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2026-07-28T19:09:08Z

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{{BR}}
= Physik des Klimas - Physik =

{{BR}}
= Einleitung =

Die '''Physik des Klimas''' untersucht, wie Energie durch [[Strahlung]], [[Wärmetransport]], Luftbewegungen, Meeresströmungen und Phasenübergänge im [[Klimasystem]] verteilt wird. Dabei wirken [[Atmosphäre]], [[Ozean]], Landoberfläche, Eis und Lebewesen zusammen.

Klima ist nicht dasselbe wie Wetter. Das '''Wetter''' beschreibt den momentanen Zustand der Atmosphäre. Das '''Klima''' beschreibt typische Mittelwerte, Schwankungen und Extremwerte über lange Zeiträume. Einzelne kalte Tage widerlegen deshalb keine langfristige Erwärmung.

In diesem aiMOOC lernst Du,

# [[Strahlungshaushalt der Erde|Strahlungsflüsse]] physikalisch zu beschreiben,
# den natürlichen und den verstärkten [[Treibhauseffekt]] zu unterscheiden,
# [[Albedo]], [[Wärmestrahlung]], [[Konvektion]] und [[Wärmekapazität]] anzuwenden,
# Rückkopplungen im Klimasystem zu erklären,
# einfache Klimamodelle und Experimente kritisch auszuwerten.

[[Datei:Earth energy budget.svg|600px|rahmenlos|center]]

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=lUucND1s0lM |500|center}}

{{BR}}
= Wetter, Klima und Klimasystem =

Das Klimasystem erhält fast seine gesamte Energie von der [[Sonne]]. Diese Energie wird teilweise reflektiert, teilweise aufgenommen und später als Wärmestrahlung wieder abgegeben. Wind und Meeresströmungen transportieren Energie von warmen in kühlere Regionen.

{| class="wikitable"
! Begriff
! Bedeutung
|-
| '''Wetter'''
| Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Zeit
|-
| '''Klima'''
| Statistik des Wetters über lange Zeiträume
|-
| '''Klimavariabilität'''
| Natürliche Schwankungen zwischen Jahren, Jahrzehnten oder längeren Zeiträumen
|-
| '''Klimawandel'''
| Langfristige Änderung statistischer Klimaeigenschaften
|}

'''Merke:''' Eine Wettervorhersage fragt, wie sich ein konkreter Zustand entwickelt. Eine Klimaprojektion fragt, wie sich statistische Größen unter bestimmten Bedingungen verändern.

{{BR}}
= Strahlung als Energietransport =

{{BR}}
== Kurzwellige und langwellige Strahlung ==

Die heiße Sonne sendet überwiegend '''kurzwellige Strahlung''' aus. Dazu gehören sichtbares Licht und nahe Infrarotstrahlung. Die deutlich kühlere Erde sendet überwiegend '''langwellige Infrarotstrahlung''' aus.

Diese Verschiebung folgt dem [[Wiensches Verschiebungsgesetz|Wienschen Verschiebungsgesetz]]: Je höher die Temperatur eines Körpers ist, desto kürzer ist die Wellenlänge seines Strahlungsmaximums.

[[Datei:Sun-Earth Logarithmic Spectrums with Accurate Scaling.svg|600px|rahmenlos|center]]

Die abgestrahlte Leistung eines idealisierten schwarzen Körpers wird durch das [[Stefan-Boltzmann-Gesetz]] beschrieben:

<math>\frac{P}{A}=\sigma T^4</math>

Dabei ist <math>P/A</math> die Strahlungsleistung pro Fläche, <math>T</math> die absolute Temperatur und <math>\sigma</math> die Stefan-Boltzmann-Konstante. Wegen der vierten Potenz steigt die Abstrahlung stark an, wenn ein Körper wärmer wird.

