Biologie · Klasse 9–13 · aktualisiert
Treibhauseffekt in der Biologie einfach erklärt
Verfolge den Strahlungsweg, unterscheide natürlichen und menschlich verstärkten Treibhauseffekt und erkläre die Eis-Albedo-Rückkopplung.
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Kurz gesagt
Beim Treibhauseffekt nehmen Gase einen Teil der Wärmestrahlung der Erde auf und geben sie wieder ab. Der natürliche Effekt ermöglicht lebensfreundliche Temperaturen. Zusätzliche Gase aus menschlichen Aktivitäten verstärken die Erwärmung.
Der natürliche Treibhauseffekt hält einen Teil der von der Erde abgegebenen Wärmestrahlung in der unteren Atmosphäre. Dadurch herrschen lebensfreundliche Temperaturen. Zusätzliche Treibhausgase aus menschlichen Aktivitäten verstärken diesen Effekt und verändern das Klima sowie die Lebensbedingungen in Ökosystemen.
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4 Abschnitte
Die Atmosphäre ist die Gashülle der Erde. In ihr befinden sich Treibhausgase wie Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid, Methan, Ozon und Lachgas. Kurzwellige Sonnenstrahlung gelangt durch die Atmosphäre. Ein Teil wird reflektiert, ein anderer Teil von der Erdoberfläche aufgenommen. Die erwärmte Oberfläche gibt Energie als langwellige infrarote Wärmestrahlung ab. Treibhausgase nehmen einen Teil davon auf und senden Strahlung in verschiedene Richtungen aus, auch zurück zur Erdoberfläche. Dadurch bleibt mehr Energie im System.
Definition
Treibhauseffekt
Der Treibhauseffekt ist die Erwärmung der Erdoberfläche und der unteren Atmosphäre durch Gase, die einen Teil der von der Erde abgegebenen infraroten Wärmestrahlung aufnehmen und wieder abgeben.
Beispiel
- 1An einem sonnigen Tag nimmt eine dunkle Bodenfläche viel Sonnenenergie auf und erwärmt sich.
- 2Anschließend gibt sie Energie als Wärmestrahlung ab.
- 3Befinden sich Treibhausgase in der Atmosphäre, kann ein Teil dieser Strahlung absorbiert und erneut ausgesendet werden.
- 4Nicht die direkte Sonnenstrahlung, sondern die von der erwärmten Oberfläche abgegebene Wärmestrahlung ist dabei der entscheidende Ansatzpunkt.
Merke: Kurzwellige Sonnenstrahlung kommt an. Die erwärmte Erde sendet langwellige Wärmestrahlung aus. Treibhausgase absorbieren und emittieren einen Teil dieser Wärmestrahlung.
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Der natürliche Treibhauseffekt entsteht durch natürlich vorhandene Treibhausgase. Ohne ihn läge die globale Durchschnittstemperatur nach den vorliegenden Angaben ungefähr bei −18 °C. Mit ihm liegt sie etwa bei +14 bis +15 °C. Die genannten Werte sind globale Näherungen; ihre Differenz beträgt ungefähr 33 °C. Der natürliche Effekt ist deshalb kein Umweltschaden. Er gehört zu den Voraussetzungen für lebensfreundliche Bedingungen auf der Erde. Anthropogen bedeutet „vom Menschen verursacht“. Der anthropogen verstärkte Treibhauseffekt entsteht, wenn menschliche Aktivitäten die Konzentration von Treibhausgasen erhöhen. Dann wird zusätzlich Wärmestrahlung absorbiert und wieder ausgesendet. Das führt zu einer weiteren Erwärmung.
Treibhausgase haben natürliche und menschliche Quellen. Für den anthropogenen Treibhauseffekt ist entscheidend, dass menschliche Aktivitäten zusätzliche Mengen freisetzen oder natürliche Speicher verkleinern. Natürlich vorkommendes und durch Menschen freigesetztes CO₂ sind chemisch derselbe Stoff. Die zusätzliche Menge aus menschlichen Aktivitäten erhöht seine Konzentration in der Atmosphäre. Entwaldung wirkt auf zwei Wegen: Bei Brandrodung kann CO₂ frei werden. Zugleich gibt es weniger Pflanzen, die bei ihrem Stoffwechsel CO₂ aufnehmen können. Die grundlegende Wirkungskette lautet: menschliche Aktivität → zusätzliche Treibhausgase → stärkere Wirkung auf die ausgehende Wärmestrahlung → zusätzliche Erwärmung
Merke: Natürlich bedeutet: lebensnotwendiger Grundeffekt. Anthropogen bedeutet: zusätzliche Verstärkung durch menschliche Emissionen.
