Fachdidaktik Chemie ETH Chemie in der Atmosphäre S.

Chemie und GeographieZiele Was Chemie zu Treibhauseffekt und Ozonloch beitragen kann Experimente im Unterricht demonstrieren

Was ist Ozon?Sauerstoffatom Sauerstoffmolekül Ozon

Wo kommt Ozon vor?unten zu viel, oben zu wenig Ozon

FCKW Fluorchlorkohlenwasserstoffe zerstören Ozon

Amadeus Bärtsch www.fdchemie.pbworks.com 27. März 2019

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Bildung und Abbau von Ozon in der Stratosphäre

Bild 1

Bild 2: Lehrperson erklärt, wie Sauerstoffatome, Ozon und Chlorradikale gebildet werden:

Aufgabe: Die SuS ergänzen die obenstehende Skizze mit den Prozessen 1) bis 4) und formulieren die Bedeutung selbständig

Prozesse: Bedeutung in eigenen Worten:

1) O + O2 O3

2) O3 + O 2 O2

Es stellt sich ein chemisches Gleichgewicht von Ozonauf- und -abbau ein. Je mehr O und O2 vorhanden sind, desto häufiger treffen diese Teilchen aufeinander und werden zu O2-Molekülen.

3) Cl + O3 ClO + O2

4) ClO + O Cl + O2

Chloratome reagieren mit Ozon-Molekülen. Eine weitere Reaktion setzt wieder Chloratome frei.

Deshalb kann ein Chloratom tausende von Ozonmolekülen zerstören.

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Bild 3: Die Skzze wird nach der Aufgabe ergänzt

Experimente in der StratosphäreDemonstration von Ozonloch und Treibhaus-Effekt. DemoEx GmbH, www.demoex.ch

Die Vorlage ohne Beschriftung

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Weniger Ozon in der Stratosphäre bedeutet mehr UV auf der ErdeExperiment zum Sonnenschutz

Resultat: Im Gegensatz zu Wasser und Handcreme absorbieren Sonnencremen ultraviolettes Licht. In einem Film mit einer UV-Kamera wird gezeigt, wie Menschen aussehen, die Sonnencreme auf die Haut auftragen: https://www.youtube.com/watch?v=o9BqrSAHbTc Auch Brillen – Lese- und Sonnenbrillen – schützen vor ultraviolettem Licht.

Tipp: In den Badeferien Siesta machen. In den Mittelmeerländern von 12 bis 15 Uhr den Schatten suchen

Ab wann ist Sonnenstrahlung wirklich gefährlich? Einen ausgezeichneten Zeitungsartikel mit diesem Titel, der in der Neuen Zürcher Zeitung vom 20. August 2008 publiziert wurde, finden Sie auf www.fdchemie.pbworks.com im Kapitel Luftschadstoffe.

Erkenntnisse der Schülerinnen und Schüler Ozon absorbiert UV-Licht

FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoffe) sind sehr stabil, überdauern 10 Jahre, gelangen bis in die Stratosphäre, wo UV-Licht Chloratome abspaltet. Weil FCKW weltweit verboten wurden, wird sich die Ozonschicht erholen.

Ein Chloratom zerstört Tausende von Ozonmolekülen

In der Schweiz gibt es 5 % weniger Ozon als früher und damit mehr Sonnenbrand

Ozonloch: Im September 60 % weniger Ozon über dem SüdpolGrund: im August bildet sich über der Antarktis kein Ozon, weil das Licht fehlt. Wirbel am Südpol verhindert den Luftaustausch ⇒ sehr kalt: - 80 °C, sogar Eiswolken in der Stratosphäre. Ozonabbau an den Eiskristallen, wenn es im September wärmer wird.

