. Dadurch hat die Erdoberfläche eine mittlere Temperatur von angenehmen 15°C.



Anthropogener Einfluss
Durch das Verbrennen von fossilen Brennstoffen, massenhaften Brandrodungen, Fördern von Erdöl oder auch der Herstellung von Zement gelangen große Mengen an Kohlenstoffdioxid in die Atmosphäre, die den natürlichen Treibhauseffekt verstärken.


Brandrodung z.B. zum Futtermittelanbau.


Erdölförderung mit Verbrennung der Begleitgase.


Kohlekraftwerk in Indonesien.
Strahlungsgleichgewicht

Erde und Atmosphäre reflektieren etwa ein Drittel der Sonnenstrahlung (a, d). Den Rest absorbieren sie (b, c) und wandeln die Strahlung in Infrarotstrahlung (Wärmestrahlung) um.

Die Wärme der Erde bewirkt z.B., dass Wasser verdunstet (e) oder die Wärme strahlt direkt ins Weltall (f). Außerdem absorbiert die Atmosphäre Erdwärme (h), strahlt Wärme zurück auf die Erde (i) und emittiert Wärme ins Weltall (g).

Die eingestrahlte Leistung ist gleich der abgestrahlten Leistung. Die Erde ist daher im Strahlungsgleichgewicht.
Argumentationsmethoden in wissenschaftlichen Texten
  • Argumentationsketten baut man auf soliden Aussagen auf. Etwa einem Messwert, einer Beobachtung oder einer abrufbaren, seriösen Quelle.
  • Aus einer wahren Aussage kann man durch Logik auf weitere wahre Aussagen schließen.
  • Aus naturwissenschaftlichen Gesetzmäßigkeiten kann man logische Schlüsse ziehen.
  • Eine Aussage kann man widerlegen, indem man aus ihr mithilfe von Logik eine falsche Aussage ableitet.
Beispiel
Sind die Folgerungen korrekt?
  1. Die Erderwärmung lässt Eis in den Meeren schmelzen.⇒ Damit kann man die Erhöhung der Meeresspiegel begründen.
  2. Eis reflektiert einen Teil der Sonnenstrahlung.⇒ Dieser Teil kommt daher nicht in das System Erde mit Atmosphäre.
  3. Etwa 30 % der Sonnenstrahlung werden wieder ins All reflektiert.⇒ Etwa 70 % speisen damit das System Erde mit Atmosphäre.