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Physik

Der verstärkte Treibhauseffekt als Modell

Ein Modell zeigt vereinfacht, wie zusätzliche Treibhausgase die Erde wärmer machen. Es erklärt viel, hat aber Grenzen.

  • ca. 12 Minuten
  • Klasse 10
  • Niveau: Standard

Das lernst du heute

  • Ich kann den menschlich verstärkten Treibhauseffekt mit einem Modell beschreiben.
  • Ich kann an einem Zahlenbeispiel zeigen, wie eine Atmosphäre die Erdoberfläche wärmer macht.
  • Ich kann Grenzen des Modells nennen.

Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst diese Lektion: Der Treibhauseffekt: natürlich und vom Menschen verstärkt

Die Erde wird von der Sonne erwärmt und sendet selbst Wärmestrahlung aus. Treibhausgase wie Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid und Methan in der Atmosphäre nehmen einen Teil dieser Wärmestrahlung auf. Sie senden sie in alle Richtungen wieder aus, auch zurück zur Erde. Das ist der natürliche Treibhauseffekt. Ohne ihn läge die mittlere Temperatur bei etwa −18 °C. Mit ihm liegt sie bei etwa +15 °C. Der Mensch gibt zusätzlich Treibhausgase ab, vor allem durch das Verbrennen von Kohle, Erdöl und Erdgas. So verstärkt er den Effekt. Die Atmosphäre schluckt dann mehr Wärmestrahlung, und die Gegenstrahlung wird größer. Die mittlere Temperatur steigt. Das nennt man den menschlich verstärkten Treibhauseffekt. Man beschreibt ihn mit einem theoretischen Modell. Ein Modell vereinfacht die Wirklichkeit, damit man sie erklären und vorhersagen kann. Das bekannte Gewächshaus-Bild ist so ein Modell. Es passt nur teilweise: Im Gewächshaus hält das Glas auch die warme Luft zurück, in der Atmosphäre wirkt vor allem die Aufnahme von Strahlung.

Zahlenmodell mit einer Atmosphärenschicht (stark vereinfacht, ausgedachte Einheiten).
Schritt im einfachen ModellEinheiten
Erde nimmt Sonnenstrahlung auf70
Erde sendet Wärmestrahlung nach oben140
Atmosphäre nimmt davon auf140
Atmosphäre sendet nach oben ins All70
Atmosphäre sendet nach unten zur Erde (Gegenstrahlung)70
Erde erhält insgesamt: Sonne + Gegenstrahlung70 + 70 = 140

Das Zahlenmodell nachrechnen

  1. Ohne Atmosphäre: Die Erde nimmt 70 Einheiten auf und strahlt im Gleichgewicht 70 ab.
  2. Mit einer Schicht nimmt die Atmosphäre alle abgestrahlten Einheiten auf. Sie sendet die Hälfte nach unten und die Hälfte nach oben.
  3. Nach oben muss insgesamt 70 entweichen. Also sendet die Schicht 70 nach oben und 70 nach unten.
  4. Die Erde erhält 70 + 70 = 140 und strahlt 140 ab.
  5. Ergebnis: Die Erdoberfläche strahlt doppelt so viel ab wie ohne Schicht. Sie ist wärmer.

Ich verstehe das noch nicht

Such dir aus, was dir hilft.

Noch einfacher erklärt

Gase in der Luft halten Wärme zurück.

Mehr Gase heißt mehr Wärme.

Das Modell ist eine Vereinfachung.

Ein Beispiel

Beispiel

Eine Bettdecke hält die Körperwärme zurück. Eine dickere Decke hält mehr Wärme zurück. Dir wird wärmer. Die Treibhausgase wirken ähnlich wie eine Decke für die Wärmestrahlung der Erde.

Schritt für Schritt

Du erklärst den Effekt in vier Schritten.

  1. Die Sonne wärmt die Erde.
  2. Die Erde sendet Wärmestrahlung aus.
  3. Treibhausgase nehmen einen Teil auf und senden ihn teilweise zurück.
  4. Mehr Treibhausgase: mehr Gegenstrahlung, höhere Temperatur.

Mit einem Bild erklärt

AussageNatürlicher EffektVerstärkter Effekt
UrsacheGase, die es von Natur aus gibtzusätzliche Gase durch den Menschen
FolgeMittel etwa +15 °C statt −18 °Cweitere Erwärmung
Gase (Beispiele)Wasserdampf, CO2CO2 aus Kohle, Erdöl, Erdgas; Methan

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Ausprobieren

Jetzt zusammen

Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.

Im Zahlenmodell nimmt die Erde 70 Einheiten Sonnenstrahlung auf. Die Gegenstrahlung beträgt 70 Einheiten. Wie viele Einheiten erhält die Erdoberfläche insgesamt?

Zeig mir den ersten Schritt

Rechne Sonnenstrahlung + Gegenstrahlung.

Lösung ansehen

Lösung: 140

70 + 70 = 140 Einheiten.

Üben

Jetzt du

Jetzt probierst du es allein.

Ohne Atmosphäre strahlt die Erde im Modell 70 Einheiten ab. Mit Atmosphärenschicht sind es 140. Um wie viele Einheiten ist es mehr?

Zeig mir den ersten Schritt

Rechne 140 − 70.

Lösung ansehen

Lösung: 70

140 − 70 = 70. Die Erdoberfläche strahlt 70 Einheiten mehr ab, weil sie wärmer ist.

Tipp: Frage bei jedem Modell: Was zeigt es gut? Was lässt es weg? Nur so erkennst du seine Grenzen.

Merksatz: Treibhausgase nehmen Wärmestrahlung auf und senden einen Teil zur Erde zurück (Gegenstrahlung). Mehr Treibhausgase bedeuten mehr Gegenstrahlung und eine wärmere Erde.

Typischer Fehler: Das Ozonloch und der Treibhauseffekt werden oft verwechselt. Das Ozonloch betrifft die UV-Strahlung der Sonne. Der Treibhauseffekt betrifft die Wärmestrahlung der Erde.

Prüfen

Mini-Quiz

4 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.

Frage 1 Was tun Treibhausgase mit der Wärmestrahlung der Erde?
Zeig mir den ersten Schritt

Was passiert mit der Strahlung in der Atmosphäre?

Lösung ansehen

Lösung: Sie nehmen einen Teil auf und senden ihn auch zurück zur Erde.

Frage 2 Ohne natürlichen Treibhauseffekt wäre die Erde im Mittel wärmer.
Lösung ansehen

Lösung: Stimmt nicht

Frage 3 Wofür steht das Wort Modell hier?
Lösung ansehen

Lösung: Für eine Vereinfachung, mit der man etwas erklären kann.

Frage 4 Welche Grenze hat das Gewächshaus-Bild?
Lösung ansehen

Lösung: Im Gewächshaus hält das Glas auch warme Luft zurück.

Geschafft

Treibhausgase halten Wärmestrahlung zurück und senden einen Teil zur Erde. Der Mensch verstärkt den Effekt durch zusätzliche Treibhausgase. Das Modell erklärt dies vereinfacht und hat Grenzen.

Zum Schluss

Kannst du das schon?

Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.

Zum Ausdrucken

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