Auch die Temperatur wird sich verändern
Weiteres
Bis jetzt haben wir außer acht gelassen, dass auch die Temperatur auf der Erde zur Zeit immer weiter steigt. Das könnte zu einem Kipppunkt führen.
Wie wir schon wissen, ist der Lösevorgang von Kohlenstoffdioxid exotherm.
Weiteres
Ist die Löslichkeit von Kohlenstoffdioxid in Wasser bei unterschiedlicher Temperatur verschieden groß? Und welchen Einfluss wird dann eine Temperaturerhöhung auf ein bestehendes Löslichkeitsgleichgewicht haben?
Wie würdest Du dies untersuchen? Schlage einen prinzipiell geeigneten Versuchsaufbau vor.
Aufgaben
- Wir setzen V1 zusammen in der gesamten Lerngruppe an. Führen Sie parallel dazu V2 in Kleingruppen durch. Alternativ steht eine Videografie von V2 zur Verfügung.
- Legen Sie ein Versuchsprotokoll an. Halten Sie alle Beobachtungen aus V1 und V2 fest und schlussfolgern Sie, welchen Zusammenhang die Versuche zwischen der Temperatur des Wassers und der Löslichkeit von Kohlenstoffdioxid zeigen.
- Vervollständigen Sie die Vorlage zur Sicherung zu V1 mit geeigneten Pfeilen.
Erhöhung der Temperatur einer Lösung von Kohlenstoffdioxid
Materialien
- Schutzbrille
- Becherglas 400 mL
- Heizplatte mit Magnetrührer und Magnetkern
- Thermometer
Chemikalien
- Mineralwasser
-
Mischindikator Nr. 5 in Ethanol
- auch Tashiro-Indikator, Farbumschlag bei ca. pH 5,2
Entsorgen und Aufräumen
-
Reste in den Ausguss geben und mit viel Wasser nachspülen.
-
Alle verunreinigten Labormaterialien spülen.
-
Alle Materialien an ihren Ursprungsort zurückstellen.
Aufbau und Durchführung
- Das Becherglas wird zu etwa einem Viertel mit Mineralwasser gefüllt. Anschließend werden so viele Tropfen Indikator hinzugegeben, bis eine deutliche Färbung wahrnehmbar ist.
- Das Becherglas wird auf der Heizplatte unter ständigem Rühren über mehrere Minuten auf ca. 50°C erwärmt
Vorlage zur Sicherung
Lösen von Kohlenstoffdioxid in verschieden warmem Wasser
Materialien
- Schutzbrille
- 3 x Spritzen 30 mL
- 3 x Spritzen 50 mL
- 3 x Dreiwegehahn
-
Thermometer
- zentral in den Bechergläsern
-
3 x großes Becherglas
- zentral befüllt
- ggf. Isoliermaterial
Chemikalien
-
wässrige Lösungen unterschiedlicher Temperatur
- enthalten Tashiro-Indikator, Farbumschlag bei ca. pH 5,2. Drei verschiedene Temperaturen, z. B. mit Eiswürfel auf 5°C; 25°C, mit Sieder auf max. 50°C sonst droht Verbrühungsgefahr
Aufbau und Durchführung
Aufbau – dreimal ansetzen2
Eine Spritze wird mit 25 mL Wasser (Raumtemperatur) befüllt, die andere mit 30 mL Kohlenstoffdioxid.
Über den Dreiwegehahn wird das Gas zügig immer wieder durch das Wasser gedrückt, bis sich das Gesamtvolumen nicht mehr ändert. Das Gasvolumen über der Flüssigkeit wird abgelesen.
Der Versuch wird parallel mit deutlich kälterem und deutlich wärmerem Wasser durchgeführt. Dazu kann die 50 mL Spritze vorab mit einer Wärmeisolierung überzogen werden, damit sich die Wassertemperatur während des Versuchs möglichst wenig verändert.
Entsorgen und Aufräumen
-
Reste in den Ausguss geben und mit viel Wasser nachspülen.
-
Geräte mit Wasser spülen und an der Luft trocknen.
-
Alle Materialien an ihren Ursprungsort zurückstellen.
Modellhafte Auswertung
- Vollziehen Sie die Analogie in M2 nach und beschreiben Sie, was sich im Modell verändert, wenn die Temperatur erhöht wird.
- Gehen Sie dabei gezielt auf die Wurfhäufigkeiten von Mama (alternativ Papa) und Baby ein.
- Erklären Sie den Unterschied zu den Störungen durch Konzentrationsänderungen aus den vorherigen Einheiten: Was verändert sich dort – und was verändert sich hier? Nutzen Sie dazu die Begriffe Q und K.
