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Sächsisches Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft, Referat 52 – Gebietsbezogener Immissionsschutz,
Klimaschutz
Stand: 30.07.2018
www.klimaschulen.sachsen.de
Fächerverbindender Unterricht Deckblatt
Titel
Dem Klimawandel auf der Spur im fächerverbindenden Unterricht
Ziele
Grobziel:
Die Schüler/innen werden sich bewusst, dass der Klimawandel ein
globales und regionales Phänomen mit vielfältigen Folgen für Mensch
und Natur ist.
Feinziele (kognitiv)
Die Schüler/innen erklären den natürlichen Treibhauseffekt.
Die Schüler/innen erklären ausgewählte Folgen des Klimawandels.
Feinziele (instrumentell)
Die Schüler/innen werten Schaubilder, Diagramme, Karten und Texte
inhaltsorientiert aus. Sie setzen sich kritisch mit den Quellen
auseinander.
Die Schüler/innen üben sich aufgabengeleitet im Experimentieren.
Feinziele (affektiv)
Den Schülerinnen werden die Auswirkungen des Klimawandels
bewusst.
Lehrplananbindung
verschiedene Fächer: Physik, Geographie, Biologie
BNE
Orientierungsrahmen
Erkennen – forschendes Lernen zu Ursachen-Wirkungsbeziehungen,
Wechselwirkung menschliche Aktivitäten und Klimaänderungen
Zeitbedarf
flexibel, modularisiert
Durchführung,
Weiterverarbeitung
Siehe FVU_LM_0_Konzept
Material für
Lehrer/innen
FVU_LM_1 – FVU_LM_5
Material für
Schüler/innen
FVU_AB_1 – FVU_AB_5

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FVU_LM_0_Konzept
Dem Klimawandel auf der Spur im fächerverbindenden Unterricht - Modulelemente
Die hier dargestellten Modulelemente zum Klimawandel im fächerverbindenden
Unterricht können als Bereicherung des Fachunterrichts oder innerhalb einer
Projektwoche eingesetzt werden. Sie verbinden Inhalte und Methoden verschiedener
Fächer, insbesondere Geographie, Physik und Biologie.
Bereich
Thema
Fächer
Methode /
Sozialform
Medien
Ursachen
Natürlicher
Treibhauseffekt
Geographie,
Physik
Experimentieren in
Gruppenarbeit
FVU_AB_1a_Exp_nThe
FVU_LM_1_AB_1a_Loe
FVU_AB_1b_Exp_nTHE
FVU_LM_1_AB_1b_Loe
Ursachen
Albedo
Geographie,
Physik
Experimentieren in
Gruppenarbeit
FVU_AB_2_Exp_Albedo
FVU_LM_2_AB_2_Loe
Folgen
global
Anstieg des
Meeresspiegels
Geographie,
Physik
Experimentieren in
Gruppenarbeit
FVU_AB_3_Exp_Meeresspiegel
FVU_LM_3_AB_3_Loe
Folgen
global
Eisschmelze
Geographie,
Physik
Experimentieren in
Gruppenarbeit
FVU_AB_4_Exp_Eisschmelze
FVU_LM_4_AB_4_Loe
Folgen
lokal
Ambrosia
Geographie,
Biologie
Untersuchen in
Gruppenarbeit
FVU_AB_5_Ambrosia
FVU_LM_5_AB_5_Loe

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schutz
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FVU_LM_1_AB_1a_Loe
Experiment
Lösungsvorschlag für FVU_AB_1a_nTHE
1.
2. Vermutung: Die Temperatur in der linken Tasse wird höher sein, weil sie direkt der Sonne
ausgesetzt ist.
3. a)
b) Die Temperatur ist jeweils nach 10 und nach 30 Minuten in der Tasse mit der Glasschüs-
sel darüber höher. Anders als in der Vermutung ist die Temperatur in beiden Tassen zwar
mit der Zeit angestiegen, jedoch stärker in der Tasse rechts.
4. Die Glasschüssel führt dazu, dass sich ein zur Umgebung hin abgetrennter Raum über der
Tasse befindet. Dieser speichert die Sonnenenergie für einige Zeit, sodass sich das Wasser
zusätzlich mehr aufheizt als die linke Tasse ohne Glasschüssel.
5. a) Glasschüssel = Atmosphäre (Gase wie Wasserdampf, Wolken)
b) Die Atmosphäre umgibt die Erde wie eine Schutzschicht, die bewirkt, dass die Erde nicht
auskühlt. Gase wie Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid ermöglichen eine Gegenstrah-
lung/Rückstrahlung der von der Erdoberfläche ausgestrahlten, langwelligen Wärmestrahlung.
Die Wärmestrahlung verbleibt demnach in der Atmosphäre und erwärmt diese auf eine
Durchschnittstemperatur von +15° C.
Zeit in
Min.
Temperatur in °C
ohne Glasschüssel
Temperatur in °C
mit Glasschüssel
Start
19
19
10
22
25
30
30
35
©
Cedric Zeisberger, TU Dresden, 2018

