Übersicht

SchwerpunktthemenTreibhauseffekt, Ozon und Saurer Regen

in Schulbüchern und Lehrplänender Sekundarstufe I & II

Nina Harsch

SS 2012Seminar „Analyse von Lehrplänen und Schulbüchern“

Prof. Barke

Übersicht

Treibhauseffekt, Ozon und Saurer Regen:

Teil 1: Fachliche Grundlagen

Teil 2: Was fordern die Lehrpläne?

Teil 3: Wie ist die Umsetzung in

Schulbüchern?

Fachliche Grundlagen: Zusammensetzung der Luft

Hauptkomponenten:

1 Vol % = 10 000 ppm 1 ppm = 1.000 ppb 1 ppb = 1.000 ppt

Wasserdampf: 0,4 - 4 % (variabel)

Nach: S

CH

ULT

Z, M

ax Planck Institut für M

eteorologie, Ham

burg (verändert)

Spurengase:

(1) Die Sonne sendet kurzwellige Strahlung zur

Erdoberfläche.

(2) Die Erdoberfläche absorbiert die kurzwellige

Strahlung und re-emittiert sie in Form von

langwelliger Strahlung.

(3) Die Treibhausgase absorbieren die

langwellige Strahlung und re-emittieren sie

anschließend in alle Richtungen.

Solarstrahlung: Sichtbare Strahlung, kurzwelligTerrestrische Strahlung: Wärmestrahlung, langwellig

Erwärmung derTroposphäre

natürlich-18°C → + 15°C

anthropogen+15°C → + 16,6°C

Nac

h: H

ÖT

TE

KE

et

al.,

Den

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t).

Fachliche Grundlagen: Treibhauseffekt


Treibhausgase absorbieren Infrarotstrahlung und werden dadurch in

Schwingung versetzt:Valenzschwingung symmetrisch asymmetrisch

Deformationsschwingung

Ladungsschwerpunkte fallen in jeder Phase der Schwingung zusammen –

Keine Änderung des Dipolmoments

Ladungsverteilung ändert sich periodisch –B e w e g l i c h e s D i p o l m o m e n t

keine IR-Absorption Absorption von IR-Strahlung

IR-inaktiv I R - a k t i v

Treib-haus-gas

Mischungs-Verhältnis

[Vol%]

Absorptions-Bande

Absorptions-Stärke

Lebens-Dauer Beitrag zum

natürlichen Treibhauseffekt(gesamt: +34 °C)

Beitrag zum anthropogenenTreibhauseffekt(gesamt: +1,6 °C)1750 2005 Relatives Treibhauspotential

(bezogen auf 100 Jahre)

H2O 0,4 - 4 % – 66 % –

CO2 280 ppm 379 ppm 1 22 % 66 %

O3 (trop.) 5 ppb 40 ppb 2000 6 % 6 %

N2O 270 ppb 319 ppb 310 5 % 6 %

CH4 715 ppb 1.774 ppb 21 2 % 15 %

FCKW – 3,5 ppb 140 - 11.700 – 8 %

SF6 – 7 ppt 23.900 – –

Auch weitere Luftkomponenten, wie z.B. NO2 und SO2 sind treibhausaktiv, allerdings ist ihr Einfluss aufgrund ihrer minimalen Mischungsverhältnisse vernachlässigbar gering. (vgl. BENEDIX,

2006)

Werte aus: BERNER & STREIF (2001), BLIEFERT (2002), IPCC (2007), JACOBEIT (2007), HOFFMAN & SIMMONS (2008), WEISCHET & ENDLICHER (2008), BUCK & HOHL (2010) (z.T. gemittelt).


Fachliche Grundlagen: Ozon

Ozon in der Stratosphäre: (15 - 40 km Höhe)

- natürliches Vorkommen- 200 - 450 Dobson Units- UV-Absorption durch O3 und O2:

Ozon in der Troposphäre: (0 - 10 km Höhe)

- anthropogen verursacht- 10 - 120 ppb (7 - 78 DU)

- schleimhautreizend (ab 100 ppb)- Beitrag zum Treibhauseffekt

Dobson-Unit:

1 DU entspricht Ozon-Schichtdicke von 0,01 mm unter Normalbedingungen

1 DU = 1,5 ppb

vgl.: IPCC, 2001.Skala: DLR, 2008

UV-C 100 - 280 nm

spaltet O2

UV-B 280 - 315 nm

spaltet O3

UV-A 315 - 400 nm

–http://www.welt-der-physik.devgl. Bundesamt für Strahlenschutz

Fachliche Grundlagen: Ozon (Stratosphäre)

b) geographisch: Brewer-Dobson-Zirkulation1. Ozonbildung in den Tropen2. Transport in Polarregionen

Ausnahme Polarwinter: Kaltluftwirbel bildet sich um Antarktis

und blockiert Zufuhr ozonreicher, tropischer Luft.

Natürlicher Ozonkreislauf:

a) chemisch: Chapman-Zyklus

O3 UV-B O2 + O*

O2 UV-C

2 O*

PolarsommerZufuhr ozonhaltiger Luftmassen

aus Tropen: Ozon-Ausgleich

FCKW-Spaltung => freie Halogenradikale => Ozon-Abbau

1 Chlor-Radikal hat eine Lebensdauer von mehreren Jahrhunderten und kann bis zu

100.000 Ozonmoleküle spalten!

Polarfrühling

Verstärkte UV-Einstrahlung

Polarwinter

Wolken < 80°C FCKW-Eiskristalle

Fachliche Grundlagen: Ozon (Troposphäre)

Ozonbildung Ozonabbau NO2 + O2 NO + O3

Natürlich:

NO2-Quellen:Gewitter, Brände

Gestört:Ozonbildung > Ozonabbau

Nac

h: W

ashi

ngto

n C

ount

y,

Mar

ylan

d (v

erön

dert

)

λ

Die Beziehung von Ozon,

Stickoxiden und VOC ist komplex und nichtlinear!

