Jacob-Grimm-school proudly presents The Treibhaus Effekt Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Definition Unter dem Begriff versteht man den atmosphärischen Wärmestau der von der Sonne beschienenen Erde. Der durch menschliche Eingriffe vermutete Anteil am atmosphärischen Treibhauseffekt wird anthropogener Treibhauseffekt genannt. Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Geschichte I Als erster Wissenschaftler beschäftigte sich der französische Physiker Jean-Baptiste Fourir (1768 - 1830) mit der Erwärmung der Erdoberfläche. Er schlug die Existenz eines wärmenden atmosphärischen Effekts vor, die die Erde wärmer hielt als sie sonst wäre. Man schreibt im die Erfindung des Begriffs Treibhauseffekt zu. Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Geschichte II Der irische Physiker John Tyndall baute das erste Differenzspektrometer und bewies die Behauptung Fouriers, dass Gase in der Atmosphäre die Wärme absorbieren können. Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Geschichte III Der schwedische Wissenschaftler und spätere Nobelpreisträger Svante Arrhenius spekulierte, in wie weit wärmeabsorbierende Gase wie CO2 zur Erderwärmung beitrugen. Er war der erste Wissenschaftler, der sich mit der Frage beschäftigte, wie eine Verdopplung des CO2-Gehaltes durch Verbrennung von fossilen Energiequellen das Klima beeinflussen könnte. Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Natürlicher Treibhauseffekt I Nach unseren heutigen Erkenntnissen ist die Erde der einzige Planet im Universum, auf dem eine Vielzahl von unterschiedlichen Ökosystemen existiert. Die Aufrechterhaltung dieser Lebensräume ist allerdings nur möglich, da die Temperatur auf der Erdoberfläche immer ungefähr gleich bleibt. Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Natürlicher Treibhauseffekt II Mit Hilfe des natürlichen Treibhauseffektes erwärmt sich die Erde auf eine angenehme Durchschnitts-temperatur von 15 °C, anstatt auf -18 °C, wie es ohne natürlichen Treibhauseffekt der Fall wäre. Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Natürliche Treibhausgase I Ohne die Treibhausgase in der Atmosphäre wäre natürliches Leben auf der Erde nicht möglich. Doch diese Gase dürfen nicht in zu großer Menge ausgestoßen werden, da sie dafür verantwortlich sind, dass sich die Erde erwärmt. Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Natürliche Treibhausgase II Zu den natürlichen Treibhausgasen (unseren Lebensrettern!) gehören die Spurengase Kohlendioxid (CO2), Lachgas (NO2), Ozon (O3), Methan (CH4) und Wasserdampf (H2O). Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Natürliche Hauptquellen des Methan sind Moorgebiete. Der Anteil des Menschen an der Methanemission beträgt jedoch fast 75%: durch Aktivitäten wie verstärkten Verbrennung von Erdgas, Reisanbau, Massentierhaltung und Müllentsorgung wird künstlich Methan produziert. Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Kohlendioxid Im Ökosystem Erde besitzt die Atmosphäre einen geringen Anteil an Kohlendioxid, welcher von tierischen Lebewesen bei der Atmung freigesetzt und von den Pflanzen wieder aufgenommen wird. In diesem Fließgleichgewicht hat der Kohlendioxidanteil in der Erdatmosphäre einen Wert von ungefähr 0,03% oder – in Partikel pro Million ausgedrückt – 300 ppm. Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Physikalischer Hintergrund I Das von der Sonne eingestrahlte sichtbare Licht durchdringt unsere Atmosphäre ungehindert und erwärmt den Erdboden. Von dort wird die Energie in Form von Wärmestrahlung zurück zur Atmosphäre geschickt, wo sie nun sowohl ins All als auch zurück auf die Erde geworfen wird. Die Temperatur ist im Inneren deshalb höher als außen – auf diese Weise hält sich unsere Erde mit Hilfe des Treibhauseffektes angenehm warm – anstatt -18°C beträgt die durchschnittliche Temperatur auf dem Planeten 15°C. Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Physikalischer Hintergrund II Reflektion auf der Erdoberfläche langwellellige Infrarotstrahlung kurzwellige Sonnenstrahlen Absorbtion und Emission durch Treibhausgase Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Physikalischer Hintergrund III Treibhausgase haben die Fähigkeit, mit der Wellenlänge von Infrarotlicht zu schwingen. Sobald Infrarotlicht auf ein solches Gas trifft, wandelt es die Lichtenergie in Bewegungsenergie um und regt benachbarte Moleküle ebenfalls zum Schwingen an – die Atmosphäre erwärmt sich. Je höher die Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre, desto stärker heizen diese sich auf. Die schwingenden Moleküle geben ihre Bewegungsenergie schließlich als Infrarotstrahlung wieder ab. Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Künstlicher Treibhauseffekt I Durch die Nutzung fossiler Brennstoffe wird zusätzlich CO2 in die Erdatmosphäre eingebracht, wodurch die Kohlendioxidkonzentration erhöht wird, derzeit auf etwa 365ppm. Zudem werden weitere Treibhausgase durch menschliche Aktivitäten emittiert, die - wie beispielsweise Methan, Distickstoffoxid (Lachgas) - ebenfalls zum Treibhauseffekt beitragen. Methan wird durch Landwirtschaft, insbesondere Viehzucht, vermehrt freigesetzt, Distickstoffoxid beispielsweise durch Fahrzeug-Katalysatoren. Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Künstlicher Treibhauseffekt II Durch den erhöhten Ausstoß der Treibhausgase, durch den Menschen, steigt die Anzahl der sich in der Atmosphäre befindlichen Moleküle. Es wird immer weniger Strahlung in das Weltall durchgelassen. Die Folge ist eine Erhöhung der Erdtemperatur. Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Treibhausgaskonzentration II Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Treibhausgaskonzentration I Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