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FVU_LM_1_AB_1b_Loe
Ein Experiment durchführen
Lösungsvorschlag für FVU_AB_1b_nTHE
1. Vermutet vor dem Experiment, welche Beobachtungen ihr machen werdet.
individuelle Lösung
Beispiele: Temperatur unter dem Glas steigt schneller, Temperatur
ohne Glas steigt schneller, beide Temperaturen steigen gleich schnell
2. Führt das Experiment durch: hier beispielhafte Werte
Zeit
Temperatur ohne Glas in °C
Temperatur mit Glas in °C
0 Minuten
31,1
30,4
nach 2 Minuten
32,0
31,7
nach 4 Minuten
32,6
32,2
nach 6 Minuten
33,0
32,7
nach 8 Minuten
33,2
32,9
nach 10 Minuten
33,5
33,1
nach 12 Minuten
33,6
33,2
nach 14 Minuten
33,7
33,4
nach 16 Minuten
33,8
33,5
nach 18 Minuten
33,9
33,6
nach 20 Minuten
33,9
33,7
3. Berechnet den Temperaturunterschied zwischen t0 und t10 für die Messungen mit und ohne
Glas in Kelvin (K).
Temperaturunterschied ohne Glas:
33,9 °C – 31,1 °C = 2,8 K
Temperaturunterschied mit Glas:
33,7 °C – 30,4 °C = 3,3 K
4. Beschreibt eure Beobachtung.
Temperatur auf der vorbereiteten Unterlage unter dem Glas steigt schneller an als auf der
ohne Glas.
5. Wertet das Experiment aus.
Erklärt mit Hilfe des Informationsblattes (AB_4_nTHE) den natürlichen Treibhauseffekt.
Überlegt zunächst, was die Gegenstände in Wirklichkeit darstellen.
Lampe:
Sonne
Unterlage:
Erde
Glas:
Atmosphärengrenze
Luft im Glas:
Luftgemisch in der Atmosphäre
Das Experiment verdeutlicht den natürlichen Treibhauseffekt, ohne den es auf unserer
Erde deutlich kälter wäre.
Natürlicher Treibhauseffekt:
-
Die kurzwelligen Sonnenstrahlen der Erde treffen auf die Erdoberfläche.
-
Dabei werden sie teilweise an Wolken reflektiert.

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FVU_LM_1_AB_1b_Loe
-
Die kurzwelligen Sonnenstrahlen, die auf die Erdoberfläche treffen, werden in
langwellige Wärmestrahlung umgewandelt.
-
Treffen die kurzwelligen Sonnenstrahlen dabei auf helle Flächen, werden sie zu einem
großen Teil reflektiert. Treffen sie auf dunkle Flächen, werden sie absorbiert und in
langwellige Wärmestrahlung umgewandelt.
-
Diese langwellige Wärmestrahlung wird an die unteren Luftschichten abgegeben und
erwärmt diese. Somit erwärmt sich die Erdoberfläche von unten nach oben.
-
Ein Teil der langwelligen Wärmestrahlung gelangt ins Weltall, ein anderer Teil wird an
Wasserdampf und den Treibhausgasen (z. B. Kohlenstoffdioxid, Methan, Lachgas,
FCKW) absorbiert. Bei dieser Absorption erwärmen sich die Treibhausgase und sie
strahlen die Wärme zur Erdoberfläche ab. Die Luft erwärmt sich im Durchschnitt auf
+15 °C.
6. Überlegt, wie sich die Temperatur auf der Erde verändern würde, wenn es den natürlichen
Treibhauseffekt nicht geben würde.
Auf der Erde wäre es deutlich kälter. Durch den natürlichen Treibhauseffekt würden
Temperaturen von -18°C auftreten.
Durch den natürlichen Treibhauseffekt betragen die Temperaturen im Durchschnitt +15
°C.
Bearbeitet nach: [Spektrum 2018]: SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT VERLAGSGESELLSCHAFT MBH: Wissenschaft
in die Schulen. Erdsystemforschung in Berlin und Potsdam. Erdsystemforschung praktisch erleben. [online]
http://www.wissenschaft-schulen.de/sixcms/media.php/1308/2011-01-06_Anleitungen_Experimente_Klimawandel.pdf
[22.06.2018].

