Kapitel 4.2 - Klimawandel und Nachhaltigkeit Flashcards
Was ist die Solarkonstante?
Die Strahlungsleistung der Sonne die an der Atmosphärengrenze eintrifft. E0=1367 W/m2
*Ist aber nicht konstant: Er hängt vom Abstand der Erde zur Sonne ab und ändert sich somit mit der Jahreszeit.
*Da die Erde keine flache Scheibe ist, sondern annähernd eine Kugel, reduziert sich die mittlere auf die Erdoberfläche auftreffende Leistung auf ein Viertel (mittlere Leistung, welche an der Atmosphärengrenze auftrifft: 1.367 W/m 2 / 4 = 342 W / m2).
*So kann es sein, dass die eintreffende Leistung der Sonne auf der Erdoberfläche an sehr sonnigen Tagen zur Mittagszeit, also kurzzeitig, bei etwa 1.000 W/m2 liegt. Im Maximum, sprich bei direkter Sonneneinstrahlung zur Mittagszeit, beträgt die eingestrahlte Leistung somit ca. 70 % der Solarkonstante (1.367 W/m2 · 0,7 = 956,9 W/m2) im Mittel über den Tag verteilt jedoch aufgrund der Erdrotation nur ein Viertel davon (239 W/m 2). Im Winter bei starker Bewölkung kann dieser Wert im Extremfall auch mal bei nur etwa 50 W/m² sinken
Welche Bereiche der Strahlung liegen bei niedrigeren Wellenlängen und welche bei längeren Wellenlängen? Wo liegt sichtbares Licht?
-In Richtung geringerer Wellenlängen folgt der Bereich der UV-Strahlung. Noch geringere Wellenlängen bzw. höhere Energien haben Röntgen- und Gammastrahlung.
-In Richtung längerer Wellen folgt der Bereich der Infrarotstrahlung, auch Wärmestrahlung genannt. Elektromagnetische Strahlung mit noch längeren Wellen, also geringeren Energien, heißen Mikro- und Radiowellen.
-Sichtbares Licht liegt zwischen UV und IR
Als welche Art von Strahler kann die Sonne annähernd betrachtet werden?
-Schwarzer Körper (ideale thermische Strahlungsquelle): Absorbiert alle auftreffende Stralung (unabhängig von Wellenlänge und Richtung) und emittiert sie wieder gleichmässig in alle Richtungen.
Was ist der Zusammenhang von Stefan-Boltzmann-Gesetz?
Die Leistung der Strahlung ist proportional zur Temperatur des Körpers
Aus welchen Bestandteilen besteht unsere Atmosphäre?
Sauerstoff (O2), Stickstoff (N2), Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4), Distickstoffoxid (N2O), Wasserstoff (H2), Argon (Ar)…
Wieso auf der Erdoberfläche nur ein Teil der Strahlung uns erreicht?
Dies liegt daran, dass Teile der Strahlung, die unsere Atmosphärengrenze erreichen in der Atmosphäre durch Reflexion oder Absorption an Atmosphärenteilchen abgeschwächt werden und nur als diffuses Licht zur Erdoberfläche gelangt.
*Diese zusätzliche Schwächung der eingestrahlten Leistung ist stark vom Wetter abhängig. Je mehr Atmosphärenteilchen, v.a. mehratomige wie z.B. H2O, vorhanden sind, desto wahrscheinlicher sind Wechselwirkungen der Strahlung mit den Atmosphärenteilchen und desto mehr wird die eintreffende Strahlung geschwächt.
Von 100 % der eintreffenden Strahlungsleistung der Sonne, was passiert?
-ca. 30% wird reflektiert (an der Atmosphäre, an Wolken, an der Oberfläche)
-je nach Wetterlage ein weiterer Teil in der Atmosphäre absorbiert (ca. 16%) (dabei wird Strahlungsenergie in Bewegungsenergie der Atmosphärenteilchen, also Wärme umgewandelt)
-ein weiterer Teil wird gestreut und dadurch abgeschwächt (an ganz bewölkten Tagen sieht man keine direkte Sonnenstrahlung, sondern nur diffuses Streulicht)
-Der Teil der auf den Erdboden ankommenden Sonnenstrahlung wird hier absorbiert. Dadurch wird auch die darüberstehende Luft, also die Atmosphäre, erwärmt, welche ihrerseits wieder Wärme in das Weltall abstrahlt.
