Schwerpunktthemen Treibhauseffekt Ozon und Saurer Regen in Schulbchern

Schwerpunktthemen Treibhauseffekt, Ozon und Saurer Regen in Schulbüchern und Lehrplänen der Sekundarstufe I & II Nina Harsch SS 2012 Seminar „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: Spurengase : Nach: SCHULTZ, Max Planck Institut für Meteorologie, Hamburg (verändert) Wasserdampf: 0, 4 - 4 % (variabel) 1 Vol % = 10 000 ppm 1 ppm = 1. 000 ppb 1 ppb = 1. 000 ppt

Fachliche Grundlagen: Treibhauseffekt Nach: HÖTTEKE et al. , Den Treibhauseffekt verstehen, Unterricht Physik 20, 2009 (verändert). Solarstrahlung: Sichtbare Strahlung, kurzwellig Terrestrische Strahlung: Wärmestrahlung, langwellig (1) Die Sonne sendet kurzwellige Strahlung zur Erdoberfläche. (2) Die Erdoberfläche absorbiert die kurzwellige Strahlung und re-emittiert sie in Form von langwelliger Strahlung. Erwärmung der Troposphäre natürlich -18°C → + 15°C (3) Die anthropogen +15°C → + 16, 6°C Treibhausgase absorbieren die langwellige Strahlung und re-emittieren sie anschließend in alle Richtungen.

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 – Bewegliches Dipolmoment keine IR-Absorption von IR-Strahlung IR-inaktiv IR-aktiv

Fachliche Grundlagen: Treibhauseffekt Mischungs. Verhältnis Treibhausgas [Vol%] 1750 H 2 O 2005 0, 4 - 4 % Absorptions. Bande Beitrag zum natürlichen Treibhauseffekt Beitrag zum anthropogenen Treibhauseffekt (gesamt: +34 °C) (gesamt: +1, 6 °C) – 66 % – Absorptions. Stärke Lebens. Dauer Relatives Treibhauspotential (bezogen auf 100 Jahre) CO 2 280 ppm 379 ppm 1 22 % 66 % O 3 (trop. ) 5 ppb 40 ppb 2000 6% 6% N 2 O 270 ppb 319 ppb 310 5% 6% CH 4 715 ppb 1. 774 ppb 21 2% 15 % FCKW – 3, 5 ppb 140 - 11. 700 – 8% SF 6 – 7 ppt 23. 900 – – Auch weitere Luftkomponenten, wie z. B. NO 2 und SO 2 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 in der Stratosphäre: Dobson-Unit: - 1 DU entspricht Ozon-Schichtdicke von 0, 01 mm unter Normalbedingungen 1 DU = 1, 5 ppb natürliches Vorkommen 200 - 450 Dobson Units UV-Absorption durch O 3 und O 2: UV-C 100 - 280 nm spaltet O 2 UV-B 280 - 315 nm spaltet O 3 UV-A 315 - 400 nm – vgl. Bundesamt für Strahlenschutz Ozon in der Troposphäre: vgl. : IPCC, 2001. Skala: DLR, 2008 (15 - 40 km Höhe) - (0 - 10 km Höhe) anthropogen verursacht 10 - 120 ppb (7 - 78 DU) schleimhautreizend (ab 100 ppb) Beitrag zum Treibhauseffekt http: //www. welt-der-physik. de

Fachliche Grundlagen: Ozon (Stratosphäre) Natürlicher Ozonkreislauf: Polarwinter a) chemisch: Chapman-Zyklus O 3 UV-B O 2 Wolken < 80°C O 2 + O* UV-C 2 O* b) geographisch: Brewer-Dobson-Zirkulation 1. 2. Ozonbildung in den Tropen Transport in Polarregionen Ausnahme Polarwinter: Kaltluftwirbel bildet sich um Antarktis und blockiert Zufuhr ozonreicher, tropischer Luft. FCKW-Eiskristalle Polarfrühling Verstärkte UV-Einstrahlung FCKW-Spaltung => freie Halogenradikale => Ozon-Abbau 1 Chlor-Radikal hat eine Lebensdauer von mehreren Jahrhunderten und kann bis zu 100. 000 Ozonmoleküle spalten! Polarsommer Zufuhr ozonhaltiger Luftmassen aus Tropen: Ozon-Ausgleich

