Treibhauseffekt
Bei Schneider Laborplan erhalten Lehrerinnen und Lehrer umfangreiche Demonstrationsmaterialen zur Darstellung des Treibhauseffekts im naturwissenschaftlichen Unterricht
Der Treibhauseffekt wurde 1824 von Joseph Fourier entdeckt. Er erkannte, dass die Erde wärmer war, als sie anhand der damals bekannten Strahlungsgesetze sein müsste. Er führte dies auf die Beobachtung zurück, dass die Erdatmosphäre gut durchlässig für sichtbares Licht, aber schlecht durchlässig für Infrarotstrahlung ist. Dies führe seiner Ansicht nach dazu, dass die Wärme bodennah festgehalten wird. Schon er wies auf einen möglichen Einfluss des Menschen auf das Erdklima hin. 1862 identifizierte dann John Tyndall die für den Treibhauseffekt hauptsächlich verantwortlichen Gase Wasserdampf und CO2.
Mit den Versuchsaufbauten und Demonstrationsmodellen von Schneider Laborplan können bspw. die IR-Absorptionseigenschaften für verschiedene Gase bestimmt werden, um ihre Treibhauswirkung abzuschätzen. Die Modellversuch von Schneider Laborplan ermöglichen es, dass Schülerinnen und Schüler verstehen, warum Treibhausgase Infrarotstrahlung absorbieren.
![Thermosäule, Sonde zur Messung von Schwarzkörperstrahlung, 3B Scientific, Art. 1000824 [U8441301]](https://laborplan.de/media/catalog/product/cache/0759f48af9fd552a51da5802a6d0f518/u/8/u8441301_01ailg6fuzv3thf.jpeg)
![1000837 [U8460500-230]](https://laborplan.de/media/catalog/product/cache/0759f48af9fd552a51da5802a6d0f518/u/8/u8460500-115_01b89wfdfr70904.jpeg)
Die Wirkung des Treibhauseffektes auf die mittlere Temperatur der Erdoberfläche lässt sich mit dem Gleichgewicht zwischen eingestrahlter und abgestrahlter Strahlungsleistung erklären
Erste quantitative Berechnungen zur Treibhauswirkung von CO2 wurden 1896 von Svante Arrhenius durchgeführt. 1958 begann Charles D. Keeling die systematische Erforschung des anthropogenen Treibhauseffektes. Durch ihn wurden zahlreiche Messstationen für Kohlendioxid in der Atmosphäre eingerichtet. Die Keeling-Kurve gibt den Verlauf der CO2-Konzentration seit 1958 an. Keeling erbrachte den Nachweis, dass sich die CO2-Konzentration in der Atmosphäre durch menschliche Aktivität erhöht. Die negativen Folgen einer möglichen, durch Treibhausgasemission verursachten globalen Erwärmung wurden erst im Laufe der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts erkannt.
Feststoffe und Flüssigkeiten mit einer Temperatur von mehr als 0 Kelvin senden Wärmstrahlung aus, deren Spektrum allein abhängig von ihrer Temperatur ist. Das Spektrum gleicht einer verzerrten Gaußschen Glockenkurve, deren Maximum sich mit steigender Temperatur zu kurzen Wellenlängen verschiebt (Planckverteilung). Die von einem Körper ausgesandte Strahlung wird also mit steigender Temperatur energiereicher.
Die Sonne hat eine Temperatur von etwa 5.777 K. Ihr Strahlungsmaximum entspricht dem für uns sichtbaren Licht. Die auf einen Körper einwirkende Strahlungsleistung pro Fläche sinkt quadratisch mit größer werdendem Abstand zur Sonne. Auf die kugelförmige Erde trifft durchschnittlich eine Strahlungsleistungsdichte von 342 W/m2 . Hiervon wird ein Teil von Wolken, Aerosolen und der Erdoberfläche selbst reflektiert. Der Großteil der einfallenden UV- und Infrarotstrahlung wird bereits in der oberen Atmosphäre von der Ozonschicht und von Wasserdampf absorbiert und wieder emittiert. Für sichtbares Licht hingegen ist die Atmosphäre weitestgehend durchlässig (atmosphärisches Fenster). Es gelangt ungehindert zur Erdoberfläche und erwärmt diese. Ohne den Treibhauseffekt würde eine Strahlungsleistungsdichte von netto etwa 205 W/m2 von der Erde absorbiert werden.
Absorption elektromagnetischer Strahlung führt zu Erwärmung des absorbierenden Körpers. Im Sinne des Strahlungsgleichgewichtes erwärmt sich der Körper so lange, bis die absorbierte Strahlungsleistung der vom Körper emittierten Strahlungsleistung entspricht. Ohne Berücksichtigung des Treibhauseffektes hätte die Erde eine Temperatur von - 28 °C (245 K). Nach der Planckverteilung liegt das Strahlungsmaximum eines Körpers dieser Temperatur im infraroten Bereich. Die von der Erde ausgehende Strahlung ist also IRLicht.
Treibhausgase haben wie das Dach eines Treibhauses die Eigenschaft, bei bestimmten Wellenlängen Infrarotstrahlung zu absorbieren und wieder zu emittieren. Die Emission von Strahlung erfolgt in alle Raumrichtungen, sodass ein großer Teil der IR-Strahlung wieder in Richtung Erdoberfläche zurückgestrahlt wird (atmosphärische Gegenstrahlung). Dieser Teil der Strahlung erwärmt die Erde zusätzlich, sodass sich das Strahlungsgleichgewicht verschiebt. Unter Berücksichtigung des Treibhauseffektes ergibt sich eine mittlere Temperatur der Erdoberfläche von etwa +15 °C. Eine Erhöhung der Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre hat nach diesem Modell eine Erhöhung der mittleren Oberflächentemperatur zur Folge.
Mit den Versuchsaufbauten von Schneider Laborplan können bspw. die IR-Absorptionseigenschaften für verschiedene Gase bestimmt werden, um ihre Treibhauswirkung abzuschätzen. Die Modellversuch von Schneider Laborplan ermöglichen es, dass Schülerinnen und Schüler verstehen, warum Treibhausgase Infrarotstrahlung absorbieren.