Je nach Konzentrations-Verhältnissen:

NOx ↑↓

O3 ↑↓

VOC ↑↓

Fachliche Grundlagen: Saurer Regen

a) Natürlich: leicht sauer (pH 5,6)

CO2 + H2O H2CO3

b) Gestört: sauer (pH < 5,0)

SO2 + H2O H2SO3

2 SO2 + O2 2 SO3

SO3 + H2O H2SO4

2 NO + O2 2 NO2

2 NO2 + H2O HNO2 + HNO3


GewässerVegetation

Gebäude

Nach: N

orwegian Institute for W

ater R

esearch, 2010 (verändert)

Nach: B

ME

LV, W

aldzustandserhebung 2009 (v.)

Calciumcarbonat(Kalksandstein, Beton, Marmor)

Calciumsulfat (Gips)

Erosion

El Tajín, M

exiko.U

niversität Mexiko, 2010

England:Emission

Skandinavien:Immission

Saurer Regen

Ozon

Klima-wandel

Daten: Emissions Database for Global Atmospheric Research (EDGAR) , 2010


Emissionen weltweit- Europa: Trend sinkend- Schwellenländer (v.a. Asien):

Wirtschaftliche Entwicklung

Trend steigend

Lehrpläne

In den Lehrplänen gibt es:

Kontexte- Nachhaltigkeit- Energieversorgung- etc.

Inhalte- Luft und Wasser- Energie- etc.

Basiskonzepte

- Chemische Reaktion- Struktur der Materie- Energie

Kompetenzen

- Erkenntnisgewinnung- Kommunikation- Bewertung

festgelegt,obligatorisch

jahrgangsstufen- &

fächerunabhängig

Lehrplan Realschule

Themen Ozon

und Saurer

Regen:

Keine Erwähnung

im Lehrplan

Lehrplan Gymnasium Sek. I

Thema Ozon:

Keine

Erwähnung

im Lehrplan

Lehrplan Gymnasium Sek. II

Thema Saurer

Regen:

Keine Erwähnung

im Lehrplan

„Blickpunkt Chemie“, Realschule, Schroedel

Kap. 9: Säuren und Laugen

9.3 Säuren, chemisch betrachtet (S. 166) → Exkurs: Alltag

Saurer Sprudel, selbst gemacht → Exkurs: Umwelt

Saurer Regen schädigt Wälder und Gesteine

Kap. 13: Energie und Umwelt(S. 235)

13.7 Luftverschmutzung (S. 244-245)13.8 Die Erde schwitzt: Der Treibhauseffekt (S.

246-247)

Kap. 14: Die Welt des Kohlenstoffs: Organische Chemie

14.6 Halogenkohlenwasserstoffe → Exkurs: Umwelt (S. 270) Ozonschicht – Schutzschild der Erde

Lehrplan:ausreichend

mangelhaft

Positiv: Erwähnung von Ozon,

obwohl nicht von

LP gefordert

„Elemente Chemie 1“, Gymnasium Sek I, Klett

Kap. 3: Luft und Wasser – Ressource Luft(S. 112-117)

3.2 Die Luft, die wir atmen3.3 Verbrennungsprodukte der Luft 3.4 Kohlenstoffdioxid und der Treibhauseffekt3.5 Exkurs: Reinhaltung der Luft„Chemie Heute 1“, Gymnasium Sek I,

Schroedel

Kap. 8: Luft – ein lebenswichtiges Gasgemisch

8.1 Atmosphäre im Wandel (S. 105)8.2 Die Luftülle (S. 106)8.6 Schadstoffe in der Luft (S. 112)8.7 Saurer Regen (S. 115)8.8 Treibhauseffekt (S. 116-118)Wissen vernetzt: Luft, ein wichtiges Gasgemisch (S.

121)

Lehrplan:Klett: mangelhaftSchroedel: ausreichend

Klett: befriedigend Schroedel: gut Klett: befriedigend Schroedel: befriedigend

„Elemente Chemie 2“, Gymnasium Sek II, Klett

Kap. 14: Stoffkreisläufe und Umweltchemie

14.16 Atmosphäre und Klima (S. 453)14.17 Erdatmosphäre und Treibhauseffekt (S. 454-

457)14.18 Landwirtschaft & Böden als Klimafaktoren (S. 458-

459)14.21 Speicherung – eine Lösung des CO2-Problems? (S.

466)14.23 Ozon in der Troposphäre – Sommersmog (S. 468-

469)14.24 Ozon in der Stratosphäre – die Ozonschicht (S.

470-471)

„Chemie Heute 2“, Gymnasium Sek II, SchroedelKap. 11: Kohlenwasserstoffe – Alkane, Alkene, Alkine

11.7 Petrochemie → Exkurs: Atmosphäre im Wandel (S. 295)

→ Exkurs: Treibhauseffekt (S. 296-297) → Exkurs: Ozon – UV-Schutzschild (S. 298)

Lehrplan:

Klett: gutSchroedel: gut

Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit!

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