Fachliche Grundlagen: Ozon (Troposphäre) Natürlich: NO 2 -Quellen: Gewitter, Brände Ozonbildung NO 2 + O 2 λ Ozonabbau NO + O 3 Die Beziehung von Ozon, Stickoxiden und VOC ist komplex und nichtlinear! Je nach Konzentrations. Verhältnissen: Ozonbildung > Ozonabbau NOx ↑↓ O 3 ↑↓ Nach: Washington County, Maryland (veröndert) Gestört: VOC ↑↓

Fachliche Grundlagen: Saurer Regen a) Natürlich: leicht sauer CO 2 + H 2 O b) Gestört: (p. H 5, 6) H 2 CO 3 sauer (p. H < 5, 0) SO 2 + H 2 O 2 SO 2 + O 2 SO 3 + H 2 O H 2 SO 3 2 SO 3 H 2 SO 4 2 NO + O 2 2 NO 2 + H 2 O 2 NO 2 HNO 2 + HNO 3

Fachliche Grundlagen: Saurer Regen Gewässer Vegetation Nach: Norwegian Institute for Water Research, 2010 (verändert) Nach: BMELV, Waldzustandserhebung 2009 (v. ) Saurer Regen Ozon Klimawandel Calciumcarbonat (Kalksandstein, Beton, Marmor) Calciumsulfat (Gips) Erosion Skandinavien: Immission El Tajín, Mexiko. Universität Mexiko, 2010 Gebäude England: Emission

Fachliche Grundlagen: Saurer Regen Emissionen weltweit - Europa: Trend sinkend - Schwellenländer (v. a. Asien): Wirtschaftliche Entwicklung Trend steigend Daten: Emissions Database for Global Atmospheric Research (EDGAR) , 2010

Lehrpläne In den Lehrplänen gibt es: Basiskonzepte - Chemische Reaktion - Struktur der Materie - Energie Kompetenzen - Erkenntnisgewinnung - Kommunikation - Bewertung jahrgangsstufen- & fächerunabhängig Inhalte - Luft und Wasser - Energie - etc. festgelegt, obligatorisch Kontexte - Nachhaltigkeit - Energieversorgung - etc.

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 Kap. 13: Energie und Umwelt (S. 235) Kap. 14: Die Welt des Kohlenstoffs: Organische Chemie 9. 3 Säuren, chemisch betrachtet (S. 166) → Exkurs: Alltag Saurer Sprudel, selbst gemacht → Exkurs: Umwelt Saurer Regen schädigt Wälder und Gesteine 13. 7 Luftverschmutzung (S. 244 -245) 13. 8 Die Erde schwitzt: Der Treibhauseffekt (S. 246 -247) 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 3. 2 3. 3 3. 4 3. 5 Kap. 3: Luft und Wasser – Ressource Luft (S. 112 -117) Die Luft, die wir atmen Verbrennungsprodukte der Luft Kohlenstoffdioxid und der Treibhauseffekt Exkurs: Reinhaltung der Luft „Chemie Heute 1“, Gymnasium Sek I, Schroedel 8. 1 Atmosphäre im Wandel (S. 105) 8. 2 Die Luftülle (S. 106) Kap. 8: Luft – ein 8. 6 Schadstoffe in der Luft (S. 112) lebenswichtiges Gasgemisch 8. 7 Saurer Regen (S. 115) 8. 8 Treibhauseffekt (S. 116 -118) Wissen vernetzt: Luft, ein wichtiges Gasgemisch (S. 121) Lehrplan: Klett: mangelhaft Schroedel: ausreichend Klett: befriedigend Schroedel: gut Klett: befriedigend Schroedel: befriedigend

„Elemente Chemie 2“, Gymnasium Sek II, Klett Kap. 14: Stoffkreisläufe und Umweltchemie 14. 16 14. 17 14. 18 14. 21 14. 23 14. 24 Atmosphäre und Klima (S. 453) Erdatmosphäre und Treibhauseffekt (S. 454 -457) Landwirtschaft & Böden als Klimafaktoren (S. 458 -459) Speicherung – eine Lösung des CO 2 -Problems? (S. 466) Ozon in der Troposphäre – Sommersmog (S. 468 -469) Ozon in der Stratosphäre – die Ozonschicht (S. 470 -471) „Chemie Heute 2“, Gymnasium Sek II, Schroedel 11. 7 Petrochemie Kap. 11: Kohlenwasserstoffe → Exkurs: Atmosphäre im Wandel (S. 295) → Exkurs: Treibhauseffekt (S. 296 -297) – Alkane, Alkene, Alkine → Exkurs: Ozon – UV-Schutzschild (S. 298) Lehrplan: Klett: gut Schroedel: gut

Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit!