Klimamacher Treibhausgase

Teaser „Klimamacher Treibhausgase“

Was wird vermittelt?

Wie funktioniert der Treibhauseffekt? Was passiert, wenn zu viele Treibhausgase in der Atmosphäre sind?

Im Experiment „Klimamacher Treibhausgase“ erforschen Kinder, warum es auf der Erde warm genug zum Leben ist und welche Rolle Treibhausgase bei der Erderwärmung spielen. Sie beobachten mit einer Wärmebildkamera, wie helle Flächen Licht reflektieren, dunkle hingegen Wärme speichern. Anschließend analysieren sie den natürlichen Treibhauseffekt, bei dem die Atmosphäre – ähnlich einem Gewächshaus – Wärmestrahlung auf der Erde zurückhält und damit für eine durchschnittliche Temperatur von +15 °C sorgt. Im Experiment führen sie Messungen zur Absorption von Wärmestrahlung durch verschiedene Gase durch. Es zeigt sich, dass Stickstoff (N2) und Sauerstoff (O2) durchlässig sind, während Kohlenstoffdioxid (CO2) und Methan (CH4) Wärmestrahlung aufnehmen – beides typische Treibhausgase. Ein Erklärfilm verdeutlicht ihre Wirkung. Im Ausblick motiviert das Experiment zum eigenen klimafreundlichen Verhalten und verweist auf die ProtAct17-App mit Alltagstipps. Im optionalen Expertentest erkennen die Kinder menschliche Emissionsquellen von Klimagasen wie Verkehr oder Industrie.

Direkt zum Experiment

Schritt-für-Schritt-Anleitung für den Einsatz im Unterricht

Dauer: ca 30-40 Minuten

Lernziel: Die Schülerinnen und Schüler verstehen den Treibhauseffekt: welche Gase Wärmestrahlung aufnehmen, warum sich helle und dunkle Oberflächen unterschiedlich erwärmen und welche Rolle Klimagase wie CO2 und CH4 für das Klima auf der Erde spielen.

Einstieg

Dr. Blubber begrüßt die Lernenden diesmal aus dem kalten Weltall. In der Einführung wird gefragt, warum die Sonnenstrahlen unsere Erde erwärmen. Eine Animation zeigt, dass dunkle Oberflächen nach Sonneneinstrahlung wärmer sind als helle Flächen. Warum das so ist, finden die Lernenden in einem vorgeschalteten Experiment im Virtual Lab heraus.

Schritt 1: Temperatur der Steine mit Infrarot-Kamera prüfen

Die Lernenden stecken eine Wärmebildkamera (auch Infrarot-Kamera, kurz IR-Kamera) an ein Tablet und scannen den dunklen und den hellen Stein – beide Steine erscheinen hellgrün. Auf einer Temperaturskala können die Lernenden ablesen, dass hellgrün einer Temperatur zwischen warm und heiß entspricht. Sie schalten nun die Lampe (die „Laborsonne“) ein und lassen sie 15 min (Zeitraffer) auf die Steine scheinen. Ein erneutes Scannen zeigt, dass der dunkle Stein (gelb) wärmer ist als der helle (grün).

Schritt 2: Albedo-Begriff und Treibhauseffekt erläutern

Ein Erklärfilm erläutert das Phänomen Albedo für die Fähigkeit einer Oberfläche, Sonnenstrahlung zu reflektieren. Es wird gezeigt, dass helle Flächen wie Eis und Wolken Licht ins All zurückwerfen, während dunkle Flächen wie Ozeane es in Wärme umwandeln. Die Atmosphäre wirkt wie ein Gewächshaus, hält Wärme zurück und sorgt so für eine lebensfreundliche Durchschnittstemperatur von +15 °C. Ohne sie wäre die Temperatur auf der Erde –18 °C. Menschliche Aktivitäten erhöhen die Konzentration von Treibhausgasen, die zusätzlich zur Erwärmung beitragen. Im Experiment sollen die Lernenden herausfinden, welche Gase dafür verantwortlich sind.

Schritt 3: Materialien auswählen

Nun suchen die Lernenden die benötigten Materialien im virtuellen Materialschrank:
  • ein T-Rohr mit Gasanschluss
  • eine Spritze mit Schlauch
  • ein Stativ
  • eine Infrarot-Heizung
Hinweise helfen den Lernenden bei der Auswahl.

