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Treibhauseffekt der Atmosphäre

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Die Autor*innen
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André Otto
Treibhauseffekt der Atmosphäre
lernst du in der Oberstufe 7. Klasse - 8. Klasse - 9. Klasse

Treibhauseffekt der Atmosphäre Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Treibhauseffekt der Atmosphäre kannst du es wiederholen und üben.
  • Benenne die Bestandteile des Treibhauseffekts.

    Tipps

    Was wird wie erwärmt?

    Lösung

    Der Treibhauseffekt ist einer der populärsten Ursachen für die Erderwärmung.

    Dabei kann der Effekt, der auf der Erde auftritt, auch in einem Gewächshaus beobachtet werden. Dabei wird das Glas durch die Sonne erwärmt. Genau wie andere feste Stoffe. Überleg doch mal, wie schnell Gegenstände im Sommer in der Sonne heiß werden.

    Die Gegenstände erwärmen wiederum die Luft oder auch das Wasser in der Umgebung. Genau das passiert auch in einem Treibhaus.

    Da Glas die Besonderheit hat, dass es für infrarote Strahlung (Wärmestrahlung) nicht durchlässig ist, wird das Glas deutlich stärker erwärmt.

    Neben dem Treibhauseffekt, gibt es auch bedeutende Schwankungen bei der Energieproduktion der Sonne. Anhand der Sonnenflecken kann man diese Schwankungen beobachten. Sind viele dieser Flecken sichtbar, produziert die Sonne mehr Energie. Diese Schwankungen finden periodisch wiederholend statt und sind ganz normal für den Lebenszyklus eines Sterns. Der Effekt auf die Erde ist dabei das Auftreten von Wärmeperiode und Eiszeiten.

    Durch diesen Effekt der Sonne konnte in der mittelalterlichen Wärmeperiode (von ca. 1050 - 1150) in Schottland Wein angebaut werden. Dies war ganz ohne Treibhauseffekt möglich. Heute wäre ein Weinanbau in Schottland unmöglich.

    Ein Anstieg der Sonnenaktivität ist meistens ein Warnzeichen vor einer kommenden Eiszeit.

    Hierzu gibt es jedoch widersprüchliche Aussagen. 2004 wurde noch prognostiziert, dass eine Eiszeit noch 150.000 Jahre auf sich warten ließe. Neuste Untersuchungen sagen aber voraus, dass es schon 2030-2040 zu einer Mini-Eiszeit kommen könnte. Ein solches Phänomen trat zuletzt 1645 bis 1715 auf.

    Doch durch unsere heutigen Möglichkeiten, Lebensbedingungen, etc. brauchen wir diese Naturphänomene weniger zu fürchten als die Menschen 1645-1715.

  • Beschreibe den Treibhauseffekt auf der Erde.

    Tipps

    Welche Bestandteile sind relevant für den Treibhauseffekt?

    Überlege, welche Eigenschaften das Glas beim Gewächshaus im Bezug zum Treibhauseffekt hat.

    Lösung

    Die Strahlung der Sonne zur Erdoberfläche durchdringt die Treibhausgase problemlos. Die Erdoberfläche wird durch die Sonnenstrahlung erwärmt und emittiert dadurch Infrarotstrahlung (IR-Strahlung). Die Treibhausgase jedoch lassen nicht die gesamten IR-Strahlen passieren, sondern nur einen Anteil. Der Großteil der IR-Strahlung, die langwelligere sogenannte Wärmestrahlung, wird von den Treibhausgasen zurück zur Erdoberfläche gestrahlt und erwärmt wiederum die Erdoberfläche. Die erwärmte Erdoberfläche gibt ihre Wärme an die Umgebung (Luft und Wasser) ab. So wird die Luft auf der Erde um ca. 20-30 K erwärmt und das Leben ist dadurch nur durch den natürlichen Treibhauseffekt möglich.

  • Erläutere den anthropogenen Treibhauseffekt.

    Tipps

    Beginne mit den Gründen für den anthropogenen Treibhauseffekt.

    Das Fazit steht am Ende dieser Erläuterung.

    Lösung

    Der anthropogene Treibhauseffekt ist im Gegensatz zum natürlichen Treibhauseffekt ein vom Menschen verursachtes Phänomen. Dabei ist der natürliche Treibhauseffekt wichtig, damit überhaupt das Leben auf der Erde möglich ist. Dagegen ist der anthropogene Treibhauseffekt gefährlich für das Leben auf der Erde. Durch die ständige Erhöhung der Temperatur auf der Erdoberfläche wird es in den nächsten Jahren/Jahrzehnten/Jahrhunderten zu Auswirkungen kommen, die dem Menschen schaden werden.

