Die globale Strahlungsbilanz

Aktive Lernformen machen unsichtbare Prozesse wie die globale Strahlungsbilanz greifbar. Wenn Schülerinnen und Schüler mit Modellen arbeiten, diskutieren und kollaborativ forschen, erkennen sie die Zusammenhänge zwischen Strahlung, Atmosphäre und Ozeanen als dynamisches System. Diese Methode fördert das Systemdenken, das für das Verständnis des Klimas zentral ist.

• Klasse 10
• Globale Herausforderungen und Vernetzungen: Unsere Erde im 21. Jahrhundert
• 3 Aktivitäten
• 30 Min.–90 Min.

Lernziele

1. Analysieren Sie die Energieflüsse der kurzwelligen und langwelligen Strahlung an der Erdoberfläche und in der Atmosphäre.
2. Erklären Sie die physikalischen Mechanismen, die zum Treibhauseffekt beitragen und die Erdtemperatur beeinflussen.
3. Vergleichen Sie die Auswirkungen unterschiedlicher Oberflächenalbedowerte auf die Absorption und Reflexion solarer Strahlung.
4. Berechnen Sie die Netto-Strahlungsbilanz für verschiedene Szenarien unter Berücksichtigung von Einstrahlung, Albedo und Rückstrahlung.
5. Bewerten Sie die Rolle von Aerosolen und Wolken bei der Veränderung der globalen Strahlungsbilanz.

Lernen an Stationen

⏱ 90 Min.·Kleingruppen

Lernen an Stationen: Motoren des Klimas

An verschiedenen Stationen führen Schüler Experimente zur Albedo, zur Wärmekapazität von Wasser im Vergleich zu Land und zur Corioliskraft durch. Sie protokollieren ihre Beobachtungen und verknüpfen diese mit den globalen Windsystemen.

Vorbereitung & Details

Analysieren Sie, wie die Albedo die globale Strahlungsbilanz beeinflusst.

Moderationstipp: Beim Stationenlernen 'Motoren des Klimas' stellen Sie sicher, dass jede Station klare Materialien und eine präzise Aufgabenstellung enthält, damit die Schülerinnen und Schüler selbstständig arbeiten können.

Setup: Im Raum verteilte Tische/Stationen

Materials: Stationskarten mit Arbeitsanweisungen, Unterschiedliche Materialien je Station, Timer für die Rotation

• Erinnern
• Verstehen
• Anwenden
• Analysieren
• Selbststeuerung
• Beziehungsfähigkeit

Concept-Mapping

⏱ 45 Min.·Kleingruppen

Kollaborative Untersuchung: Die Hadley-Zelle

Schülergruppen erstellen ein dreidimensionales Modell oder eine digitale Animation der Hadley-Zelle. Sie erklären sich gegenseitig die Entstehung der Passatwinde und der ITC, wobei jede Gruppe einen spezifischen Aspekt (Druck, Temperatur, Feuchtigkeit) übernimmt.

Vorbereitung & Details

Erklären Sie die Rolle des Treibhauseffekts für das Klima auf der Erde.

Setup: Tische für große Papierformate oder Wandflächen

Materials: Begriffskarten oder Haftnotizen, Plakatpapier, Marker, Beispiel für eine Concept Map

• Verstehen
• Analysieren
• Erschaffen
• Selbstwahrnehmung
• Selbststeuerung

Ich-Du-Wir (Denken-Austauschen-Vorstellen)

⏱ 30 Min.·Partnerarbeit

Ich-Du-Wir (Denken-Austauschen-Vorstellen): Ozeane als Wärmespeicher

Zuerst analysieren Schüler einzeln Karten der Meeresströmungen. In Paaren diskutieren sie den Einfluss des Golfstroms auf das europäische Klima und präsentieren ihre Hypothesen zur Frage, was bei einer Abschwächung der Thermohalinen Zirkulation passieren würde.

Vorbereitung & Details

Vergleichen Sie die Auswirkungen kurzwelliger und langwelliger Strahlung auf die Atmosphäre.

Setup: Standard-Klassenzimmer; die Lernenden wenden sich dem Sitznachbarn zu

Materials: Diskussionsimpuls (projiziert oder gedruckt), Optional: Notizblatt für die Partnerarbeit

• Verstehen
• Anwenden
• Analysieren
• Selbstwahrnehmung
• Beziehungsfähigkeit

Dieses Thema unterrichten

Experten empfehlen, die Strahlungsbilanz als Kreislauf zu vermitteln, nicht als lineare Kette von Ursache und Wirkung. Vermeiden Sie es, die Atmosphäre als passiven Filter darzustellen, sondern betonen Sie ihre aktive Rolle durch Rückkopplungsprozesse wie das Albedo-Feedback. Nutzen Sie lokale Beispiele, um globale Prozesse zu veranschaulichen, etwa den Unterschied zwischen schneebedeckten und asphaltierten Flächen in Ihrer Region.

