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Arbeitsblatt 2: Strahlungsbilanz

Die Erde erhält ihre Energie vor allem in Form von Licht von der Sonne. Licht ist eine Art von elektromagnetischer Strahlung. Die Strahlung des Lichtes erwärmt den Boden. Im Gegenzug gibt unsere Erde Energie ab, indem sie infrarote Strahlung ins Weltall emittiert. Insgesamt gesehen müssen die Energie, die wir von der Sonne erhalten und die Energie, die die Erde wieder in den Weltraum abgibt, denselben Betrag haben. Anderenfalls würde sich die Erde recht bald aufheizen.

Aber sind auch die Ströme der Strahlung sichtbaren Sonnenlichtes (eingehend) und Wärmestrahlung der Erde (herausgehend) in allen Teilen der Welt jeweils gleich? Um die Frage zu beantworten, wollen wir einige Satellitenmessungen anschauen, die den Energiefluss zur und von der Erde analysieren.

1. Einfallende solare Energie, die die Erde erreicht ...

Die Abbildung unten zeigt die mittlere solare Energie, die die Erde im Januar 2004 erreicht (gemessen in Watt pro Quadratmeter)

• Ist die Energie gleichmäßig über die Erdoberfläche verteilt?
• Wovon hängt sie ab?
• Was ist der mittlere Wert dieses Monats in dem Land, in dem du wohnst?

1. Mittlere von der Sonne eintreffende Energie an einem Tag im Januar 2004. Photo: NOAA
 

2. Messung der Albedo

Betrachte die beiden Grafiken unten. Sie zeigen den unmittelbar reflektierten Anteil (Albedo) der Sonnenenergie im Januar und im August. (Achtung! Das reflektierte Licht ist keine Wärmestrahlung.)

• Welche Gebiete haben die niedrigste Albedo? Welche die höchste?
• Wie hoch ist die mittlere Albedo an deinem Wohnort im Januar? Wie hoch ist sie im August? 

3. Absorbierte Sonnenenergie

Die Abbildung unten zeigt den durchschnittlichen Anteil der Sonnenenergie, der von der Erde absorbiert wird (in W/m²) im Januar 2004. Der Betrag wurde aus der eintreffenden Sonnenstrahlung errechnet abzüglich des Energieanteils der reflektiert wird (Albedo). Interpretiere die Darstellung:

• Einige Gebiete absorbieren eine Menge an Energie. Wo befinden sie sich?
• Andere absorbieren sehr wenig Energie. Wo befinden sich diese?
• Wie groß ist die in deinem Land absorbierte Strahlungsenergie?

4. Von der Erde absorbierte Strahlung der Sonne (in W/m²) im Januar 2004. Photo: NOAA
 

4. Fasse Sie die Informationen aus den Aufgabenteilen 1-3 zusammen und ergänze die folgenden Sätze: 

Diejenigen Gebiete der Erde, die am meisten Sonnenenergie absorbieren, sind diejenigen, die die …………… einfallende Sonnenstrahlung erhalten und die die…………. Albedo haben. Diese Gebiete liegen zwischen den …. …. .
Diejenigen Gebiete der Erde, die am wenigsten Sonnenenergie absorbieren sind diejenigen, die die …………… einfallende Sonnenstrahlung erhalten und die, die …………. Albedo haben. Diese Gebiete liegen zwischen den …. …. sowie in …...

5. Emission von Energie

Die absorbierte Strahlung der Sonne (vor allem Licht) erwärmt den Boden und die Ozeane. Umgekehrt verliert unser Planet Energie, die er in den Weltraum abstrahlt. Wie gesagt, müssen sich beide Anteile in etwa ausgleichen, damit sich die Erde nicht stetig aufheizt oder abkühlt.

Betrachte die Grafik unten. Sie zeigt die mittlere Energie, die tagsüber im Januar 2004 ausgestrahlt wurde (Einheiten in Watt pro Quadratmeter).

• Welche Gebiete emittieren die meiste Energie?
• Welche Gebiete emittieren am wenigsten Energie?
• Wie hoch ist die in deinem Land emittierte Strahlung?

5. Mittlere Energie, die im Januar 2004 tagsüber emittiert wurde (W/m²). Photo: NOAA

6. Zusammenfassung: Die Strahlungsbilanz in verschiedenen Teilen der Erde

Die Erde absorbiert Energie von der Sonne und reemittiert Infrarot-Strahlung. Der Unterschied zwischen in Form von Sonnenstrahlung eingehender Energie (die die Erde erwärmt) und ausgehender infraroter Strahlungsenergie kann für jedes Gebiet der Welt errechnet werden (basierend auf Bildern, wie sie hier in diesem Arbeitsblatt gezeigt sind). Weltweit gesehen und über längere Zeit muss die eingehende Energie genauso hoch sein wie die ausgehende. Betrachten wir jedoch kleinere Gebiete, so ist dies nicht mehr der Fall.

Die Abbildung unten zeigt die jährliche durchschnittliche Strahlungsbilanz für verschiedene Gebiete der Welt in W/m².

• Zeichne eine gerade Linie durch die Orte, in denen die Strahlungsbilanz im Gleichgewicht ist (d.h. in denen die Summe von positiven und negativen Beiträgen ungefähr gleich null ist). 
• In welchen Gebieten ist die Bilanz positiv in welchen negativ? 
• Betrachte zum Beispiel die Strahlungsbilanz über Europa. Ist sie positiv oder negativ? Stimmt dies mit unseren bisherigen Schlüssen überein?
• Was beobachtest du in der Wüste Sahara? Wie kannst du es erklären? Du würdest vielleicht erwarten, dass die Gebiete mit einer positiven Strahlungsbilanz heißer und heißer werden, die mit einer negativen Strahlungsbilanz jedoch immer kälter. Kennst du Mechanismen und Prozesse, die dem entgegen wirken?
  

6. Mittlere durchschnittliche Strahlungsbilanz der Erde (W/m²). Photo: NOAA

Alle Abbildungen in diesem Arbeitsblatt stammen von der National Oceanic and Atmospheric Administration der Vereinigten Staaten, NOAA. Suchst du nach Strahlungswerten für einen speziellen Tag, so lassen sie sich auf der Webseite der NOAA nachsehen:

  http://www.osdpd.noaa.gov/PSB/EPS/RB/RB.html

Wir danken auch dem französischen Bildungsnetz EducNet http://www.educnet.education.fr/ für die Idee zu diesem Arbeitsblatt.

About this page:
Authors: Ellen K. Henriksen and Camilla Schreiner - University of Oslo - Norway.
Scientific reviewer: Justine Gourdeau - LaMP Clermont ferrand - France - 2004-01-13. 
Last update: 2004-03-27.