Treibhauseffekt und Treibhausgase
Im Sommer steigst du in ein Auto, das in der Sonne stand: Drinnen ist es viel heißer als draußen. Die Sonnenstrahlen kommen durch die Scheiben, die Wärme aber kommt schlechter wieder heraus. Etwas Ähnliches passiert mit der ganzen Erde. Beim Auto liegt es vor allem daran, dass die warme Luft nicht entweichen kann. Bei der Erde liegt es dagegen an der Absorption der Wärmestrahlung durch Gase in der Atmosphäre. Warum ist die Erde nicht eiskalt, und warum wird sie trotzdem immer wärmer?
Der natürliche Treibhauseffekt
Die Sonne strahlt Licht auf die Erde. Der Erdboden nimmt es auf und erwärmt sich. Dann gibt er selbst Wärmestrahlung (Infrarotstrahlung) ab. Ohne Atmosphäre ginge diese Strahlung fast ganz ins Weltall.
Die Atmosphäre enthält aber Treibhausgase. Sie lassen das Sonnenlicht weitgehend durch, nehmen aber einen Teil der Wärmestrahlung auf und geben sie wieder ab, auch zurück zur Erde. So bleibt mehr Wärme in Bodennähe. Genauer: Die Treibhausgasmoleküle absorbieren die Infrarotstrahlung und geben sie in alle Richtungen wieder ab, also auch zurück zum Erdboden.
Ohne diesen natürlichen Treibhauseffekt läge die Durchschnittstemperatur der Erde bei etwa $-18\,^\circ\mathrm{C}$. Mit ihm sind es etwa $15\,^\circ\mathrm{C}$. Der Unterschied beträgt $15\,^\circ\mathrm{C} - (-18\,^\circ\mathrm{C}) = 33\,^\circ\mathrm{C}$. Erst dadurch gibt es flüssiges Wasser und Leben, wie wir es kennen.
Ergänze: „Treibhausgase lassen das Sonnenlicht durch, halten aber einen Teil der $\dots$ von der Erde zurück. Dadurch wird die Erde $\dots$.“
Ergänze: „Treibhausgase lassen das Sonnenlicht durch, halten aber einen Teil der $\dots$ von der Erde zurück. Dadurch wird die Erde $\dots$.“
Treibhausgase und ihre Quellen
Wichtige Treibhausgase sind:
| Gas | Formel | Wichtige Quellen |
|---|---|---|
| Wasserdampf | $\mathrm{H_2O}$ | Verdunstung der Meere |
| Kohlenstoffdioxid | $\mathrm{CO_2}$ | Verbrennung von Kohle, Erdöl, Erdgas, Benzin; Abholzung |
| Methan | $\mathrm{CH_4}$ | Viehhaltung (Rinder), Reisfelder, Mülldeponien |
| FCKW | – | früher Kühlmittel und Treibgas in Spraydosen |
Stickstoff und Sauerstoff, die Hauptbestandteile der Luft, sind keine Treibhausgase.
Kohlenstoffdioxid entsteht bei jeder Verbrennung kohlenstoffhaltiger Stoffe. Wortgleichung: Kohlenstoff + Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid. Wer Auto fährt, heizt mit Gas oder Öl oder Strom aus Kohlekraftwerken erzeugt, setzt $\mathrm{CO_2}$ frei. Das Ruhrgebiet mit seinen Kraftwerken und Stahlwerken ist dafür ein bekanntes Beispiel.
Nenne zwei Treibhausgase und gib ihre chemische Formel an.
Nenne zwei Treibhausgase und gib ihre chemische Formel an.
Nenne zwei menschliche Tätigkeiten, durch die Kohlenstoffdioxid in die Luft gelangt.
Nenne zwei menschliche Tätigkeiten, durch die Kohlenstoffdioxid in die Luft gelangt.
Der zusätzliche Treibhauseffekt
Seit der Industrialisierung verbrennt der Mensch immer mehr Kohle, Erdöl und Erdgas und rodet Wälder. Der $\mathrm{CO_2}$-Gehalt der Luft steigt. Mehr Treibhausgase halten mehr Wärme zurück: Das ist der zusätzliche (anthropogene) Treibhauseffekt. Die Folge ist die globale Erwärmung.
Wie stark der CO₂-Gehalt steigt, messen unter anderem das Umweltbundesamt und das LANUV NRW; die Daten sind im Internet einsehbar. Neben Treibhausgasen entstehen bei Verbrennungen auch Luftschadstoffe: Schwefeldioxid (aus schwefelhaltiger Kohle), Stickoxide (aus Motoren), Feinstaub (aus Verkehr und Heizungen) und Kohlenstoffmonooxid (bei unvollständiger Verbrennung). Sie reizen die Atemwege und schädigen Pflanzen. Für sie gibt es Grenzwerte, zum Beispiel für Feinstaub in Umweltzonen wie in Köln oder Düsseldorf. Wird ein Grenzwert überschritten, besteht Handlungsbedarf, etwa weniger Autoverkehr oder Filter in Kraftwerken. Folgen für Deutschland sind zum Beispiel häufigere Hitzesommer, Starkregen mit Hochwasser an Rhein und Ahr, Trockenheit und Schäden an Wäldern im Sauerland.
Der natürliche Treibhauseffekt hält die Durchschnittstemperatur der Erde bei etwa $15\ °\text{C}$. Ohne ihn läge sie bei etwa $-18\ °\text{C}$. a) Berechne den…
Der natürliche Treibhauseffekt hält die Durchschnittstemperatur der Erde bei etwa $15\ °\text{C}$. Ohne ihn läge sie bei etwa $-18\ °\text{C}$.
