Seit einigen Jahren bietet der Fachbereich Physik einen zweisemestrigen Kurs zur Quantenphysik an, in dessen Verlauf nach einer Einführung zum Quantenmodell im ersten Semester im zweiten Halbjahr Anwendungen der Quantenphysik im Zentrum des Unterrichts stehen. Bisher behandelte Themen waren z.B. Medizinphysik, Physik der Sterne, aber auch eher fächerübergreifende Themen wie „Farben“. Im letzten Schuljahr hat sich ein Kurs mit der Physik der Hochatmosphäre beschäftigt und zum Ende des Kurses sollte der Treibhauseffekt experimentell demonstriert und untersucht werden.
Dazu wurden zwei identische durchsichtige Behälter unterschiedlich befüllt, wodurch unterschiedliche Gebiete auf der Erde simuliert werden sollten: Ein Behälter mit Erde und einem Wasserteich auf der einen, ein Behälter mit Eis, Wasser und Gesteinen auf der anderen Seite. Dazu wurde der Behälter mit Erde mit schnell wachsender Kresse bepflanzt.
Das sah nach der Fertigstellung so aus:
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Zur Demonstration des Treibhauseffekts wurden beide Behälter (knapp) hintereinander mit CO2 befüllt und die Lufttemperatur mit Hilfe eines digitalen Thermometers über einen größeren Zeitraum gemessen. Glücklicherweise fanden die Messungen an einem Tag statt, an dem es durch wechselnde Wolkenbedeckungen eine sehr variable Sonneneinstrahlung auf dem Dach des Kunstsaales gab.
Bereits der Blick in die beiden Behälter zeigte die unterschiedlichen Folgen der Sonneneinstrahlung:
| Erdbox | Steinbox |
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Noch deutlicher wurde es jedoch beim Betrachten der Messgraphen:
Hier ist die Temperatur ϑ in °C in Abhängigkeit von der Zeit t in s aufgetragen. Der rote Graph gibt die Temperatur in der Erdbox und der schwarze Graph die in der Steinbox wieder.
Es ist zu erkennen (woran?), dass
- Die bepflanzte Erde für eine generell höhere Temperatur in der Box sorgte.
- Dass bei Befüllung mit Erde die Temperaturänderungen durch die variable Sonneneinstrahlung nicht so sprunghaft wie in der Steinbox waren.
- Die Befüllung mit CO2 zuerst in der Steinbox vorgenommen wurde und diese auch mehr CO2 erhielt.
- Der darauf einsetzende Temperaturanstieg in der Steinbox schnell wieder abklang, während sich in der Erdbox ein kontinuierlicher Anstieg einstellte.
Selbst dieses doch recht einfache Experiment zeigt die enorme Bedeutung, die die Atmosphäre (die Box), ihr Inhalt (Luftzusammensetzung) und die Bodenbeschaffenheit auf die Lufttemperatur haben. Eine hinreichend grüne Erde mildert Temperaturänderungen (und absorbiert das CO2), während die menschengemachte Erhöhung der CO2-Konzentraton für einen kaum rückgängig zu machenden Temperaturanstieg in der Atmosphäre sorgt, dessen Folgen wir tagtäglich zur Kenntnis nehmen müssen.
H. Stutenbecker (Kursleiter)