CO2 Emissionen Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Wellenlänge der Sonne Aufgrund ihrer hohen Temperatur von etwa 5500 °C liegt die von der Sonne abgegebene Strahlung hauptsächlich im Bereich des sichtbaren Lichts, d.h. in dem Wellenlängenbereich bis etwa 5,8 – 7,8 Mikrometer (1 Mikrometer entspricht 1 Millionstel Meter). Die Energie der kurzwelligen Sonneneinstrahlung beträgt oberhalb der Erdatmosphäre 1368 Watt pro Quadratmeter. Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Die Funktionen der Atmosphäre I Schutz vor schneller Auskühlung und Überhitzung (z.B. Wärmeausgleich zwischen Tag und Nacht). Transparenz für das lebenswichtige Sonnenlicht zu den Oberflächen der Kontinente und Ozeane (Energiequelle). Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Die Funktionen der Atmosphäre II Schutz der Lebewesen vor schädlicher bzw. tödlicher Strahlung aus dem Weltraum (Filter für UV- und Röntgenstrahlung der Sonne). Ermöglichen einer durchschnittlichen Oberflächentemperatur von ca. +15°C anstatt -18°C. Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Chemie der Atmosphäre I Die Atmosphäre setzt sich hauptsächlich aus Stickstoff (78,1 %), Sauerstoff (20,9 %) und Argon (0,93 %) zusammen. Klimawirksam sind allerdings nur die sogenannten Spurengase wie Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4), Distickstoffoxid (N2O)und Ozon (O3), deren Anteil zusammen unter 1% liegt. Hinzu kommt noch der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre, der regional sehr verschieden ist, aber im Mittel bei 1% liegt. Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Chemie der Atmosphäre II Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Weitererwärmung der Erde Folgen Weitererwärmung der Erde Verschiebung der Klimagrenzen: fruchtbare Gebiete versteppen oder werden zu Wüsten Ernährungskatastrophen Polkappen schmelzen ab: der Meeresspiegel steigt um 50 bis 60 cm Häufigkeit und Intensität von Unwettern steigt Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Das Jahr 2050 Für das Jahr 2050 ist mit einem Anstieg der durchschnittlichen globalen Temperaturen um 2 - 3°C zu rechnen, in einzelnen Regionen (z.B. Polarregionen) werden sich die durchschnittlichen Temperaturen um 8 - 12°C erhöhen. Parallel dazu wird der mittlere globale Niederschlag um 3 - 15% zunehmen. Generell muss mit einer Verschärfung der Wetterextreme gerechnet werden. Sowohl Starkniederschläge wie Trockenperioden werden häufiger auftreten. Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Reduktion der Treibhausgasemissionen Nachhaltige Entwicklung Maßnahmen Reduktion der Treibhausgasemissionen Nachhaltige Entwicklung Förderung von alternativen Energiequellen (staatl. Zuschüsse) Jeder einzelne Bürger kann einen kleinen Beitrag zum Energiesparen leisten Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Kyoto-Protokoll Das Kyoto-Protokoll ist ein Zusatzprotokoll zur Ausgestaltung der Klima-Rahmenkonvention der Vereinten Nationen für den Klimaschutz. Es schreibt verbindliche Ziele für die Verringerung des Ausstoßes von Treibhausgasen fest, welche als Auslöser der globalen Erwärmung gelten. Die Zunahme dieser Treibhausgase wird großteils auf menschliche Aktivitäten zurückgeführt, nämlich durch das Verbrennen fossiler Brennstoffe. Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Deutschland soll hierbei seine Treibhausgasemissionen um 21% senken. Kyoto-Zielsetzung Die Vertragsstaaten haben das Ziel, ihre Emissionen bis zum Jahre 2012 um durchschnittlich 5,2 Prozent unter das Niveau von 1990 zu senken. Die einzelnen Länder haben dabei unterschiedliche Vorgaben, die vor allem von ihrer wirtschaftlichen Entwicklung abhängen. Für die EU ist eine Senkung der Emissionen um 8 Prozent vorgesehen, Für Entwicklungsländer sind gar keine Beschränkungen vorgesehen. Deutschland soll hierbei seine Treibhausgasemissionen um 21% senken. Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Kassel 2050 CO2 566 ppm +28 cm +28 cm CO2 400 ppm 370 ppm 9°C +20 cm …wenn wir uns wie bisher verhalten: …wenn wir das Kyoto-Protokoll einhalten: CO2 566 ppm 11°C 11°C +28 cm +28 cm CO2 400 ppm 370 ppm 9°C +20 cm 370 ppm 9°C +20 cm HEUTE HEUTE Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)

Quellennachweis www.zum.de/Faecher/Materialien/ www.econautix.de www.klett-verlag.de www.wikipedia.de www.naturpark-bayer-wald.de www.deutsches-museum.de www.boell.de www.nasa.gov www.hamburger-bildungsserver.de/klima/klimawandel/atmosphaere/aufbau http://lbs.hh.schule.de/klima/fifty/wasser/Wueste.gif www. meteo.uni-koeln.de/content/forschung/klimadiagnose www.htldornbirn.at/images/inhalt/solarzelle_sonne.jpg www.extremefarming.de www.ilexikon.com/images www.espere.net/Germany/water/detroposde.html www.hdm-stuttgart.de/seminare/nwtd/wilde/ Team Treibhauseffekt: Martin Banze, Alexander Brenk, Florian Rüppel, Yang Hwan Lim (Jacob-Grimmschule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)