Chemie des Klimawandels
Diese Unterrichtseinheit wurde vom MINT-Lernzentrum in Zusammenarbeit mit dem Departement für Umweltsystemwissenschaften der ETH Zürich entwickelt und bietet wissenschaftlich fundierte und nach den neuesten Erkenntnissen der Lehr- und Lernforschung entwickelte Unterrichtsmaterialien.
Im Mittelpunkt dieser Unterrichtseinheit stehen die Mechanismen, die dem Klimawandel zugrunde liegen. Die Schülerinnen und Schüler lernen, dass unsere Atmosphäre IR-Strahlen von der Erde absorbiert und diese teilweise wieder auf die Erde zurückstrahlt, wodurch sich die Temperaturen auf der Erde erhöhen. Dabei werden sie auf das Zusammenspiel von Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf aufmerksam gemacht, durch das der Effekt der Erhöhung der Kohlenstoffdioxidkonzentration besonders verstärkt wird. In diesem Zusammenhang lernen sie auch den natürlichen Kohlenstoffkreislauf sowie die Quellen und das Ausmass der anthropogenen Kohlenstoffdioxid-Emissionen kennen. Zur Vertiefung wird mit den Schülerinnen und Schülern erarbeitet, wie sich verschiedene Argumente von Leugnern des Klimawandels durch experimentelle Belege und Messreihen entkräften lassen.
Es ist uns allen klar, dass Sonnenstrahlen die Erdoberfläche erwärmen. Aber könnten Sie erklären, warum auch die Atmosphäre die Erde erwärmen kann?
Die unten stehende Abbildung wird häufig von den Leugnern der menschlichen Verursachung der globalen Erwärmung als Beweis dafür verwendet, dass der Klimawandel durch Veränderungen in der Sonnenaktivität herbeigeführt wird. Die Abbildung zeigt die Länge der Sonnenfleckenzyklen (rot) und die Abweichungen der mittleren globalen Temperatur vom langjährigen Mittelwert (blau). Der Verlauf der beiden Kurven ist für die letzten 150 Jahre recht ähnlich.
Kann mit dieser Grafik begründet werden, dass die globale Erwärmung durch die Veränderung der Länge der Sonnenfleckenzyklen verursacht wird?
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Die globale Erwärmung und ihre Folgen stellen ein Kernproblem unserer Gegenwart und der sich abzeichnenden Zukunft dar, was den Klimawandel für den gymnasialen Unterricht bedeutsam macht. Die vorgestellte Unterrichtseinheit bietet einen stufengerechten Zugang zu diesem komplexen und sehr kontrovers diskutierten Thema. Sie wurde an der ETH vom MINT-Lernzentrum in Zusammenarbeit mit dem Departement für Umweltsystemwissenschaften entwickelt und bietet wissenschaftlich fundierte und nach den neuesten Erkenntnissen der Lehr-Lernforschung entwickelte Unterrichtsmaterialien.
Lernziele
Die Schülerinnen und Schüler
- können die Gesetzmässigkeiten bei der Strahlungsbilanz der Erde verstehen.
- können die Absorption der IR-Strahlen durch Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf in der Erdatmosphäre qualitativ nachvollziehen.
- können die zentrale Bedeutung der Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Atmosphäre für das Erdklima verstehen.
- lernen, welche die Quellen der anthropogenen CO2-Emissionen sind.
- lernen, sich fundiert und sachlich an der Diskussion um die Ursachen des Klimawandels zu beteiligen.
- Strahlungsbilanz der Erde
- Absorption der IR-Strahlen durch Bestandteile der Atmosphäre
- Ursachen des Klimawandels, die Rolle des Kohlenstoffdioxids als der bestimmende Faktor für die globale Erwärmung
- Anthropogene CO2-Emissionen
- Auswirkungen der anthropogenen CO2-Emissionen auf das Erdklima und auf den pH-Wert der Ozeane
- Auseinandersetzung mit den Argumenten der Leugner der menschlichen Verursachung des Klimawandels
Versuch: Demonstration der Treibhauswirkung von Kohlenstoffdioxid.
Der Versuch wurde von Prof. Dr. Nicolas Gruber am Institut für Umweltphysik der ETH Zürich entwickelt.
Das Bild einer Person wird mit einer IR-empfindlichen Kamera aufgenommen. Das Plexiglasrohr wird anschliessend mit Kohlenstoffdioxid gefüllt, worauf das Bild der Person verschwindet, da Kohlenstoffdioxid die IR-Strahlen absorbiert.