    Der anthropogene Effekt wird durch den vermehrten Ausstoß von Treibhausgasen wie Kohlenstoffdioxid und Methan verursacht. Die Strahlungsgleichgewichtstemperatur auf der Erdoberfläche ohne Treibhausgase in der Atmosphäre liegt bei $-18 °C$. Durch die Treibhausgase wird diese Luftschicht weiter nach oben in die Atmosphäre verschoben. Bei dieser Verschiebung nach oben nimmt die Temperatur auf der Erdoberfläche pro $km$ um $6,5 °C$ zu.

    Erhöht sich jetzt die Konzentration der Treibhausgase wird die Luftschicht mit $-18 °C$ weiter nach oben verdrängt. Dies führt zu einer weiteren Erhöhung der Temperatur auf der Erde.

    Aus diesem Grund wird der Treibhauseffekt durch den Menschen versucht einzudämmen. Dabei wird versucht, Kohlekraftwerke, die besonders viel Kohlenstoffdioxid ausstoßen, durch erneuerbare Energieformen wie Wind- oder Solarenergie zu ersetzen. Auch wird der Ausstoß der Abgase von Verkehrsmitteln versucht zu reduzieren (Elektroautos, Hybridwagen, Solarflugzeuge).

  • Setze die Eigenschaften des Wassergehalts in der Atmosphäre in Beziehung.

    Tipps

    Welche Auswirkungen hat Wasser in der Atmosphäre?

    Ist Wasserdampf ein Treibhausgas?

    Lösung

    Wasser beziehungsweise Wasserdampf spielt eine sehr große Rolle in der Atmosphäre. Der größte Anteil des Treibhauseffektes mit ca. 36-70 % wird durch Wasserdampf verursacht (ohne Beachtung von Wolken). Wolken in der Atmosphäre dagegen können den Treibhauseffekt abdämpfen.

    Wenn der Wassergehalt in der Luft sehr hoch ist, dann wirkt der Wasserdampf als Treibhausgas und führt zur Erwärmung der Erdoberflächentemperatur.

    Ist der Wassergehalt allerdings in den Wolken, dann sorgen diese für die Reflexion der Sonnenstrahlen. Dadurch gelangen diese nicht mehr an die Erdoberfläche und der Treibhauseffekt wird nicht verstärkt. Ganz im Gegenteil: Die Wolken führen zu einer Abkühlung der Erdoberfläche.

  • Schildere die Rechnung für die mittlere Temperatur der Erdoberfläche.

    Tipps

    Wie beginnt man eine Rechnung?

    Wie lautet die Umformung? Was ist gesucht?

    Lösung

    Die Berechnung der mittleren Temperatur auf der Erdoberfläche kann mit Hilfe des Stefan-Boltzmann-Gesetzes erfolgen.

    Dafür wird die relative Energiestromstärke mit und ohne Treibhauseffekt ins Verhältnis gesetzt. Gleichzeitig werden natürlich auch die dazugehörigen Temperaturen ins Verhältnis gesetzt.

    Anschließend müssen die Werte für die relative Energiestromstärke eingesetzt werden. Die Energiestromstärke ohne Treibhauseffekt ist $0,7 Pa$. Die Energiestromstärke mit Treibhauseffekt ist $1,46 Pa$. Davon muss jedoch die Konvektion mit $0,05 Pa$ und die Verdunstung des Wassers mit $0,27 Pa$ abgezogen werden, und man erhält $1,14 Pa$.

    Nun wird die Gleichung nach $T_m$ umgestellt. Als Ergebnis erhält man $287 K$ und das sind $14 °C$.

  • Wende die Berechnung der mittleren Erdoberflächentemperatur an.

    Tipps

    Wie lauten die Umformungen?

    Welche Größe ist gesucht?

    Lösung

    Die Berechnung der mittleren Temperatur auf der Erdoberfläche kann mit Hilfe des Stefan-Boltzmann-Gesetzes erfolgen. Dafür werden die relative Energiestromstärke mit und ohne Treibhauseffekt ins Verhältnis gesetzt. Gleichzeitig werden natürlich auch die dazugehörigen Temperaturen ins Verhältnis gesetzt. Anschließend müssen die Werte für die relative Energiestromstärke eingesetzt werden. Die Energiestromstärke ohne Treibhauseffekt ist $0,7 Pa$. Die Energiestromstärke mit Treibhauseffekt ist $1,46 Pa$. Davon muss jedoch die Konvektion mit $0,05 Pa$ und die Verdunstung des Wassers mit $0,27 Pa$ abgezogen werden, und man erhält $1,14 Pa$. Nun wird die Gleichung nach $T_m$ umgestellt. Als Ergebnis erhält man $287 K$. Das sind $14 °C$.

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