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Physikalische Grundlagen zur Entstehung von Wetterlagen

Aufbau
1. Physikalische Zusammenhänge
2. Entstehung der Wolken
3. Entstehung des Regens
4. Entstehung des Nebels
5. Wie entsteht Smog?
6. Demonstrationsexperiment
7. Fächerübergreifendes Unterrichtskonzept
8. Quellen

1. Physikalische Zusammenhänge
- Luftdruck Luftdichte Temperatur Luftfeuchtigkeit Luftdruck
- Luftdruck nimmt mit der Höhe ab
-1 Kubikmeter Luft entspricht ca. 1 kg Luft
- erzeugt auf dem Boden einen Druck von 1000 hPa
- Faustregel: Pro 100 m Höhenzunahme nimmt der Luftdruck um 1,25 % ab
- Luftdichte / Luftdruck Mit zunehmender Höhe wird die Luftdichte immer geringer
- Geringere Luftmenge = geringerer Luftdruck = geringere Luftdichte Temperatur / Luftdichte
- Mit zunehmender Höhe kühlt sich die Luft immer weiter ab
- Steigt ein Luftquantum hoch, so wird seine Dichte geringer
- es dehnt sich aus
- Luftquantum wandelt dabei innere Energie in Arbeit um
- Seine Temperatur sinkt
- Faustregel: Steigt die Luft um 100 m hoch, so kühlt sie sich um 1 Grad Celsius ab
-Luftfeuchtigkeit / Temperatur Luftfeuchtigkeit = Gehalt der Luft an Wasserdampf
- Luftquantum kann nur eine bestimmte Menge an Wasserdampf aufnehmen
- Je höher die Temperatur, umso mehr Wasserdampf kann die Luft aufnehmen

2. Entstehung der Wolken
- Beispiel: Regenwolken Bildung: hauptsächlich über dem Meer
- Viel Wasserdampf, den die warme Luft über der Wasserfläche aufnimmt, wird in höhere Luftschichten transportiert
- Warmluft dehnt sich beim Aufsteigen aus + kühlt sich dabei ab
- Bei Abkühlung unter den „Taupunkt“ wird der Wasserdampf in Form von Nebel- / Wasser –tröpfchen ausgeschieden

3. Entstehung des Regens
- Sobald die Wassertröpfchen schwer genug sind, fallen sie aufgrund der Erdanziehungskraft zur Erdoberfläche herab

4. Entstehung des Nebels
- Genügend große Luftfeuchtigkeit muss vorhanden sein
- Der „Taupunkt“ muss unterschritten werden
- Taupunkt = die zu einem bestimmten Wasserdampfgehalt gehörende Temperatur
- Wird Taupunkt unterschritten, kondensiert der Wasserdampf zu winzigen Nebeltröpfchen

5. Smog
- 2 Arten von Smog: Sommersmog und Wintersmog
- Sommersmog Normalerweise: NO2 NO + O+ O* + O2 O3 O3 + NO NO2 + O2 (Gleichgewicht der Reaktionen) NO baut das Ozon ab!
- Sommersmog Problem: NO wird ebenfalls mit den in der Atmosphäre vorhandenen Kohlenwasserstoffen gebunden.
- KW + OH + NO PAN + NO2 Wird NO gebunden, steht es nicht mehr zum Ozonabbau zur Verfügung
- Es entsteht ein Überschuss an PAN und Ozon SOMMERSMOG!
- Sommersmog Ozon und PAN werden durch den Wind auch in ländliche Gebiete getragen!
- wenig NO: langsamer Abbau von O3 Gefahr: nicht sichtbar!
- Folgen für den Menschen Reizung der Atemwege
- Ozon gering wasserlöslich, dringt tief in die Lunge ein bei chronischer Belastung/ Exposition: irreversible Schädigung des Lungengewebes
- Grenze bei jedem individuell, keine Riskogruppe
- Folgen für die Pflanzen
- Stressfaktor Schädigung von Blättern
- Ertragsverluste kann auch die Zusammensetzung von Pflanzengemeinschaften ändern (Veränderung ganzer Ökosysteme)
- Wintersmog entsteht durch Inversionswetterlage
- normalerweise: Temperatur der Luft nimmt mit zunehmender Höhe ab (1°C/ 100m) sehr instabil, es kommt zu wechselhaftem Wetter, da sich die Schichten in ständiger Bewegung befinden wenn sich kalte Luft im Tal festsetzt, so lagert sich darüber die kommende Warmluftfront sehr stabil, denn warme Luft ist leichter als kalte warme Luft „schwimmt“ auf kalter Luft
-Verdeutlichung Sperrschicht besteht aus warmer Luft Es herrscht kaum Teilchenbewegung, deshalb kann die kalte Luft (und mit ihr die Abgase der Stadt) nicht in die Atmosphäre entweichen
- ES ENSTEHT SMOG!
- Stufe 1: Vorwarnung
- Stufe 2: Gesundheitsgefahren zu befürchten
- Stufe 3: katastrophenähnlicher Zustand
- Beispiel für Wintersmog London im Dezember 1952 Wintersmog

6.Versuch Beobachtung?!?
- 2 Glasrohre in eine Stativaufhängung gebracht unter ein Glasrohr wird ohne Veränderung eine Zigarette gehalten das andere Glasrohr wird in der Mitte mittels Eiswürfeln eine hinreichend lange Zeit gekühlt dann wird ebenfalls eine Zigarette entzündet und darunter gehalten

7. Fächerübergreifendes Unterrichtskonzept
- Vermittlung der Grundlagen durch den Lehrer
- Gruppenarbeit (Material stellt der Lehrer zur Verfügung) jeweils eine Gruppe für die Regen-, Nebel-, Wolken- und Smogentstehung
- Experiment nur als Lehrerdemonstrationsexperiment
- kann in Erdkunde, Physik sowie Chemie vermittelt werden

8. Quellenangaben Literatur:
- „Nichts löst sich in Luft auf“ (Reno Graffitti)
- „Ökologie und Umwelt“ (Westermann Lexikon)
- „Physik ist überall“ (Karl Luchner)
- „Physik in Wald und Flur“ (Wittmann)
Internet: http://www.Umweltbundesamt.de/uba-info-presse/hintergrund/sommersmog_2005.pdf
http://www.uni-koblenz.de/~odsbcg/rhnebel/inversio.htm

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