Schritt 4: IR-Heizung prüfen und T-Rohr aufbauen

Dr. Blubber hat vier Gasflaschen für das Experiment mitgebracht: Sie sind gefüllt mit N2, O2, CO2 und CH4. Die Lernenden können zu jedem Gas eine kurze Erklärung anklicken. Als Erstes machen sie mit der Wärmebildkamera die unsichtbare Wärmestrahlung der eingeschalteten IR-Heizung sichtbar. Danach folgt der Versuchsaufbau mit IR-Heizung, T-Rohr und Stativ für die Messung, ob die Gase Wärme aufnehmen können.

Schritt 5: Basismessung im Vakuum durchführen

Die erste Messung zeigt, was passieren würde, wenn gar keine Lufthülle um die Erde herum wäre. Die Lernenden erzeugen mit der Spritze ein Vakuum im T-Rohr, schalten die IR-Heizung ein und nehmen ein Wärmebild als Referenzmessung auf, das im Forscherpad-Protokoll abgelegt wird. Sie erkennen: Die Wärmestrahlung geht ungehindert durch das leere Rohr – ohne Atmosphäre würde sie also in den Weltraum entweichen.

Schritt 6: Messungen mit N2 und O2 durchführen

Anschließend füllen die Lernenden Stickstoff in das Rohr: Sie verbinden die Gasflasche mit dem T-Rohr, drehen den Gashahn auf, wiederholen die Erwärmung und messen die Wärmestrahlung mit der IR-Kamera und speichern das Wärmebild im Protokoll. Sie erkennen: Es sieht so aus wie bei der ersten Messung, d. h. die Wärmestrahlung geht auch ungehindert durch das Gas Stickstoff. Die Messung mit Sauerstoff hat Dr. Blubber selbst übernommen – auch hier zeigt das Wärmebild, dass die Wärmestrahlung ungehindert das Gas Sauerstoff durchdringt.

Schritt 7: Messung mit Kohlenstoffdioxid durchführen

Die Lernenden ziehen mit der Spritze den Sauerstoff aus dem T-Rohr und füllen es nun mit Kohlenstoffdioxid. Es folgen dieselben Arbeitsschritte wie bei den bisherigen Messungen. Die Lernenden erkennen anhand des Wärmebilds, dass die Absorption stärker ist als bei den anderen Gasen – wenn die Atmosphäre also nur aus Kohlenstoffdioxid bestehen würde, wäre es auf der Erde sehr heiß.

Schritt 8: Messung mit Methan durchführen

Dr. Blubber übernimmt die Messung von Methan nach obigen Prinzip. Das Wärmebild zeigt, dass die Wärmestrahlung auch von Methan aufgenommen wird, sogar noch mehr als von Kohlenstoffdioxid – wenn die Atmosphäre also nur aus Methan bestehen würde, wäre es auf der Erde ebenfalls sehr heiß.

Schritt 9: Treibhauseffekt, Treibhausgase und Klimawandel erläutern

Ein Erklärfilm erläutert den Treibhauseffekt und die Begriffe Treibhaus- und Klimagase. Er zeigt, was Klimawandel bedeutet und dass sich die mittlere Erdtemperatur durch vom Menschen verursachte Treibhausgase schneller erhöht als früher. Die Folgen wie schmelzendes Eis, wachsende Wüsten und häufigere Naturkatastrophen werden dargestellt. Außerdem wird erklärt, dass der Klimawandel alle Lebewesen betrifft und dringend Maßnahmen nötig sind, um die Erderwärmung zu verlangsamen.

Schritt 10: Dr. Blubbers Appell für Klimaschutz

Die Lernenden erfahren, dass man gemeinsam viel für mehr Klimaschutz und weniger Treibhausgase erreichen kann. Er verweist auf die App ProtAct17 für Kinder, in der viele Informationen und Tipps zum aktiven Klimaschutz und zu Nachhaltigkeit bereitgestellt werden.

Schritt 11: Aufräumen

Die Lernenden entscheiden, ob sie das virtuelle Labor selbst aufräumen oder dies automatisch erledigen lassen möchten. Wenn sie sich für das selbstständige Aufräumen entscheiden, müssen sie die benutzten Materialien korrekt sortieren.

Expertentest (optional)

Im Expertentest geht es um menschengemachte Quellen und Wirkungen von Treibhausgasen: Erdgas-Lecks, pupsende und rülpsende Wiederkäuer, Ackerbau, Mülldeponien und die Abholzung des Regenwalds. In einer Grafik finden die Lernenden diese fünf Quellen von Klimagasen und beantworten jeweils eine Frage zu den Gasen Methan, Lachgas und Kohlenstoffdioxid. Für die Teilnahme am Test erhalten die Lernenden ein Expertendiplom.

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