- Erklären Sie auf dieser Grundlage anhand der Reaktionsgleichungen aus M1, warum eine Erwärmung der Ozeane deren Fähigkeit verringert, Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre aufzunehmen.
Modellhafte genauere Betrachtung
Veränderung der Temperatur im Modell
Verändert man die Temperatur, verändert sich K. Dies zeigen vielleicht am besten die Analogie oder die animierten Diagramme.
Auch wenn es sich bei unserem Beispiel um gekoppelte Gleichgewichte handelt, können wir uns den Zusammenhang sehr leicht mit unserer Analogie und den Modellrechnungen erklären.
In den vorherigen Einheiten haben wir das Gleichgewicht gestört, indem wir Bälle hinzugefügt oder entfernt, also Konzentrationen verändert haben. Die Wurfhäufigkeiten von Mama und Baby blieben dabei gleich. K blieb gleich. Nur Q hatte sich verändert.
Bei einer Temperaturänderung ist das anders: Hier verändern sich die Wurfhäufigkeiten selbst – und zwar unterschiedlich stark. Papa und Baby werfen nicht mehr gleich oft wie vorher.
Diesmal werden nicht einfach Bälle hinzugefügt
Analogie zur Erhöhung der Temperatur3
Veränderung der Temperatur im Modell
Verändert man die Temperatur, verändert sich K. Dies zeigen vielleicht am besten die Analogie oder animierte Diagramme
Auch wenn es sich bei unserem Beispiel um gekoppelte Gleichgewichte handelt, können wir uns den Zusammenhang sehr leicht mit unserer Analogie und den Modellrechnungen erklären.
In den vorherigen Einheiten haben wir das Gleichgewicht gestört, indem wir Bälle hinzugefügt oder entfernt haben – also Konzentrationen verändert. Die Wurfhäufigkeiten von Mama und Baby blieben dabei gleich. K blieb gleich. Nur Q hatte sich verändert.
Bei einer Temperaturänderung ist das anders: Hier verändern sich die Wurfhäufigkeiten selbst – und zwar unterschiedlich stark. Mama und Baby werfen nicht mehr gleich oft wie vorher.
Diesmal werden nicht einfach Bälle hinzugefügt
Analogie zur Erhöhung einer Konzentration auf Seiten von Mama3
Was bedeutet das für die Weltmeere?
- Recherchieren Sie ggf. nochmal, wofür die Abkürzungen SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP3-7.0 oder SSP5-8.5 stehen. Notieren Sie in einem Satz, was ein Szenario aussagt.
- Werten Sie die Abbildung in M3 beispielhaft für mindestens eines der gezeigten Naturschutzgebiete aus.
- Erklären Sie fachlich, warum Polarregionen wie die Antarktis besonders stark von Ozeanversauerung betroffen sind.
- Lesen sie M4 und bewerten Sie ob dies eine gute oder eine schlechte Nachricht für Sie ist.
Anregungen
SSP steht für Shared Socioeconomic Pathway – gemeinsam genutzte sozioökonomische Entwicklungspfade. Die Zahl nach dem Bindestrich gibt den Strahlungsantrieb in W/m² an, den das jeweilige Szenario bis 2100 erzeugt: Je höher der Wert, desto stärker die Erwärmung.
- SSP1-2.6 – Nachhaltige Entwicklung, starke Klimaschutzmaßnahmen, CO₂-Emissionen sinken schnell und stark. Erwärmung bis 2100: ca. +1,5–2 °C.
- SSP2-4.5 – Mittlerer Weg, moderate Klimaschutzmaßnahmen, CO₂-Emissionen steigen zunächst weiter. Erwärmung bis 2100: ca. +2,7 °C.
- SSP3-7.0 – Regionale Rivalitäten, wenig internationale Kooperation, CO₂-Konzentration wird mehr als verdoppelt. Erwärmung bis 2100: ca. +3,6 °C.
- SSP5-8.5 – Fossil befeuertes Extremszenario: energieintensiver Lebensstil, massive Nutzung fossiler Brennstoffe. Erwärmung bis 2100: ca. +4,4 °C.
Merke: SSP1-2.6 ist das einzige der vier Standardszenarien, das mit den Zielen des Pariser Klimaabkommens vereinbar ist.
Beschreiben Sie, wie sich der pH-Wert im Weddellmeer bis 2100 je nach Szenario entwickelt. Nutzen Sie konkrete Werte aus der Grafik.
Berücksichtigen Sie dabei den Zusammenhang zwischen Wassertemperatur, Löslichkeit von CO2 und der Lage des Gleichgewichts.
Was bedeutet das für Polarregionen mit abschmelzenden Gletschern?
Werden wir noch einmal konkret
Wir müssen energisch handeln!