ErfolgsprotokollSchutz der Ozonschicht hilft auch dem Klima"1987 unterzeichneten 25 Regierungen und die Kommission der EU eine Vereinbarung über Stoffe, die zum Abbau der Ozonschicht führen. Dieses Montrealer Protokoll reduzierte seitdem erfolgreich weltweit den Ausstoß von FCKW und Co, und die Ozonschicht erholt sich offenbar - wenn auch sehr langsam. Doch das Abkommen erreichte weit mehr als das." Der ausführliche Bericht vom 5.3.2007 ist unter http://www.spektrum.de/alias/klimawandel/erfolgsprotokoll/867181 zugänglich.

Ersatzgase mit Nebenwirkungen, Tages-Anzeiger, 28.1.2019, S.36Das Montreal-Protokoll verbietet Gase, die der Ozonhülle schaden. Deren Ersatzstoffe verstärken jedoch die Erderwärmung. Ein seit 2019 geltendes Abkommen soll das Problem lösen.

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Skizzen haben viele Vorteile Graphiken sind prägnant Die Erklärung wird entwickelt. Schreibende Schüler, befassen sich länger mit dem Thema Jetzt oder nie! Die Schülerinnen wissen, dass Informationen fehlen, wenn sie nicht mitschreiben

oder abwesend sind und die Lektionen verpassen. Bei Demonstrationsexperimenten: Ich bin nicht zu schnell, beschrifte die Geräte und formuliere

die Ziele. Es wird klar wo die Substanzen sind und welche Prozesse ablaufen

Schwierigkeit: Skizze gut überlegen! Sie sollte übersichtlich sein und viel aussagen.

Interdisziplinäre ThemenAm Gymnasium sind die Fächer kaum aufeinander abgestimmt. Wenn jedes Fach über Treibhauseffekt, Ozonloch, Sommersmog, Hochofen, Aluminium und Kernkraftwerke berichtet, bleibt der Unterricht oberflächlich.Vorschlag: Interdisziplinäre Themen den Fächern zuordnen. Die Geographie könnte beispielsweise für den Treibhauseffekt verantwortlich sein. Wenn eine Chemikerin etwas zum Treibhauseffekt machen möchte, nimmt sie mit dem Geographen der Klasse Kontakt auf und erfährt das Vorwissen. Umgekehrt weiss der Geograph dann, was in der Chemie diskutiert wird und kann das Thema weiterführen. Es schadet nichts, wenn sich die Schülerinnen mehrmals mit dem Treibhauseffekt auseinandersetzen. Wiederholungen sollten allerdings unterschiedliche Schwerpunkte haben.

Zu viele Abmachungen schränken ein und führen zu unproduktiven Sitzungen. Damit die Lehrpersonen genügend Freiheit und Flexibilität in der Gestaltung des Unterrichts haben, sollten nur die wichtigsten interdisziplinären Probleme abgesprochen werden.

Fächerübergreifender Unterricht Wenn möglich nur mit guten Lehrpersonen zusammenarbeiten Je weniger Sitzungen desto besser. Es ist schwierig einen Termin für eine Sitzung mit 3 und

mehr Lehrpersonen zu finden Die Schüler müssen zuerst die Disziplinen kennen, bevor sie interdisziplinär arbeiten Die Schülerinnen müssen die Disziplinen verbinden, nicht die Lehrpersonen. Sind verschiedene

Fächer beteiligt, sollte ein Thema ungefähr zur selben Zeit behandelt werden. Viele Schüler vergessen schnell und können Informationen nur verknüpfen, wenn diese noch präsent sind.

Interdisziplinär ist nicht interessanter als gewöhnlicher Unterricht Oft bringt der interdisziplinäre Unterricht den Lehrerpersonen mehr als den Schülerinnen In Arbeitswochen und speziellen Kursen kann fächerübergreifender Unterricht besonders

einfach realisiert werden.Einige Beispiele: Deutsch und Chemie: Patrick Süskind: Das Parfum

Geschichte und Chemie: Wie Erfindungen die Welt verändernEnglisch und Chemie: Let’s Get Chemical ... in English

Dieses Skript im Word-Format und die vorgestellten Materialien sind unter http://fdchemie.pbworks.com im Kapitel Luftschadstoffe abrufbar.