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schutz
Stand: 30.07.2018
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FVU_LM_2_AB_2_Loe
Ein Experiment durchführen
Lösungsvorschlag zu FVU_AB_2_Albedo
1.
2. Der schwarze Karton erwärmt sich mehr als der weiße.
3. a) mögliche Versuchsreihe
Zeit
Temperatur in
°C
Weißer Karton
Temperatur in °C
Schwarzer Karton
Ausgangstemperatur 20
20
1 Min.
21
21
2 Min.
22
25
3 Min.
23
27
4 Min.
24
30
5 Min.
24
30
b) Die Temperatur unter dem weißen Karton erwärmt sich nach 5 Minuten um 4K. Unter dem
schwarzen Karton lässt sich hingegen eine Temperatursteigerung von 10K erkennen. Damit
ist die Endtemperatur unter dem schwarzen Karton um 6K höher als die unter dem weißen
Karton.
Wie vermutet, hat sich der schwarze Karton mehr erwärmt.
4. weißer Karton = helle Flächen, z. B. Eisflächen der Erde, auch Wolken
schwarzer Karton = dunkle Flächen, z. B. Ackerflächen, Waldflächen
5. Bei einsetzender Eisschmelze auf der Erde gibt es weniger Eisflächen, die das eintreffende
Sonnenlicht reflektieren können. Wie im Experiment erhoben, erwärmen sich solche Fläche
weniger, da sie weniger Sonnenstrahlung absorbieren. Somit stehen im Verhältnis mehr
dunkle Flächen zur Verfügung, die das einfallende Sonnenlicht stärker absorbieren (s. Ver-
suchsreihe). Damit trägt dieser Prozess zu einer stärkeren Erwärmung der globalen Durch-
schnittstemperaturen bei, was zusätzlich den Klimawandel verstärkt.
Der Klimawandel verstärkt die globale Eisschmelze durch den Anstieg der globalen mittleren
Temperaturen. Dies wiederum verstärkt aufgrund des Reflexionsvermögens verschiedener
Oberflächen der Erde eine weitere Erwärmung der Erdoberfläche.
©
Cedric Zeisberger, TU Dresden, 2018

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Sächsisches Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft, Referat 52 – Gebietsbezogener Immissionsschutz, Klima-
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Stand: 30.07.2018
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FVU_LM_3_AB_3_Loe
Ein Experiment durchführen
Lösungsvorschlag zu FVU_AB_3_Exp_Meeresspiegel
1.
2. Vermutung: Das Wasser im Glaskolben und das Wasser im Glasrohr steigen an.
3.
a) Durch Erwärmung des mit Wasser gefüllten Glaskolben mit Hilfe des Bunsenbrenners oder der
bloßen Hände, steigt der Wasserstand nach einiger Zeit im Glasrohr an. Da kein Wasser hinzu ge-
gossen wurde, muss es sich durch die Erwärmung ausgedehnt haben.
Entgegen der Vermutung steigt der Wasserstand im Glaskolben nicht an.
b) Dem Wasser wird durch das Erwärmen Energie zugeführt. Dadurch vergrößert sich der mittlere
Abstand der Wassermoleküle zueinander, da deren Geschwindigkeit zunimmt. Damit sinkt die Dich-
te des Wassers und sein Volumen vergrößert sich. Da der Glaskolben abgedichtet ist, kann das
Wasser nur durch das Glasrohr entweichen. Folglich steigt der Wasserstand im Glasrohr.
c)
Versuch
System Erde
Wasser im Glaskolben
Weltmeer
Wasser im Glasrohr
Meeresspiegel
Bunsenbrenner oder Hände
Erwärmung der Atmosphäre
Durch den Klimawandel erhöhen sich die durchschnittlichen Temperaturen der Atmosphäre sowie
die der Ozeane. Dies wird hier mit dem Bunsenbrenner erreicht, der das Wasser im Glaskolben er-
wärmt. Das Wasser in den Ozeanen dehnt sich thermisch aus und vergrößert dadurch sein Volu-
men. Deshalb steigt der Meeresspiegel. Dies ist im Versuch durch das steigende Wasser im Glas-
rohr verdeutlicht.
4. Durch Anstieg der globalen Ozeantemperatur dehnt sich das Volumen des Meerwassers aus.
Folglich steigt der Meeresspiegel an. Mit steigenden Temperaturen dehnt sich das Wasser immer
weiter aus und der Meeresspiegel steigt weiter an. Ähnlich wie bei einem Fieberthermometer das
Quecksilber mit steigenden Temperaturen nach oben steigt, erhöht sich auch der Wasserpegel des
Meeres, solange die globalen Temperaturen auf der Erde weiter ansteigen.
©
Cedric Zeisberger, TU Dresden, 2018

