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Oliver Schwarz Institut für Didaktik der Physik / Universitätssternwarte Universität Siegen.

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Präsentation zum Thema: "Oliver Schwarz Institut für Didaktik der Physik / Universitätssternwarte Universität Siegen."—  Präsentation transkript:

1 Oliver Schwarz Institut für Didaktik der Physik / Universitätssternwarte Universität Siegen

2 - Der aktuelle Bericht des Weltklimarates und der Begriff des Strahlungsantriebes -Kosmische Strahlungsantriebe im Vergleich -Grenzen des Wachstums bei Primärenergie und Primärleistung – eine Diskussion ganz ohne CO 2 -Energieströme regenerativer und deponierter Energieformen aus planetarer Sicht -Risiken der Nutzung regenerativer Energien - machen wir die gleichen Fehler erneut?

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4 Änderungen in der atmosphärischen Konzentration von Treibhausgasen und Aerosolen, der Sonneneinstrahlung und der Beschaffenheit der Landoberfläche verändern die Energiebilanz des Klimasystems. Diese Änderungen werden in Form des Strahlungsantriebs 2 ausgedrückt, mit dessen Hilfe die wärmenden und kühlenden Einflüsse einer Anzahl von menschlichen und natürlichen Antrieben auf das globale Klima verglichen werden. 2 Der Strahlungsantrieb ist ein Maß für den Einfluss, den ein Faktor auf die Änderung des Gleichgewichts von einfallender und abgehender Energie im System Erde- Atmosphäre hat, und ist ein Index für die Bedeutung eines Faktors als potentieller Mechanismus einer Klimaänderung. Ein positiver Antrieb führt tendenziell zur Erwärmung der Erdoberfläche während ein negativer Antrieb tendenziell zu einer Abkühlung führt. R. B. Alley et al.: Klimaänderung 2007, Wissenschaftliche Grundlagen, Vierter Sachstandsbericht des IPCC

5 L: Leuchtkraft der Sonne in Watt pro Quadratmeter r: Abstand Erde-Sonne

6 … und die Erde rotiert recht schnell, also: S: Strahlungs- antrieb R: Erdradius Außerdem strahlt die Erde 30% der ankommenden Strahlung zurück (A: Albedo), also:

7 Der Strahlungsantrieb - eine Veränderung des Eintrages x 5,7 Wie können wir diese Zahl verstehen/ veranschaulichen? Idee: In der Astronomie sind einige kosmische Einflüsse auf s gut erforscht und zudem sind ihre möglichen Auswirkungen auf das Klima aus der Erdgeschichte recht gut bekannt. Zusätzlicher Vorteil: Kosmische Einflüsse nicht rückgekoppelt. x 0,175 Wir verändern den natürlichen Strahlungshaushalt der Erde um ~1% (laut IPCC).

8 Faustformel: oder Laut IPCC erwarten wir also aus (Linearisierungs- vorbehalt)

9 1. Faint young sun 2. Milankovi č -Zyklen 3. Zyklische Änderungen der Solarkonstante (Aktivitätszyklus der Sonne)

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12 Der Ansatz Berechne A N Dunkle Fläche: Helle Fläche: Bilde den Durchschnitt einer Klassenarbeit Rechne ΔS aus: Mit A1A1 A2A2

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15 Astronomische Strahlungsantriebe, ihre typischen Zeitskalen und ihre klimatischen Auswirkungen young faint sunMilankowi č -PeriodenAktivitätszyklen der Sonne maximaler Strahlungsantrieb in Wm ,5 typische Zeitskala in a (?) Auswirkungenabgesehen von einigen globalen Vereisungszeiten im Durchschnitt eine relativ konstante Erdtemperatur bis in die Gegenwart – teilweise mit deutlich heißeren Klimaperioden als heute Wechsel von Eiszeiten und Zwischeneiszeiten geringfügige Änderungen der mittleren Erdtemperatur Zur Erinnerung: anthropogen verursachter Strahlungsantrieb laut IPCC

16 Die Leuchtkraft der Sonne: Unser gegenwärtiger Leistungsumsatz: Das jährliche Wachstum: 4% In x=790 Jahren erreichen wir die Leuchtkraft der Sonne!

17 Wann hört die Erde auf zu rotieren (Gezeitenkraftwerke)? 360 Jahre Wann müssen wir die Erde lückenlos mit Solarzellen tapezieren? 230 Jahre Weitere Beispiele sind – auch von Schülern – recht leicht zu finden und zu berechnen.

18 Kohle, Kernenergie, Erdöl …Solarenergie, Wasser, Wind, Biomasse

19 Wachstumsberechnung nach bekanntem Muster: + M Mit ΔT=2K Oder bei einer Wachstumsberechnung noch 150 Jahre ! Fazit: Auch ohne CO 2 bekommen wir Abwärme-Probleme !

20 Zentrale Frage: Wie viel dürfen wir aus dem planetaren Energiestrom abzweigen, ohne dass wir den Ökosystemen zu viel wegnehmen? Antwort (vermutlich): Nicht sehr viel… Indizien: z.B. Natürliche Wirkungsgrade in der unbelebten und belebten Natur Wind- und Wasserkraft pro Quadratmeter: ΔT10K, T=288K η=0,03 bzw. Biomassenkonstante:

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24 Aus ΔT=2K folgt Aus folgt

25 Durch den Golfstrom transportierte Wärmeleistung: ca. 20% der meridionalen Wärmediffusion der Nordhalbkugel Mechanische Strömungsenergie des Golfstromes (*) Vergleiche mit dem gegenwärtigen Leistungsbedarf der Menschheit (*) Heinloth: Die Energiefrage, Vieweg, Braunschweig, 2003

26 Elementarisierungen durch Astronomie – astronomischer Unterricht ist bedeutender denn je (Verstehen des Strahlungsantriebes und möglicher Konsequenzen) Klima- und Umweltdiskussion auch ohne CO 2 Debatte Chancen und Probleme regenerativer Energien Planetare Sicht auf Energieströme ermöglicht elementare Erkenntniswege zu den Wachstumsgrenzen der irdischen Zivilisation


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