{{BR}}
== Reflexion, Absorption und Albedo ==

Trifft Strahlung auf Materie, kann sie reflektiert, absorbiert oder durchgelassen werden. Die '''Albedo''' beschreibt den reflektierten Anteil:

<math>\alpha=\frac{P_\mathrm{reflektiert}}{P_\mathrm{einfallend}}</math>

Eine helle Schnee- oder Eisfläche besitzt meist eine höhere Albedo als dunkles Wasser oder dunkler Boden. Hohe Albedo bedeutet starke Reflexion und geringe Aufnahme von Sonnenenergie.

[[Datei:Albedo diagram.svg|500px|rahmenlos|center]]

{{BR}}
== Warum wird durch vier geteilt? ==

Die Erde fängt Sonnenlicht mit ihrer Querschnittsfläche <math>\pi R^2</math> ab. Die Energie verteilt sich im zeitlichen und räumlichen Mittel jedoch über die gesamte Kugeloberfläche <math>4\pi R^2</math>. Deshalb wird die Solarkonstante <math>S_0</math> im einfachen globalen Modell durch vier geteilt:

<math>P_\mathrm{abs}=(1-\alpha)\frac{S_0}{4}</math>

Mit <math>S_0\approx 1361\,\mathrm{W/m^2}</math> und einer globalen Albedo von ungefähr <math>0{,}30</math> erhält man eine absorbierte mittlere Leistung von etwa <math>239\,\mathrm{W/m^2}</math>.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=VzFp4mntdUE |500|center}}

{{BR}}
= Der Strahlungshaushalt der Erde =

Langfristig muss die Erde ungefähr so viel Energie in den Weltraum abstrahlen, wie sie von der Sonne aufnimmt. Im einfachsten Modell gilt:

<math>(1-\alpha)\frac{S_0}{4}=\sigma T_\mathrm{e}^4</math>

Daraus folgt eine effektive Abstrahlungstemperatur von ungefähr <math>255\,\mathrm{K}</math>, also etwa <math>-18\,^\circ\mathrm{C}</math>. Die globale mittlere Temperatur an der Erdoberfläche liegt jedoch ungefähr bei <math>288\,\mathrm{K}</math>, also etwa <math>15\,^\circ\mathrm{C}</math>. Der Unterschied entsteht vor allem durch den natürlichen Treibhauseffekt.

[[Datei:Diagram showing the Earth's energy budget, which includes the greenhouse effect (NASA).png|600px|rahmenlos|center]]

Eine kleine positive Energiedifferenz bedeutet, dass das Erdsystem Energie aufnimmt und sich erwärmt. Eine negative Differenz würde zu einer Abkühlung führen. Der größte Teil zusätzlicher Wärme wird zunächst im Ozean gespeichert.

'''Wichtig:''' Zahlen in Energiebilanz-Diagrammen können je nach Messzeitraum und Auswertungsmethode leicht voneinander abweichen. Die Energieerhaltung bleibt jedoch die gemeinsame Grundlage.

{{BR}}
= Der Treibhauseffekt =

{{BR}}
== Natürlicher Treibhauseffekt ==

Die Atmosphäre ist für einen großen Teil der kurzwelligen Sonnenstrahlung durchlässig. Die Erdoberfläche absorbiert Energie, erwärmt sich und sendet langwellige Infrarotstrahlung aus.

Moleküle wie [[Wasserdampf]], [[Kohlenstoffdioxid]], [[Methan]] und [[Ozon]] können bestimmte Wellenlängen dieser Wärmestrahlung absorbieren. Anschließend geben sie Strahlung in verschiedene Richtungen ab. Ein Teil gelangt zurück zur Erdoberfläche.

[[Datei:Atmospheric Transmission de.png|600px|rahmenlos|center]]

[[Datei:Greenhouse Effect (2017 NASA data).svg|600px|rahmenlos|center]]

Der Treibhauseffekt ist kein Verstoß gegen den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik. Der '''Nettoenergiefluss''' verläuft weiterhin vom wärmeren Erdsystem zum kälteren Weltraum. Die Atmosphäre vermindert jedoch den direkten Strahlungsverlust der Oberfläche.