| Treibhausgas | Beispiele für Quellen |
|---|---|
| Kohlenstoffdioxid, CO₂ | Verbrennung von Kohle, Erdöl und Erdgas; Verkehr; Industrie und Energieerzeugung; Entwaldung und Brandrodung |
| Methan, CH₄ | Viehhaltung und Reisfelder; natürlich auch Sümpfe und die bakterielle Zersetzung organischen Materials |
| Lachgas, N₂O | mikrobielle Umsetzungen nach dem Einsatz von Stickstoffdünger |
| Wasserdampf | natürlicher Wasserkreislauf; wichtig für den natürlichen Treibhauseffekt |
| Fluorierte Gase | technische Anwendungen, beispielsweise in bestimmten Kühl- und Klimaanlagen |
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Eine zusätzliche Erwärmung verändert nicht nur die Lufttemperatur. Sie kann ganze Wirkungsketten auslösen: Gletscher und polare Eismassen schmelzen. Schmelzwasser von Gletschern und anderen Eismassen an Land sowie die Ausdehnung wärmeren Meerwassers tragen zum Meeresspiegelanstieg bei. Lebensräume verändern sich oder gehen verloren. Rasche Veränderungen können die Anpassungsfähigkeit von Tier- und Pflanzenarten überfordern. Trockenperioden, Brände, starke Niederschläge und andere Wetterextreme können Ökosysteme und Landwirtschaft belasten. Nicht jede einzelne Überschwemmung, Dürre oder jeder Brand lässt sich allein mit dem Treibhauseffekt erklären. Der Klimawandel verändert jedoch Bedingungen und Risiken, unter denen solche Ereignisse auftreten.
Die Ozeanversauerung entsteht dagegen direkt durch die zusätzliche CO₂-Aufnahme des Meeres, nicht durch die Erwärmung des Wassers selbst.
Definition
Ökosystem
Ein Ökosystem umfasst Lebewesen, ihre unbelebte Umwelt und die Wechselwirkungen zwischen beiden.
Beispiel
- 1Ein Meeresgebiet nimmt zusätzliches CO₂ auf.
- 2Dadurch sinkt der pH-Wert des Wassers: Der Ozean versauert.
- 3Diese Veränderung kann Meeresorganismen belasten und damit auch Beziehungen im marinen Ökosystem verändern.
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Helle Neuschneeflächen besitzen eine hohe Albedo und reflektieren viel Sonnenstrahlung. Tiefes Wasser hat eine niedrige Albedo und absorbiert einen größeren Anteil. Schmilzt helles Eis, kommt häufig dunkleres Wasser oder dunkler Boden zum Vorschein. Diese Fläche nimmt mehr Sonnenenergie auf und erwärmt sich stärker. Dadurch kann weiteres Eis schmelzen. Eine solche sich selbst verstärkende Wirkung nennt man positive Rückkopplung. „Positiv“ bedeutet hier nicht „gut“, sondern „verstärkend“.
Definition
Albedo
Die Albedo beschreibt, welcher Anteil einfallender Strahlung von einer nicht selbst leuchtenden Oberfläche zurückgeworfen wird. Der Wert 0 steht für vollständige Absorption, der Wert 1 für vollständige Reflexion.
Beispiel
- 1Erwärmung lässt eine Eisfläche schrumpfen.
- 2Die nun sichtbare dunklere Fläche absorbiert mehr Sonnenenergie.
- 3Die zusätzliche Erwärmung fördert wiederum weiteres Schmelzen.
- 4So verstärkt eine Folge die ursprüngliche Veränderung.
Merke: Der Treibhauseffekt betrifft vor allem den Umgang der Atmosphäre mit Wärmestrahlung. Die Albedo beschreibt die Reflexion an Oberflächen. Beide Prozesse können zusammenwirken, sind aber nicht dasselbe.
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Alles auf einen Blick
Treibhauseffekt
Strahlungsweg
Kurzwellige Sonnenstrahlung erreicht die Erde; die Erdoberfläche sendet langwellige Wärmestrahlung aus; Treibhausgase absorbieren und emittieren einen Teil.
Formen
Der natürliche Effekt ermöglicht lebensfreundliche Temperaturen; anthropogene Emissionen verstärken den Effekt.
Ursachen der Verstärkung
fossile Energieträger, Verkehr, Industrie, Landwirtschaft, Viehhaltung und Entwaldung
Biologische Folgen
veränderte Lebensräume, Anpassungsdruck, Ozeanversauerung und Risiken für die Artenvielfalt
Rückkopplung
Eisverlust senkt die Albedo; stärkere Absorption fördert weitere Erwärmung.
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Den Strahlungsweg an einer Fläche verfolgen
- 1Kurzwellige Sonnenstrahlung erreicht eine Bodenfläche; ein Teil wird reflektiert, ein anderer aufgenommen.
- 2Die erwärmte Fläche sendet langwellige Wärmestrahlung aus.
- 3Treibhausgase nehmen einen Teil dieser Wärmestrahlung auf und geben Strahlung in mehrere Richtungen ab.
- 4Steigt ihre Konzentration durch menschliche Emissionen, verstärkt sich die Erwärmungswirkung.
Fehler finden
Den Strahlungsweg prüfen In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 3Richtig: Treibhausgase nehmen einen Teil der langwelligen Wärmestrahlung der Erde auf und senden Strahlung wieder aus. Sie sperren nicht die gesamte Sonnenstrahlung ein.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Bei der Verbrennung fossiler Energieträger wird zusätzliches freigesetzt. Viehhaltung ist eine Quelle von . Lachgas kann bei mikrobiellen Umsetzungen nach der Verwendung von entstehen. Durch höhere Treibhausgaskonzentrationen wird der Treibhauseffekt verstärkt.
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
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