- a) Berechne den Temperaturunterschied.
- b) Erkläre, warum der natürliche Treibhauseffekt für das Leben wichtig ist.
- c) Erkläre, was der zusätzliche (anthropogene) Treibhauseffekt ist.
Die Tabelle zeigt den $\text{CO}2$-Gehalt der Luft: | Jahr | CO₂ in ppm | |---|---| | 1960 | 317 | | 1990 | 354 | | 2020 | 414 | a) Berechne den Anstieg von 1960 bis…
Die Tabelle zeigt den $\text{CO}_2$-Gehalt der Luft:
| Jahr | CO₂ in ppm |
|---|---|
| 1960 | 317 |
| 1990 | 354 |
| 2020 | 414 |
- a) Berechne den Anstieg von 1960 bis 2020.
- b) Berechne die prozentuale Zunahme (auf eine Nachkommastelle).
- c) Nenne eine Ursache für den Anstieg.
Beim Verbrennen von Benzin entsteht Kohlenstoffdioxid. Ein Auto verbraucht $6{,}0\ \text{L}$ Benzin auf $100\ \text{km}$ und stößt dabei etwa $2{,}3\ \text{kg}$…
Beim Verbrennen von Benzin entsteht Kohlenstoffdioxid. Ein Auto verbraucht $6{,}0\ \text{L}$ Benzin auf $100\ \text{km}$ und stößt dabei etwa $2{,}3\ \text{kg}$ $\text{CO}_2$ pro Liter aus.
- a) Berechne den $\text{CO}_2$-Ausstoß auf $100\ \text{km}$.
- b) Berechne den Ausstoß bei einer Fahrt von Köln nach Hamburg ($430\ \text{km}$).
- c) Nenne zwei Möglichkeiten, den Ausstoß zu verringern.
Methan, Bilanzen und Bewertung
Methan ist ein stärkeres Treibhausgas als $\mathrm{CO_2}$, kommt aber in viel kleinerer Menge vor. Es verbrennt nach
$$\mathrm{CH_4} + 2\,\mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{CO_2} + 2\,\mathrm{H_2O}$$Zum Ausgleichen zählst du die Atome: links 1 C, 4 H, 4 O; rechts 1 C, 4 H, $2 + 2 = 4$ O. Die Gleichung stimmt.
Wird Methan verbrannt (z. B. in einer Biogasanlage oder an einer Fackel), entsteht aus jedem Methanmolekül ein $\mathrm{CO_2}$-Molekül. Pro Molekül wirkt $\mathrm{CO_2}$ deutlich schwächer als Methan. Das Verbrennen ist daher klimafreundlicher als das Entweichenlassen, aber ganz ohne Treibhausgas geht es nicht. Bei Biogas kommt hinzu: Der Kohlenstoff stammt aus Pflanzen (z. B. Mais, Gülle aus Futterpflanzen), die das $\mathrm{CO_2}$ kurz vorher aus der Luft aufgenommen haben. Es gelangt also nur so viel $\mathrm{CO_2}$ zurück, wie vorher entnommen wurde – anders als bei Erdgas aus der Erde.
Um zu bewerten, was sich lohnt, hilft eine Bilanz in Prozent. Beispiel: Heizen $3{,}0\,\mathrm{t}$ von insgesamt $8{,}0\,\mathrm{t}$ ergibt $3{,}0 : 8{,}0 = 37{,}5\,\%$. Der größte Posten hat meist das größte Einsparpotenzial.
Ein Schüler sagt: „Der Treibhauseffekt ist schlecht und sollte ganz verschwinden.“ a) Beurteile die Aussage fachlich. b) Unterscheide zwischen natürlichem und…
Ein Schüler sagt: „Der Treibhauseffekt ist schlecht und sollte ganz verschwinden.“
- a) Beurteile die Aussage fachlich.
- b) Unterscheide zwischen natürlichem und zusätzlichem Treibhauseffekt.
- c) Nenne zwei Folgen der globalen Erwärmung für Deutschland.
Methan ($\text{CH}4$) ist ein stärkeres Treibhausgas als $\text{CO}2$. Es entsteht unter anderem bei der Viehhaltung und in Reisfeldern. Die Verbrennung von Methan…
Methan ($\text{CH}_4$) ist ein stärkeres Treibhausgas als $\text{CO}_2$. Es entsteht unter anderem bei der Viehhaltung und in Reisfeldern. Die Verbrennung von Methan erfolgt nach $\text{CH}_4 + 2\,\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}$.
- a) Prüfe, ob die Gleichung ausgeglichen ist.
- b) Erkläre, warum das Verbrennen von Methan (Biogasanlage, Fackel) klimafreundlicher sein kann als das Entweichenlassen.
- c) Diskutiere, dass auch bei dieser Verbrennung ein Treibhausgas entsteht.
Eine Familie in Düsseldorf möchte ihren $\text{CO}2$-Fußabdruck verkleinern. Sie hat folgende Jahreswerte: Heizen $3{,}0\ \text{t}$, Auto $2{,}5\ \text{t}$, Strom…
Eine Familie in Düsseldorf möchte ihren $\text{CO}_2$-Fußabdruck verkleinern. Sie hat folgende Jahreswerte: Heizen $3{,}0\ \text{t}$, Auto $2{,}5\ \text{t}$, Strom $1{,}5\ \text{t}$, Flugreise $1{,}0\ \text{t}$.
- a) Berechne die Gesamtemission und den Anteil jedes Bereichs in Prozent.
- b) Schlage drei Maßnahmen vor und schätze die mögliche Einsparung.
- c) Bewerte, welche Maßnahme am wirkungsvollsten ist.