Unsichtbares Licht in der Erdatmosphäre
Die Menschen verändern durch den Ausstoss von Gasen die Zusammensetzung der Atmosphäre und lösen damit gefährliche Änderungen des Strahlungshaushaltes aus. Unser Scientifica-Stand zeigt anschaulich den Treibhauseffekt und die Wirkung von ozonabbauenden Stoffen.
Globale mittlere Energiebilanz der Erde. (Quelle: Wild et al. (2013). The global energy balance from a surface perspective. Clim Dyn 40:3107-3143.)
Ian Steward präsentiert eines unserer Experimente. (Klicken Sie auf das Bild, um das Video zu starten.)
Die Sonnenstrahlung umfasst nicht nur das sichtbare Licht, sondern auch unsichtbare Anteile im ultravioletten (UV) und nahen infraroten (NIR) Teil des Spektrums. Während die krebserregende UV-B Strahlung auf dem Weg durch die Atmosphäre grösstenteils durch Ozon absorbiert wird, ist die Atmosphäre für sichtbares Licht weitgehend transparent, so dass diese Strahlung erst von der Erdoberfläche absorbiert wird. Die Erdoberfläche erwärmt sich und sendet Wärmestrahlung wieder in Richtung Weltraum aus (Abb. 1).
Allerdings liegt die Abstrahlung im langwelligen Infrarotbereich (Wiensches Verschiebungsgesetz) und ist damit für das Auge unsichtbar. Ein Teil dieser Infrarotstrahlung wird in der Atmosphäre von Treibhausgasen absorbiert und in Richtung Erde zurückgestrahlt (Abb. 1), was die Temperatur an der Erdoberfläche entscheidend erhöht.
Die Menschen verändern durch den Ausstoss von Gasen die Zusammensetzung der Atmosphäre und lösen damit gefährliche Änderungen des Strahlungshaushaltes aus. Beispielsweise hat der jahrzehntelange Ausstoss von Halogenkohlenwasserstoffen die schützende Ozonschicht geschwächt, die sich nun dank des Verbots von ozonabbauenden Substanzen (Montreal Protokoll: Auswirkungen auf den Ozonschild und das Klima) langsam wieder erholt. Der Ausstoss von Treibhausgasen wie CO2 hingegen geht bis heute ungebremst weiter und führt zu einer starken globalen Erwärmung (Video «Climate Change 2013: The Physical Science»).
Unsere Experimente an der Scientifica laden die Besucher ein, den Treibhauseffekt und die Wirkung von ozonabbauenden Stoffen anschaulich und direkt zu beobachten: In einem Experiment bringen wir warme Objekte, wie Kerzen oder Gesichter, die von einer Infrarotkamera beobachtet werden, zum Verschwinden. In einem zweiten Experiment verändern wir die Zusammensetzung der Erdatmosphäre und beobachten den Effekt auf den Strahlungshaushalt.
Projektpartner: Kantonsschule Zürich Nord
Beteiligte
Prof. Nicolas Gruber
Dr. Dominik Brunner
Dr. Isabelle Bey
Dr. Andrea Stenke
Dr. Tracy Ewen
Dr. Harald von Waldow