{{BR}}
== Verstärkter Treibhauseffekt ==

Durch menschliche Aktivitäten steigen die Konzentrationen langlebiger Treibhausgase. Dadurch wird die Atmosphäre für weitere Bereiche der Infrarotstrahlung weniger durchlässig. Die effektive Höhe, aus der Energie in den Weltraum abgestrahlt wird, steigt. Weil höhere Luftschichten kälter sind, wird zunächst weniger Energie abgegeben als aufgenommen.

Das Klimasystem erwärmt sich, bis die stärkere Wärmestrahlung bei höherer Temperatur wieder ein neues Gleichgewicht ermöglicht.

'''Wasserdampf''' wirkt dabei überwiegend als Rückkopplung: Wärmere Luft kann mehr Wasserdampf enthalten, wodurch die Erwärmung verstärkt werden kann. Der langfristige Anstoß der heutigen Erwärmung kommt vor allem von zusätzlichen langlebigen Treibhausgasen.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=AURNJ8OlAG0 |500|center}}

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=eI8L3wV3pBo |500|center}}

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== Historischer Nachweis der Strahlungsabsorption ==

Bereits im 19. Jahrhundert untersuchte [[John Tyndall]], wie verschiedene Gase Wärmestrahlung absorbieren. Moderne Spektrometer messen die Absorption wesentlich genauer. Entscheidend ist nicht die Farbe eines Gases im sichtbaren Licht, sondern seine Wechselwirkung mit Infrarotstrahlung.

[[Datei:Tyndalls setup for measuring radiant heat absorption by gases annotated.svg|550px|rahmenlos|center]]

{{BR}}
= Wärmeübertragung im Klimasystem =

Energie wird nicht nur durch Strahlung transportiert.

{| class="wikitable"
! Mechanismus
! Beispiel im Klimasystem
|-
| '''Wärmeleitung'''
| Energieaustausch zwischen Boden und bodennaher Luft
|-
| '''Konvektion'''
| Aufsteigen warmer Luft und Absinken kälterer Luft
|-
| '''Advektion'''
| Horizontaler Wärmetransport durch Wind oder Meeresströmungen
|-
| '''Latente Wärme'''
| Energieaufnahme beim Verdunsten und Energieabgabe beim Kondensieren
|-
| '''Wärmestrahlung'''
| Energieaustausch zwischen Oberfläche, Atmosphäre und Weltraum
|}

Beim Verdunsten von Wasser wird Energie aufgenommen, ohne dass die Temperatur dabei direkt steigen muss. Diese Energie wird als '''latente Wärme''' mit dem Wasserdampf transportiert und bei der Kondensation wieder frei. Dadurch ist der [[Wasserkreislauf]] ein wichtiger Teil des globalen Energietransports.

{{BR}}
= Ozean, Atmosphäre und Eis =

{{BR}}
== Der Ozean als Wärmespeicher ==

Wasser besitzt eine hohe spezifische Wärmekapazität. Für dieselbe Temperaturerhöhung kann es deutlich mehr Energie aufnehmen als viele feste Stoffe. Deshalb erwärmen und kühlen sich Ozeane langsamer als Landflächen.

Die oberen Ozeanschichten tauschen Wärme mit der Atmosphäre aus. Strömungen transportieren Energie über große Entfernungen. Tiefer liegendes Wasser kann Wärme über Jahrzehnte bis Jahrhunderte speichern.

{{BR}}
== Meeresströmungen ==

Unterschiede in Temperatur und Salzgehalt verändern die Dichte des Meerwassers. Zusammen mit Wind, Erdrotation und Beckenform treiben sie die globale Ozeanzirkulation an.

[[Datei:Thermohaline circulation.png|600px|rahmenlos|center]]

Diese Zirkulation verteilt Wärme, Sauerstoff und gelöste Stoffe. Sie ist kein starres Förderband, sondern ein gekoppeltes, veränderliches Strömungssystem.

