Unterrichtsstunde 3: Farbe und Temperatur – die Bedeutung des Meereises
| Autor: | |
| Publikation: | 11.12.2008 |
| Lernstufe: | 3 |
| Ziele: | Verstehen, wie das Schmelzen des Meereises zur Erwärmung der Ozeane beiträgt. |
| Angestrebte Kenntnisse: | Praktischer Umgang mit dem selbständigen Erkunden: etwas hinterfragen, beobachten können, eine mögliche Erklärung formulieren können. |
| Wortschatz: | Lichtstrahlen, Thermometer |
| Dauer: | 1 Stunde |
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Für jede Gruppe:
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| Herkunft: | La main à la pâte, Paris |
Die Ausgangsfrage
Die/der Lehrende zeigt den Schüler/inne/n eine erste Zeichnung (die obere auf Arbeitsblatt 10). Zu sehen sind Ziegelsteine, die man auf Schnee gelegt hat. Ein Ziegelstein ist dunkel (oder schwarz angemalt), der andere hell (oder weiß angemalt). Diese Ziegelsteine werden in die Sonne gelegt. Die/der Lehrende fragt: "Wer kann beschreiben, was dargestellt ist? Was wird geschehen, wenn man ein paar Stunden wartet?"
Abb. 1: Ein dunkler und ein heller Ziegelstein werden auf Schnee in die Sonne gelegt.
Die/der Lehrende zeigt dann ein zweites Bild (das untere auf Arbeitsblatt 10). "Was seht ihr hier? Warum ist der schwarze Ziegelstein tiefer in den Schnee eingesunken als der weiße?" Die erwartete Erklärung ist: Der schwarze Ziegelstein erwärmt sich im Sonnenlicht stärker als der weiße, so dass der Schnee (stärker) schmilzt.
Abb. 2: Der dunklere Ziegelstein ist tiefer eingesunken.
Das Experiment
Wenn die Schüler/innen ihre Hypothesen formuliert haben, fragt der/die Lehrer/in sie, wie man diese überprüfen könnte und regt die Klasse dazu an, ein Experiment durchzuführen. Zum Beispiel kann man an einem warmen Tag zwei T-Shirts (ein schwarzes und ein weißes) in die Sonne auf den Boden legen (oder unter eine Glühlampe) und die Temperatur unter jedem T-Shirt messen. Das Thermometer unter dem weißen T-Shirt zeigt eine niedrigere Temperatur an als das unter dem schwarzen.
Abb. 3: Hypothese eines Schülers der 5. Klasse
Wissenschaftliche Anmerkungen
- Am besten legt man die Gegenstände, deren Temperatur man messen möchte, auf einen thermischen Isolator (Wollpullover, Styroporplatte) und nicht einfach auf den Boden. Das Thermometer legt man dann zwischen Gegenstand und Isolator.
- Das T-Shirt muss so dünn wie möglich sein, damit es das Thermometer nicht "isoliert"!
- Nach Möglichkeit sollte man natürlich identische Thermometer benutzen, die zu Beginn des Experiments die gleiche Temperatur anzeigen. Wenn keine identischen Thermometer zur Verfügung stehen, ist das auch nicht so schlimm, denn es kommt auf die Temperaturdifferenzen zwischen Anfang und Ende des Experiments an. Die Differenz sollte unter dem schwarzen T-Shirt größer sein als unter dem weißen.
Gemeinsame Besprechung
Die Vertreter/innen der einzelnen Gruppe stellen ihre Ergebnisse vor. Dass dunkle Gegenstände sich mehr erwärmen, bestätigt sich im täglichen Leben: "Was geschieht, wenn man ein Auto im Sommer in der prallen Sonne stehen lässt? Oder ein Fahrrad mit schwarzem Sattel? Ist die Farbe des Wagens, der Sitze oder des Sattels von Bedeutung?"
Der/die Lehrer/in kommt auf die Ergebnisse der vorhergehenden Unterrichtsstunde zurück. "Wir haben gesehen, dass die großen Eisflächen (Meereis, Gletscher) zurückgegangen sind und dass dieser Prozess sich fortzusetzen droht. Welche Folgen könnte das haben? Welche besonderen Eigenschaften hat das Eis?"
Das Ziel der Diskussion ist es, über die Farbe des Eises zu sprechen: Es ist weiß, also reflektiert es den Großteil der Lichtstrahlen und begrenzt auf diese Weise die Energie, die vom Ozean oder von der Erde unter dem Eis absorbiert werden kann. "Welche Farbe hat der Ozean unter dem Eis? Ist er dunkler oder heller als das Eis? Was geschieht mit der Temperatur des Ozeans, wenn das Meereis verschwindet (oder zurückgeht)?"
An dieser Stelle verstehen die Schüler/innen, dass das völlige oder partielle Verschwinden des Meereises einen Temperaturanstieg der Ozeane zur Folge hat.
Falls nötig kann ein zweites Experiment durchgeführt werden: Man nimmt zwei gleiche Gefäße, bedeckt das eine mit weißem, das andere mit schwarzem Papier. Beide Gefäße sind mit gleichen Wassermengen gefüllt. Die Anfangstemperatur wird notiert. Anschließend stellt man die Gefäße in die Sonne. Nach einigen Minuten wird erneut die Temperatur gemessen. Jetzt ist das Wasser in dem mit schwarzem Papier bedeckten Gefäß wärmer als das Wasser im anderen Behälter.
[Anmerkung der Übersetzer: Möglicherweise werden die Kinder fragen "Warum ist denn das Wasser im Meer dunkel? Ist das Wasser im Meer schmutzig?" Sie können sie dann daran erinnern, dass sie z.B. bei einer Dampferfahrt oder wenn sie in einem See schwimmen, den Boden des Sees meist nicht sehen können, außer am Rand im flachen Wasser. Wasser ist zwar ziemlich durchsichtig, aber nicht völlig, selbst wenn es ganz sauber ist. Es absorbiert das einfallende Licht und erscheint deshalb dunkel.]
Gemeinsame Schlussfolgerung
Das Meereis bildet eine große weiße Fläche, die die Lichtstrahlen reflektiert. Wenn sie verschwindet, ist der Ozean – der eine große dunkle Fläche darstellt – unmittelbar der Sonne ausgesetzt und erwärmt sich stärker. Das Schwinden der Gletscher und der Eiskappen hat die gleichen Folgen: Es macht den Planeten "dunkler" und verstärkt die Erwärmung.
Wissenschaftliche Anmerkungen
- Das Wichtige ist hier, dass das Eis weiß ist und wie ein Spiegel wirkt: Der Großteil des einfallenden Lichtes wird reflektiert. Diese reflektierende Eigenschaft nennt man "Albedo" (lateinisch: Weißheit) und ist ein Maß für die Stärke des Reflektionsvermögens einer Oberfläche. Das Meer hat eine Albedo von etwa 10% und ist damit viel dunkler (absobiert also viel mehr Lichtenergie) als Neuschnee, dessen Albedo 80% beträgt.
- Der Klimawandel, der die Meereismassen, die Polkappen und die Gletscher schmelzen lässt, verringert die Albedo des Planeten. Dieser erwärmt sich immer mehr, was wiederum den Rückzug der Eismassen beschleunigt: ein Teufelskreis.