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Arosa – Messung der Ozonschicht seit 1926Meteo Schweiz liefert aktuelle Informationen über die Ozonschicht:

http://www.meteoschweiz.admin.ch/web/de/wetter/ozone_layer.html

Die Ozonschicht hat über der Schweiz um 5 % abgenommen:

„In der oben stehenden Figur sind die Einsatzperioden der verschiedenen Dobson- und Brewer-Instrumenten mit ausgezogenen horizontalen Linien dargestellt. Die jährlichen Mittelwerte der Ozonsäule - deren grösster Teil sich in der Ozonschicht befindet - sind mit einem Rechteck gekennzeichnet. Die sehr lange Messreihe belegt die Verminderung der Gesamtozonmenge in der Atmosphäre, welche zwischen circa 1970 und 1995 erfolgte. Diese Abnahme beträgt 17 Dobson-Einheiten [DU], oder 5% vom langjährigen Mittelwert zwischen 1926 und 1970. Die Abnahme beginnt um 1970, weil die Emissionen der Ozonschicht abbauenden Substanzen zu dieser Zeit stark zugenommen haben. In den Jahren 1991-92 haben Vulkanaschen in der Stratosphäre den Ozonschichtabbau verstärkt. Seit Mitte der neunziger Jahre hat sich die Ozonschicht über der Schweiz nicht weiter abgeschwächt. Dies wird auch weltweit festgestellt, obschon das Ozonloch im antarktischen Frühling immer noch regelmäßig auftritt. Das in internationalen Vereinbarungen verankerte Verbot von Ozonschicht abbauenden Substanzen hat bereits positive Auswirkungen zur Folge. Eindeutige Zeichen vom Beginn einer Erholung der Ozonschicht sind jedoch noch ausstehend. Sie sind in den nächsten Jahrzehnten erwartet. Bedingt durch einen verstärkten stratosphärischen Austausch zwischen Tropen und Nordpol sollte das Jahr 2010 (in der Grafik nicht aufgeführt) durch recht hohe Ozonsäulenwerte gekennzeichnet sein.“

Abbildung und Kommentar aus http://www.meteoschweiz.admin.ch/web/de/klima/klima_schweiz/lange_ozonmessreihen.html (Stand: 31.3.12)

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Dobson-EinheitDie Dobson-Einheit (Einheitenzeichen: DU, von englisch Dobson unit) ist ein Maß für Stärke der Ozonschicht. Sie wurde nach Gordon Dobson benannt, der das erste Instrument zur Messung dieser Größe entwickelte, das Dobson-Spektrophotometer.

Zur Definition der Dobson-Einheit wird die gesamte Stoffmenge an Ozon über einer Flächeneinheit als Gasvolumen unter Normbedingungen (STP) ausgedrückt. Das Ergebnis, eine Länge, ist also die hypothetische Dicke der Ozonschicht, wenn man sie als reines Ozon am Boden konzentrieren würde. 100 DU = 1 mm.

Die mittlere Säulenhöhe des hauptsächlich in der unteren Stratosphäre vorkommenden Ozons beträgt in gemäßigten Breiten zwischen 300 und 400 DU, in höheren Breiten im Sommer teils über 500 DU, am Äquator wegen der höheren Tropopause weniger, im antarktischen Frühjahr, zu Zeiten des Ozonlochs weit unter 200 DU. (Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Dobson-Einheit, 26.4.2012)

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Klimawandel

Ausgezeichnete Vorträge von Prof. Reto Knutti (ETH) auf Video:

https://vimeo.com/195415300

https://vimeo.com/304973444

 

Einen guten Überblick und viele Grafiken bietet auch der Bericht Brennpunkt Klima:

https://naturalsciences.ch/service/publications/81637-brennpunkt-klima-schweiz

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