{{BR}}
== Eis und Albedo ==

Schmilzt helles Eis, wird häufig eine dunklere Wasser- oder Landfläche sichtbar. Diese absorbiert mehr Sonnenenergie. Dadurch kann weitere Erwärmung entstehen. Dieser Prozess heißt '''Eis-Albedo-Rückkopplung'''.

[[Datei:The positive feedback loop of the albedo effect.png|550px|rahmenlos|center]]

{{BR}}
= Rückkopplungen und Klimasensitivität =

Eine '''Rückkopplung''' verändert die ursprüngliche Wirkung eines Prozesses.

# '''Verstärkende Rückkopplung''': Eine Änderung wird größer, etwa bei der Eis-Albedo-Rückkopplung.
# '''Dämpfende Rückkopplung''': Eine Änderung wird abgeschwächt, etwa durch stärkere Wärmeabstrahlung einer wärmeren Erde.
# '''Komplexe Rückkopplung''': Wolken können je nach Höhe, Dicke und Tageszeit kühlend oder wärmend wirken.

[[Datei:20220726 Feedbacks affecting global warming and climate change - block diagram.svg|600px|rahmenlos|center]]

Die '''Klimasensitivität''' beschreibt, wie stark sich die globale Temperatur nach einer dauerhaften Änderung des Strahlungsantriebs verändert. Ihre Größe hängt wesentlich von Rückkopplungen ab.

[[Datei:Climate sensitivity diagram.svg|550px|rahmenlos|center]]

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=ymP0J8OWmhU |500|center}}

{{BR}}
= Messungen und Klimamodelle =

{{BR}}
== Wie wird das Klima beobachtet? ==

Für die Klimaforschung werden viele Messsysteme kombiniert:

# [[Wetterstation|Wetterstationen]] messen unter anderem Temperatur, Luftdruck, Feuchte und Wind.
# [[Wetterballon|Wetterballons]] erfassen die Atmosphäre in verschiedenen Höhen.
# [[Satellit|Satelliten]] beobachten Strahlungsflüsse, Wolken, Eis und Oberflächentemperaturen.
# Messbojen und Forschungsschiffe erfassen Eigenschaften des Ozeans.
# Eisbohrkerne, Sedimente und Baumringe liefern Hinweise auf vergangene Klimazustände.

Um langfristige Änderungen zu erkennen, werden Messgeräte kalibriert, Datenlücken geprüft und räumliche Unterschiede berücksichtigt. Häufig werden '''Temperaturanomalien''' verwendet, also Abweichungen von einem festgelegten Vergleichszeitraum.

[[Datei:Global temperature changes.webm|600px|rahmenlos|center]]

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== Wie funktionieren Klimamodelle? ==

Klimamodelle zerlegen Erde, Atmosphäre und Ozean in Rechengitter. Für jedes Gitterelement werden physikalische Erhaltungssätze und Näherungen berechnet. Dazu gehören die Erhaltung von Energie, Masse und Impuls.

[[Datei:20250712 Climate model inputs and outputs.svg|600px|rahmenlos|center]]

Sehr kleine Prozesse wie einzelne Wolkentropfen können nicht vollständig aufgelöst werden. Sie werden durch '''Parametrisierungen''' angenähert. Modelle werden geprüft, indem sie bekannte Klimazustände, Messreihen und Reaktionen auf frühere Antriebe nachbilden.

Eine Klimaprojektion ist eine '''Wenn-dann-Aussage''': Wenn sich Treibhausgase, Aerosole, Landnutzung und andere Einflüsse nach einem bestimmten Szenario entwickeln, berechnet das Modell die mögliche Reaktion des Klimasystems.

{{BR}}
= Schulversuche zur Klimaphysik =

{{BR}}
== Versuch: Albedo vergleichen ==

'''Material:''' schwarze und weiße Oberfläche, zwei gleiche Thermometer, Lampe, Stoppuhr.

'''Durchführung:''' Beleuchte beide Oberflächen aus gleicher Entfernung. Miss die Temperatur in festen Zeitabständen. Verändere während einer Messreihe nur die Farbe der Oberfläche.