*Somit befindet sich die Erde in einem Gleichgewicht aus eintreffender und ausgestrahlter Energie
Aus was ergibt sich die Temperatur auf der Erde?
Aus eingestrahlter und auf der Erdoberfläche antreffender Sonnenstrahlung und der ins Weltall im Infrarotbereich abgestrahlten Wärme.
Welche Gase gehören zu den Treibhausgasen und was sind deren Quellen? Was sind die Prozentuale Anteile der anthropogenen THG?
-Wasserdampf (H2Og): Evaportation
-Kohlendioxid (CO2): Fossile Energieträger ; 88%
-Methan (CH4): Rinderhaltung, Nutzung von Biomasse ; 6,1%
-Lachgas (N2O): Dünger (Fertilizantes), fossile Energieträger ; 4,1%
-F-Gase (Fluor-kohlenwasserstoffe FKW, Schwefelhexafluorid (SF6), Stickstofftrifluorid (NF3)): Aluminiumherstellung, Löschmittel, Elektroindustrie, Produktion von Solarzellen ; 1,7%
Was ist der Albedo?
Rückstrahlvermögen der Erdoberfläche: weiße und helle Oberflächen, wie Schnee und Eis, besitzen eine hohe Albedo und reflektieren somit einen Großteil der eintreffenden Strahlung. Dunkle Oberflächen hingegen, beispielsweise dunkle Wälder, Erde oder Gesteinsoberflächen, absorbieren aufgrund ihrer geringen Albedo die Energie der auftreffenden Strahlung.
*Durch Absorption wird die Energie des Sonnenlichtes in Wärme umgewandelt. Die warmen Flächen strahlen nun Energie in Form von Infrarotstrahlung (langwellig) in Richtung der kälteren Umgebung ab und führen dort zu einem Temperaturanstieg.
Was passiert mit der Wärmestrahlung der Erdoberfläche?
-Insgesamt strahlt die Erde im Mittel etwa 396 W/m2 ab (aus empfangene Energie aus der Sonne, welche durch Absorption in Wärme gewandelt wird, auch durch Wärme aus dem Erdinnere)
-Ein Teil davon geht direkt in den Weltraum. Ein größerer Teil wird wiederum von Atmosphärenteilchen absorbiert und anschließend in alle Raumrichtungen, also ins Weltall, aber auch zurück auf die Erdoberfläche emittiert (Gegenstrahlung).
*Abstrahlung von Wärme im Wellenlängenbereich des infraroten Spektrums.
Wofür sind die THG in der Atmosphäre verantwortlich?
Für die Rückstrahlung von IR-Strahlung
*Diese Rückstrahlung sorgt dafür, dass es auf der Erde im Mittel vergleichsweise warm ist. Aber die ansteigende Konzentration der THG in der Atmosphäre führt zum Anstieg der mittlere Temperatur der Erde in den letzten Jahren
Nennen Sie die grösste Verursacher der Emissionen an THG (in abnehmender Reihenfolge)
-Energiewirtschaft
-Industrie
-Verkehr
-Haushalte
-Landwirtschaft
-Gewerbe, Handel, Dienstleistungen
-Abfallwirtschaft
Schreiben Sie die Reaktionsgleichungen von Entstehung von CO2 von der Verbrennung von Kohle, von Erdgas und von Biomasse.
-Verbrennung (= komplette Oxidation) von Kohle:
C + O2 -> CO2
-Verbrennung von fossilem Erdgas (= Methan)
CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O
-Verbrennung von Biomasse (Umkehrung der Photosynthesegleichung):
C6H1206+ 6O2 → 6 C02 + 6 H2O
Wieso, bei der Verbrennung von biogenen Rohstoffen spricht man davon, dass dies „CO2-neutral“ erfolgt?
Die Begründung dafür ist, dass bei der Entstehung von Biomasse CO2 gebunden wird. Grundlage dafür ist die Photosynthese (endotherme Reaktion - Energie stammt von der Sonne).
*Biomasse also einerseits einen Speicher für CO2, anderseits auch von Sonnenenergie darstellt
*Aber nicht komplett CO2-neutral: für Anbau, Ernten, Transport wird Energie fossiler Art aufgewendet
