Nur wer die wissenschaftlichen Hintergründe zum Klimawandel und dessen Folgen versteht, kann nachhaltig und begründet handeln! Um die große Herausforderung „Klimawandel“ für Schüler*innen und Bürger*innen erfahrbarer zu machen, haben wir an Bord der Make Science den Klimakoffer der Ludwig-Maximilians-Universität in Zusammenarbeit mit dem prominenten Ehepaar und Astrophysiker Prof. Dr. Cecilia Scorza und Prof. Dr. Harald Lesch, genommen.
Mit relativ einfachen Aufbauten können damit von der Absorption von Wärmestrahlung durch CO2, über den Albedo-Effekt, bis hin zur Versauerung der Meere, verschiedene naturwissenschaftliche Zusammenhänge in Experimenten untersucht werden.
Im Folgendem sind exemplarisch zwei mögliche Experimente vorgestellt. An Bord warten noch viele weitere spannende Experimente darauf, entdeckt zu werden. Experimentiert werden kann im Rahmen der offenen Bordtür (jeden Donnerstag ab 16 Uhr) oder bei Vereinbarung eines Termins für Schulklassen oder Gruppen. Sprechen Sie dazu unseren Referenten für Erneuerbare Energien, Leo Carstens, direkt an: carstens@science2public.com
Experiment 1: Die Erde wird bestrahlt
Warum wird die Erde nicht immer heißer, obwohl sie ständig von der Sonne bestrahlt wird?
Je wärmer ein Körper ist, desto mehr Energie gibt er in Form von Wärmestrahlung ab. Diese Strahlung können wir mit unseren Augen nicht sehen, aber durchaus fühlen. Wird ein Körper bestrahlt, wird er immer wärmer und gibt damit auch stärker wieder Wärmestrahlung ab. Sind die aufgenommene und abgestrahlte Energie gleich, befindet er sich im Strahlungsgleichgewicht und hat eine Gleichgewichtstemperatur erreicht. Wie sind diese Gedanken nun auf die Erde übertragbar?
Eine kleine Styroporkugel, die exemplarisch unsere Erde darstellen soll, wird auf ein Thermometer gesteckt und von einer sehr hellen Glühbirne bestrahlt.Aller 20 Sekunden messen wir die Temperatur. Die steigt am Anfang sehr schnell, dann langsamer und zum Schluss garnicht mehr.
Wie kann das sein, unsere Erde wird doch weiterhin bestrahlt? Die Lösung sieht man mit einer Wärmebildkamera. Diese macht Wärmestrahlung sichtbar. Man erkennt wie unsere kleine Erde Wärmestrahlung wieder abgibt.
Die Erde ist also im Strahlungsgleichgewicht und hat ihre Gleichgewichtstemperatur erreicht. Die Erde wird nicht immer heißer, weil sie die aufgenommene Strahlung der Sonne in Form von Wärmestrahlung wieder ins Weltall abstrahlt.
Und welche Rolle spielen Eisflächen für die Temperatur der Erde?
Für das Experiment tauschen wir die Erde gegen ein weißes Stück Papier, das einen Gletscher darstellt. Zusätzlich stecken wir auf ein weiteres Thermometer ein graues Stück Papier, das Gestein unter einem geschmolzenen Gletscher simuliert. Wir bestrahlen beide Papierstücke und messen die Temperaturen. Man bemerkt, dass das graue Papier viel heißer als das weiße Papier und erreicht eine höhere Gleichgewichtstemperatur. Warum ist das so?
Helle Flächen auf der Erde, wie z.B. Eis und Schnee, reflektieren das einfallende Licht der Sonne stärker als z.B. Wasser oder der Erdboden.
Das reflektierte Licht trägt nicht zur Erwärmung bei. Dadurch erwärmen sich helle Flächen weniger als dunkle Flächen.
Der Verlust von weißen Flächen durch die Erderwärmung hat somit negative Auswirkungen für das Erdklima.
Experiment 2: Die Ozeane als CO2-Speicher
Warum macht CO2 die Ozeane sauer und welche Folgen hat dies?
Messungen des pH-Wertes zeigen eine zunehmende Versauerung der Ozeane. Der pH-Wert ist eine Zahl, die angibt, wie sauer oder basisch das Wasser ist. Steigt in der Erdatmosphäre der Gehalt des Treibhausgases CO2 (bspw. durch das Verbrennen fossiler Brennstoffe), löst sich dieses im Meerwasser und reagiert zu Kohlensäure. Täglichen Kontakt haben wir damit in Form von Sprudelwasser. Für uns ist sie nicht schädlich. Gefährlich iwird es allerdings für Meeresbewohner, die an das versauerte Wasser nicht angepasst sind.
Um die Versauerung zu prüfen geben wir in unserem Experiment 20 ml Wasser in ein Becherglas und fügen vier Tropfen eines Farbindikators hinzu, bis sich die Lösung grün färbt. Der Indikator verfärbt sich nach dem ph-Wert der Flüssigkeit. Grün bedeutet neutral, also weder sauer noch basisch. Danach erzeugen wir in einem Erlenmeyerkolben CO2. Dazu geben wir Zitronensäure, Natron und Wasser in den Kolben.
Die Mischung reagiert und blubbert, wobei CO2, unser Gas, entsteht. Dieses leiten wir in unsere grüne Farblösung. Nach ein paar Sekunden können wir beobachten, wie sich die Lösung langsam bräunlich verfärbt. Die Lösung ist sauer geworden. Das kann nur an der durch CO2 erzeugten Kohlensäure liegen.
Wir wissen jetzt, dass Kohlensäure die Ozeane sauer macht. Je mehr CO2 in der Atmosphäre vorhanden ist, desto saurer werden auch die Ozeane. Doch wenn die Ozeane jede Menge CO2 speichern können, warum tragen sie bei Erwärmung trotzdem dazu bei den Treibhauseffekt zu verstärken?
Warum verstärkt die Erwärmung der Ozeane die globale Erwärmung?
Die Ozeane haben eine Doppelrolle bei der Milderung der globalen Erwärmung: einerseits speichern sie Wärme, andererseits nehmen sie CO2 aus der Atmosphäre auf. Wenn die Temperatur des Wassers zunimmt, verlieren diese Speicher aber ihre Wirkung: Warmes Wasser nimmt weniger Wärme auf und kann weniger CO2 lösen.
Die temperaturabhängige Löslichkeit von CO2 in Wasser wollen wir nun untersuchen. Dazu benutzen wir unsere saure, bräunlich gefärbte Lösung davor. Eine Hälfte der Lösung stellen wir zum Vergleich beiseite. Anschließend halten wir das Becherglas über ein Teelicht und erwärmen es langsam. Was lässt sich beobachten? Wir stellen beide Teile der Flüssigkeit zur Bobachtung auf ein weißes Blatt Papier.
Die warme Lösung ist wieder grünlich eingefärbt, die kalte ist braun geblieben. Durch das Erhitzen ist die Lösung wieder neutral geworden und ist nicht mehr sauer. Das bedeutet, dass kein CO2 mehr in der Lösung in Form von Kohlensäure gelöst ist.
Warmes Wasser kann CO2 nicht so gut lösen und speichern. Für die Ozeane bedeutet das, dass sie das gespeicherte CO2 wieder an die Atmosphäre abgeben und somit den Klimawandel weiter vorantreiben.
Weitere Hintergrundinformationen unter https://klimawandel-schule.de/de/videos-animationen-und-praesentationen. Oder kommen Sie selbst, mit Ihrer Klasse an Bord. Wir freuen uns auf Ihren Besuch.