'''Auswertung:''' Vergleiche Temperaturänderung und Steigung der Messkurven. Begründe den Unterschied mit Reflexion und Absorption.

'''Sicherheit:''' Halte den vorgeschriebenen Abstand zur Lampe ein und berühre keine heißen Teile.

{{BR}}
== Versuch: Erwärmung und Abkühlung ==

Erwärme einen Körper kontrolliert und zeichne anschließend seine Abkühlung auf. Stelle Temperatur gegen Zeit dar. Untersuche, ob die Abkühlungsrate bei großem Temperaturunterschied stärker ist.

Die Messung zeigt, dass ein System auf eine Störung reagiert und sich einem neuen Gleichgewicht nähert. Ein Klimasystem reagiert ähnlich, besitzt aber viele gekoppelte Speicher und Rückkopplungen.

{{BR}}
== Versuch: Infrarotabsorption untersuchen ==

Ein zuverlässiger Versuch zur Wirkung von Treibhausgasen benötigt eine Infrarotquelle, geeignete Sensoren, gleiche Gaswege und kontrollierte Temperaturen. Ein bloßer Vergleich zweier erwärmter Flaschen kann durch unterschiedliche Luftströmung, Feuchte oder Druck verfälscht werden.

'''Gute Experimente''' verändern möglichst nur eine Größe, wiederholen Messungen und geben Unsicherheiten an.

{{BR}}
= Kompakte Zusammenfassung =

{| class="wikitable"
! Physikalische Idee
! Bedeutung für das Klima
|-
| '''Energieerhaltung'''
| Langfristige Erwärmung entsteht bei positiver Energiebilanz
|-
| '''Stefan-Boltzmann-Gesetz'''
| Wärmere Körper strahlen deutlich mehr Energie ab
|-
| '''Albedo'''
| Helle Flächen reflektieren meist mehr Sonnenenergie
|-
| '''Treibhauseffekt'''
| Treibhausgase absorbieren und emittieren Infrarotstrahlung
|-
| '''Wärmekapazität'''
| Der Ozean speichert große Energiemengen
|-
| '''Konvektion und Advektion'''
| Luft und Wasser verteilen Wärme
|-
| '''Rückkopplungen'''
| Prozesse können Änderungen verstärken oder dämpfen
|-
| '''Klimamodelle'''
| Physikalische Gleichungen erzeugen überprüfbare Wenn-dann-Projektionen
|}