Was Sie erwartet

Erfolgreiches Lernen zeigt sich darin, dass Schülerinnen und Schüler die Strahlungsbilanz als zentrales Element des Klimasystems erklären können. Sie identifizieren die Wechselwirkungen zwischen Sonnenstrahlung, Atmosphäre und Ozeanen und wenden diese Kenntnisse auf konkrete klimatische Phänomene an, etwa die Hadley-Zelle oder die Rolle der Ozeane als Wärmespeicher.

Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

Häufige Fehlvorstellung

During Stationenlernen 'Motoren des Klimas', watch for Schüler, die glauben, die Jahreszeiten entstünden durch den schwankenden Abstand der Erde zur Sonne.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Nutzen Sie die Globus- und Taschenlampenstation, um die Neigung der Erdachse zu demonstrieren und den Einfallswinkel der Sonnenstrahlen zu vergleichen. Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler die Position der Erde im Jahresverlauf markieren und die Auswirkungen auf die Strahlungsintensität beschreiben.

Häufige Fehlvorstellung

During Kollaborative Untersuchung 'Die Hadley-Zelle', watch for Schüler, die die Atmosphäre als passiven Reaktor auf Erwärmung betrachten.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Nutzen Sie die Diskussion über das Albedo-Feedback in dieser Aktivität, um die aktive Rolle der Atmosphäre zu verdeutlichen. Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler in Kleingruppen überlegen, wie sich die Reflexion von Sonnenlicht auf die Erwärmung der Atmosphäre auswirkt.

Ideen zur Lernstandserhebung

Lernstandskontrolle

After Stationenlernen 'Motoren des Klimas', erhalten die Schülerinnen und Schüler eine Grafik der globalen Strahlungsbilanz. Sie identifizieren zwei Komponenten, die bei einer Erhöhung der globalen Durchschnittstemperatur voraussichtlich zunehmen und zwei, die abnehmen würden, und begründen dies kurz.

Kurze Überprüfung

During Think-Pair-Share 'Ozeane als Wärmespeicher', stellen Sie die Frage: 'Erklären Sie in eigenen Worten, warum eine Schneedecke die Erdtemperatur stärker beeinflusst als ein dunkler Asphaltweg.' Sammeln Sie die Antworten und besprechen Sie die Unterschiede in der Albedo.

Diskussionsfrage

After Kollaborative Untersuchung 'Die Hadley-Zelle', diskutieren die Schülerinnen und Schüler in Kleingruppen: 'Welche Rolle spielen Wolken in der Strahlungsbilanz – sind sie eher kühlend oder wärmend?' Fordern Sie die Gruppen auf, ihre Argumente mit Bezug auf kurz- und langwellige Strahlung zu formulieren.

Erweiterungen & Unterstützung

• Fordern Sie schnelle Schülerinnen und Schüler auf, die Strahlungsbilanz für eine fiktive Klimazone zu skizzieren und die Auswirkungen einer erhöhten CO₂-Konzentration zu prognostizieren.
• Unterstützen Sie Lernende mit Schwierigkeiten, indem Sie ihnen eine vereinfachte Grafik der Strahlungsbilanz vorgeben, in der sie die Pfeile für Ein- und Ausstrahlung beschriften.
• Vertiefen Sie das Thema mit einer Internetrecherche zu aktuellen Satellitendaten der NASA zur globalen Strahlungsbilanz und lassen Sie die Schülerinnen und Schüler Trends analysieren.

Schlüsselvokabular

Albedo	Das Verhältnis der reflektierten zur einfallenden Sonnenstrahlung. Eine hohe Albedo bedeutet starke Reflexion (z.B. Eis), eine niedrige Albedo bedeutet starke Absorption (z.B. dunkle Böden).
Treibhauseffekt	Die Erwärmung der Erdoberfläche durch Treibhausgase in der Atmosphäre, die langwellige Wärmestrahlung absorbieren und re-emittieren.
Kurzwellige Strahlung	Die von der Sonne emittierte elektromagnetische Strahlung, hauptsächlich im sichtbaren und ultravioletten Bereich. Sie erwärmt die Erdoberfläche direkt.
Langwellige Strahlung	Die von der Erdoberfläche und der Atmosphäre emittierte Wärmestrahlung, hauptsächlich im infraroten Bereich. Sie wird von Treibhausgasen absorbiert.
Strahlungsbilanz	Die Differenz zwischen der absorbierten kurzwelligen Sonnenstrahlung und der von der Erde abgegebenen langwelligen Wärmestrahlung. Sie bestimmt die Energiebilanz der Erde.