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FVU_LM_4_AB_4_Loe
Ein Experiment durchführen
Lösungsvorschlag zu FVU_AB_4_Eisschmelze
1.
2. Wasserstand Becher 1: steigt, Wasserstand Becher 2 (mit Gegenstand): steigt
3. Beobachtung und Versuchsergebnis:
Nach Schmelzen des Eiswürfels in Becher 1 ist der markierte Pegelstand nicht überschritten worden
(entgegen der angenommenen Vermutung). Im Gegensatz dazu ist der Pegelstand in Becher 2 über
der Markierung erkennbar.
4. Der Eiswürfel in Becher 1 verdrängt genau so viel Wasser wie er selbst wiegt (Archimedisches
Prinzip). Da die Masse nicht vom Aggregatzustand abhängt, muss der geschmolzene Eiswürfel ge-
nau das zuvor verdrängte Wasservolumen ausfüllen. Somit ändert sich der Wasserstand nicht.
5. Für einen Meeresspiegelanstieg kommt nur das Festlandeis in Frage, nicht aber das im Meer
schwimmende Eis.
©
Cedric Zeisberger, TU Dresden, 2018

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schutz
Stand:30.07.2018
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FVU_LM_5_AB_5_Loe
Lösungsvorschlag für FVU_AB_5_Ambrosia
1. Steckbrief:
Ambrosia = Beifuß-Ambrosie
Herkunft: Nordamerika
Einwanderungsweise: mit Vogelfutter und Saatgut
Größe: 1-2 m
Blätter: fiederteilig eingeschnitten, Blattober- und Unterseite annähernd gleich grün gefärbt
Stängel: rötliche Färbung, behaart
Vorkommen in Europa: Südosteuropa, Mitteleuropa
Wuchsort: Ackerflächen, an Straßen- und Wegrändern, auf Erdaufschüttungen, in Neubau-
gebieten, auf Brachflächen, in Parkanlagen
Gefährdungspotenzial für den Menschen: hoch für Menschen mit allergischen Reaktionen
Bekämpfung: Ausreißen mit Handschuhen und Mundschutz, vor Fruchtreife
2. a) Ambrosia-Besiedlung in Deutschland:
-
Brandenburg ist am stärksten von der Ausbreitung betroffen
-
Süden und Südwesten Deutschland weist eine große Besiedlung von Ambrosia auf
-
Ambrosia-Besiedlung mittelgroß in Sachsen, Berlin und NRW
-
Norden und Nordwesten kaum Ambrosia-Verbreitung
b)
-
heute: größte Vorkommen von Ambrosia-Beständen in Ost- und Südosteuropa sowie
Südeuropa
-
im Jahr 2080: ebenso große Verbreitung Süd- und Südosteuropa
-
erkennbar wird eine Verschiebung sowie Ausdehnung der Bestände nach Norden hin bis
weit hinein nach Skandinavien, leichte Abnahme im Osten Europas
-
flächendeckende Verbreitung von Ambrosia und Zunahme der Bestände in Mittel- und
Westeuropa
3.
-
sehr feine, kleine Pollen dringen beim Einatmen tief in Bronchien ein
-
können Asthma und Atemnot auslösen
-
sehr viele Pollen, die hunderte Kilometer weit fliegen können
-
Ambrosia ist eine hochallergene Pflanze, die auch Menschen reagieren lässt, die bis-
her keine Allergien haben
4.
-
Dauer: Vegetationsperiode ist 1991-2012 deutlich länger
-
Winter 1961-1990 um 16 Tage länger
-
Jahreszeiten bleiben ähnlich lang, keine Phase entfällt gänzlich
-
Beginn: Frühling in 1991-2012 startet deutlich zeitiger im Jahresverlauf, Sommer beginnt
eher, Herbst startet früher und endet später

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Sächsisches Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft, Referat 52 – Gebietsbezogener Immissionsschutz, Klima-
schutz
Stand:30.07.2018
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FVU_LM_5_AB_5_Loe
5. Der Klimawandel führt dazu, dass sich global die Durchschnittstemperaturen erhöhen und in
Europa eine Verschiebung der Vegetationszonen sowie der Vegetationsperiode der Pflanzen zu
erkennen sind. So wird sich der Ambrosia-Bestand aufgrund des Klimawandels bis in den Nor-
den Europas ausdehnen sowie in Küstengebiete vordringen.
Bei einer zunehmend längeren Vegetationsperiode und mehr Kohlenstoffdioxid in der Luft
kann die Ambrosia mehr Biomasse produzieren und damit auch mehr Pollen. Die wärmelie-
bende Pflanze kann zudem länger blühen, da sich der Herbst bereits verlängert hat. Somit
kann Ambrosia in einem größeren Zeitraum eine Gefahr für allergiegefährdete Menschen
darstellen.
Damit ist die Beifuß-Ambrosie ein exemplarisches Beispiel für die Ausbreitung von invasiven
Arten, die in Europa immer günstigere Bedingungen für ihre Wachstumsperiode vorfinden
und für den Menschen unerwünschte gesundheitliche Folgen verursachen.