{{BR}}
= Interaktive Aufgaben =

{{BR}}
== Quiz: Teste Dein Wissen ==

{{MC}}

'''Was unterscheidet Klima von Wetter?'''
(Klima beschreibt statistische Eigenschaften des Wetters über lange Zeiträume)
(!Klima beschreibt nur die Temperatur eines einzelnen Tages)
(!Klima und Wetter sind bedeutungsgleich)
(!Wetter beschreibt immer mindestens dreißig Jahre)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Warum wird die Solarkonstante im globalen Mittel durch vier geteilt?'''
(Die Auffangfläche ist eine Kreisfläche und die Energie verteilt sich über eine Kugeloberfläche)
(!Weil die Erde vier Jahreszeiten besitzt)
(!Weil nur ein Viertel des Sonnenlichts sichtbar ist)
(!Weil die Atmosphäre drei Viertel der Strahlung vollständig absorbiert)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was beschreibt die Albedo?'''
(Den Anteil der reflektierten Strahlung)
(!Die Wärmekapazität eines Stoffes)
(!Die Geschwindigkeit einer Meeresströmung)
(!Die Konzentration von Sauerstoff)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Aussage folgt aus dem Stefan-Boltzmann-Gesetz?'''
(Eine höhere Temperatur führt zu deutlich stärkerer Wärmestrahlung)
(!Jeder Körper strahlt unabhängig von seiner Temperatur gleich stark)
(!Die Strahlungsleistung sinkt mit der vierten Potenz der Temperatur)
(!Nur Gase können Wärmestrahlung aussenden)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Strahlung absorbieren Treibhausgase besonders?'''
(Langwellige Infrarotstrahlung der Erde)
(!Ausschließlich sichtbares grünes Licht)
(!Nur Radiowellen aus dem Weltraum)
(!Ausschließlich ultraviolette Strahlung)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Warum ist der natürliche Treibhauseffekt wichtig?'''
(Er erhöht die mittlere Oberflächentemperatur und ermöglicht lebensfreundliche Bedingungen)
(!Er verhindert jede Abgabe von Energie in den Weltraum)
(!Er entsteht ausschließlich durch menschliche Industrie)
(!Er wird nur durch Sauerstoff verursacht)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Warum reagiert der Ozean relativ langsam auf Erwärmung?'''
(Wasser besitzt eine hohe spezifische Wärmekapazität)
(!Meerwasser kann keine Energie aufnehmen)
(!Sonnenlicht erreicht grundsätzlich kein Wasser)
(!Der Ozean besitzt überall dieselbe Temperatur)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was geschieht bei der Eis-Albedo-Rückkopplung?'''
(Weniger Eis führt häufig zu stärkerer Absorption und weiterer Erwärmung)
(!Weniger Eis erhöht immer die Reflexion)
(!Mehr Eis führt zwangsläufig zu stärkerer Verdunstung)
(!Die Albedo bleibt bei jeder Oberfläche gleich)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was ist eine Klimaprojektion?'''
(Eine Wenn-dann-Aussage auf Grundlage eines Szenarios und eines physikalischen Modells)
(!Eine genaue Wettervorhersage für einen einzelnen Tag in hundert Jahren)
(!Eine Berechnung ohne Messdaten und Naturgesetze)
(!Eine Aussage, die keine Unsicherheit enthalten darf)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was bewirkt eine langfristig positive Energiebilanz der Erde?'''
(Das Erdsystem nimmt Energie auf und erwärmt sich)
(!Die Erde verliert dauerhaft mehr Energie als sie erhält)
(!Die globale Temperatur muss sofort sinken)
(!Alle Regionen erwärmen sich gleich stark und gleich schnell)

{{E}}
<br>

{{BR}}
== Memory ==

<div class="memo-quiz">
{|
|-
| Albedo || Reflexionsgrad einer Oberfläche
|-
| Stefan-Boltzmann-Gesetz || Strahlungsleistung wächst mit der vierten Potenz der Temperatur
|-
| Konvektion || Wärmetransport durch bewegte Flüssigkeiten oder Gase
|-
| Wärmekapazität || Energiebedarf für eine Temperaturänderung
|-
| Treibhausgas || Absorbiert bestimmte Bereiche der Infrarotstrahlung
|-
| Rückkopplung || Verstärkt oder dämpft eine ursprüngliche Änderung
|-
| Strahlungsbilanz || Differenz zwischen aufgenommener und abgegebener Strahlungsenergie
|-
| Klimamodell || Numerische Darstellung gekoppelter Klimaprozesse
|}
{{E}}
<br>

{{BR}}
== Drag and Drop ==

<div class="lueckentext-quiz">

{| class="wikitable"
! Ordne die richtigen Begriffe zu.
! Physikalischer Vorgang
|-
| '''Reflexion'''
| Strahlung wird zurückgeworfen
|-
| '''Absorption'''
| Strahlungsenergie wird von Materie aufgenommen
|-
| '''Emission'''
| Ein Körper sendet Strahlung aus
|-
| '''Verdunstung'''
| Wasser nimmt latente Wärme auf
|-
| '''Kondensation'''
| Wasserdampf gibt latente Wärme ab
|-
| '''Advektion'''
| Wind oder Strömung transportiert Wärme horizontal

|}
{{E}}

<br>
<br />

{{BR}}
== Kreuzworträtsel ==

<div class="kreuzwort-quiz">
{|
|-
| Klima || Wie heißt die langfristige Statistik des Wetters?
|-
| Albedo || Wie heißt das Maß für den reflektierten Strahlungsanteil?
|-
| Infrarot || In welchem Spektralbereich strahlt die Erde hauptsächlich?
|-
| Ozean || Welcher große Wärmespeicher bedeckt den größten Teil der Erdoberfläche?
|-
| Konvektion || Wie heißt Wärmetransport durch bewegte Luft oder Flüssigkeit?
|-
| Rückkopplung || Wie heißt ein Prozess, der eine Änderung verstärkt oder dämpft?
|}
{{E}}
<br>

{{BR}}
== LearningApps ==

<iframe> https://learningapps.org/index.php?s=Physik+des+Klimas+Physik </iframe>

{{BR}}
== Lückentext ==

<quiz display=simple>
{'''Vervollständige den Text.'''<br>
|type="{}"}
Das Klima beschreibt statistische Eigenschaften des { Wetters } über lange Zeiträume.
Die Erde erhält Energie hauptsächlich durch { Sonnenstrahlung }.
Der reflektierte Anteil der Strahlung wird als { Albedo } bezeichnet.
Ein warmer Körper sendet mehr { Wärmestrahlung } aus als ein kälterer Körper.
Treibhausgase absorbieren bestimmte Wellenlängen im { Infrarotbereich }.
Der natürliche Treibhauseffekt erhöht die mittlere { Oberflächentemperatur } der Erde.
Der Ozean speichert wegen seiner hohen { Wärmekapazität } große Energiemengen.
Das Aufsteigen warmer Luft ist eine Form der { Konvektion }.
Schmelzendes Eis kann die Erwärmung durch eine positive { Rückkopplung } verstärken.
Ein Klimamodell berechnet physikalische Prozesse auf einem räumlichen { Rechengitter }.
Eine Klimaprojektion beruht auf einem angenommenen { Szenario }.
Eine positive globale Energiebilanz führt langfristig zu einer { Erwärmung }.
</quiz>

<br>

{{BR}}
= Offene Aufgaben =

{{BR}}
=== Leicht ===

# [[Klima-Glossar]]: Erstelle ein Glossar mit acht Begriffen aus dem aiMOOC und erkläre jeden Begriff in einem eigenen Satz.
# [[Energiefluss-Skizze]]: Zeichne Sonne, Erde und Atmosphäre und markiere einfallende, reflektierte und ausgehende Strahlung.
# [[Albedo im Alltag]]: Fotografiere drei helle und drei dunkle Oberflächen und ordne sie nach ihrer erwarteten Albedo.
# [[Wetter oder Klima]]: Sammle zehn Aussagen aus Medien oder Alltag und entscheide begründet, ob sie Wetter oder Klima betreffen.

{{BR}}
=== Standard ===

# [[Albedo-Experiment]]: Vergleiche die Erwärmung einer schwarzen und einer weißen Oberfläche und stelle die Messwerte in einem Diagramm dar.
# [[Abkühlungskurve]]: Miss die Abkühlung von warmem Wasser, bestimme die Abkühlungsrate und erkläre den Verlauf physikalisch.
# [[Erklärvideo zum Treibhauseffekt]]: Produziere ein zweiminütiges Video, das kurzwellige und langwellige Strahlung korrekt unterscheidet.
# [[Klimadaten auswerten]]: Untersuche eine bereitgestellte Temperaturreihe, berechne Mittelwerte und erkläre den Unterschied zwischen Trend und Schwankung.

{{BR}}
=== Schwer ===

# [[Null-dimensionales Klimamodell]]: Erstelle in einer Tabellenkalkulation ein einfaches Energiebilanzmodell mit Solarkonstante, Albedo und Stefan-Boltzmann-Gesetz.
# [[Versuchsplanung Infrarot]]: Entwickle einen kontrollierten Versuch zur Infrarotabsorption und benenne Störgrößen, Messunsicherheiten und Sicherheitsregeln.
# [[Modellkritik]]: Vergleiche ein einfaches Energiebilanzmodell mit einem gekoppelten Klimamodell und beurteile, welche Prozesse jeweils fehlen.
# [[Schulhof-Klimaprojekt]]: Untersuche Oberflächentemperaturen, Schatten, Material und Versiegelung auf dem Schulgelände und entwickle physikalisch begründete Verbesserungen.

{{:Offene Aufgabe - MOOC erstellen}}

{{BR}}
= Lernkontrolle =

# [[Weiße Dächer]]: Erkläre mithilfe von Albedo und Energiebilanz, warum helle Dächer die Erwärmung eines Gebäudes verringern können. Nenne auch eine Grenze dieser Maßnahme.
# [[Bewölkte Nacht]]: Begründe, warum eine bewölkte Nacht häufig weniger stark abkühlt als eine klare Nacht, obwohl Wolken tagsüber Sonnenlicht reflektieren können.
# [[Küstenklima]]: Erkläre mit Wärmekapazität und Wärmetransport, warum Küstenregionen oft geringere Temperaturschwankungen besitzen als Regionen im Landesinneren.
# [[Vulkanausbruch]]: Leite ab, wie reflektierende Aerosole in der Atmosphäre den Strahlungshaushalt vorübergehend verändern können.
# [[Schmelzendes Meereis]]: Entwickle eine Wirkungskette von der Eisfläche über die Albedo bis zur aufgenommenen Strahlungsenergie.
# [[Klimaprojektionen vergleichen]]: Zwei Modelle verwenden verschiedene Emissionsszenarien. Erkläre, warum unterschiedliche Ergebnisse nicht automatisch bedeuten, dass eines der Modelle falsch ist.
# [[Fehleranalyse Experiment]]: In einem Flaschenversuch erwärmt sich ein Gefäß stärker als das andere. Nenne mindestens vier mögliche Störgrößen und plane Kontrollen.

{{BR}}
= Lernnachweis =

Für einen überzeugenden Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du

# den Unterschied zwischen Wetter, Klima und Klimawandel erklären kannst,
# Energieflüsse mit einer Strahlungsbilanz darstellen kannst,
# Albedo und Stefan-Boltzmann-Gesetz auf einfache Situationen anwenden kannst,
# den natürlichen und den verstärkten Treibhauseffekt physikalisch korrekt unterscheidest,
# die Rolle von Ozean, Atmosphäre und Eis als gekoppelte Teilsysteme erläuterst,
# verstärkende und dämpfende Rückkopplungen erkennst,
# Messdiagramme auswertest und Unsicherheiten benennst,
# Experimente fair planst und Störgrößen kontrollierst,
# Klimamodelle als überprüfbare, aber vereinfachte Darstellungen beurteilst,
# Deine Aussagen mit geeigneten Quellen, Daten oder Messungen begründest.

<br>
<br>

{{BR}}
= OERs zum Thema =

<iframe> https://de.m.wikipedia.org/wiki/Strahlungshaushalt_der_Erde </iframe>

<br>

{{BR}}
= Verknüpfte Lernbereiche =

{| align=center
{{:D-Tab}}
'''[[Physik des Klimas]]'''
# [[Strahlungshaushalt der Erde]]
# [[Treibhauseffekt]]
# [[Wärmestrahlung]]
# [[Stefan-Boltzmann-Gesetz]]
# [[Albedo]]
# [[Konvektion]]
# [[Wärmekapazität]]
# [[Thermohaline Zirkulation]]
# [[Rückkopplung]]
# [[Klimamodell]]
|}

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Klima]]
[[Kategorie:Klimawandel]]
[[Kategorie:Wärmelehre]]
[[Kategorie:Strahlung]]
[[Kategorie:Sekundarstufe I]]
[[Kategorie:Sekundarstufe II]]
[[Kategorie:Schule]]

{{BR}}
= aiMOOC-Projekte =
[[Kategorie:AI_MOOC]] [[Kategorie:GPT aiMOOC]]
{{MT}}

Physik des Klimas - Physik - Versionsgeschichte

Glanz: aiMOOC über GPT aiMOOC Action erstellt