Die Ozeane spielen eine entscheidende Rolle als CO2-Speicher, aber ihre Kapazität nimmt mit steigender Temperatur ab. Daraus ergibt sich eine Dringlichkeit des Handelns, denn mit steigender Temperatur werden die Ozeane
- weniger Treibhausgase aufnehmen oder sogar welche freisetzen – also im schlechtesten Fall vom Speicher zur Quelle werden können,
- und teilweise irreversible Veränderungen durchlaufen, selbst wenn die Erwärmung später wieder abnimmt.4
Prognosen für den antarktischen Ozean laut einer Studie
prognostizierte Entwicklung des pH-Wertes je nach Szenario in Schutzgebieten nahe der Antarktis5
Bei Bedarf: die originale Legende
Die folgende Legende stammt aus dem Originalartikel (auf Englisch). Du kannst sie benutzen, um die Kurven und Szenarien in der Abbildung zu entschlüsseln – du brauchst nicht jeden Satz zu verstehen.
a, b Time series of a the top 200 m average pH and b bottom pH in the proposed Weddell Sea Marine Protected Area (MPA) for the historical time period (black) and the SSP1-2.6 scenario (light gray), the SSP2-4.5 scenario (light blue), the SSP3-7.0 scenario (intermediate blue) and the SSP5-8.5 scenario (dark blue). Solid lines show the time series for the whole MPA and dashed lines for the continental shelves south of the 2000 m isobath (see dark gray contour in map). The numbers printed in each panel denote the percent increase in acidity, which was computed from the H+ concentration in the 2090s and the 1990s. c–j Same as (a) and (b), but for (c) and (d) the proposed East Antarctic MPA, e, f the adopted Ross Sea region MPA, g, h the proposed Antarctic Peninsula MPA, i, j the adopted South Orkney Islands Southern Shelf MPA. Note that only the time series for the whole MPA are shown in (i) and (j) (see Methods).
- top 200 m average pH – durchschnittlicher pH-Wert in den oberen 200 Metern des Ozeans
- bottom pH – pH-Wert am Meeresboden
- historical time period – gemessene Vergangenheitsdaten (schwarz dargestellt)
- SSP1-2.6 / SSP2-4.5 / SSP3-7.0 / SSP5-8.5 – die vier Emissionsszenarien (siehe Infokasten)
- percent increase in acidity – prozentualer Anstieg des Säuregehalts, berechnet aus der H⁺-Konzentration der 2090er im Vergleich zu den 1990er Jahren
- continental shelves – Kontinentalschelfe, d. h. die flachen Meeresgebiete nahe der Küste
- MPA (Marine Protected Area) – Meeresschutzgebiet
a, b Zeitreihen des durchschnittlichen pH-Werts in den oberen 200 m (a) und des pH-Werts im Boden (b) des vorgeschlagenen Meeresschutzgebiets (MPA) im Weddellmeer für den historischen Zeitraum (schwarz) und das Szenario SSP1-2.6 (hellgrau), das Szenario SSP2-4.5 (hellblau), das Szenario SSP3-7.0 (mittelblau) und das Szenario SSP5-8.5 (dunkelblau). Die durchgezogenen Linien zeigen die Zeitreihen für das gesamte MPA und die gestrichelten Linien für die Kontinentalschelfe südlich der 2000 m „Isobathe“ (Linie auf einer Karte, die alle Punkte gleicher Tiefe unter einer Wasseroberfläche verbindet, siehe dunkelgraue Kontur in der Karte). Die Zahlen in den einzelnen Feldern geben den prozentualen Anstieg des Säuregehalts an, der aus der H+-Konzentration in den 2090er und 1990er Jahren berechnet wurde.
c-j wie (a) und (b), aber für (c) und (d) das vorgeschlagene MPA in der Ostantarktis, e, f das vorgeschlagene MPA in der Rossmeer-Region, g, h das vorgeschlagene MPA auf der Antarktischen Halbinsel, i, j das vorgeschlagene MPA auf dem Südlichen Orkney-Insel-Südschelf. Beachten Sie, dass in (i) und (j) nur die Zeitreihen für das gesamte MPA gezeigt werden.
Was die Studie zeigt
In den antarktischen Küstengewässern befinden sich mehrere Meeresschutzgebiete (MPA), die eine außergewöhnliche Artenvielfalt beherbergen. Mithilfe von Computermodellen simulierten Forscherinnen und Forscher 2024, wie sich das Wasser des antarktischen Ozeans im 21. Jahrhundert verändern würde. Sie prognostizieren, dass bis zum Jahr 2100 in den oberen 200 Metern des antarktischen Ozeans – wo sich ein Großteil der Meereslebewesen aufhält – ein erheblicher Anstieg des Säuregehalts zu erwarten ist. Die Versauerung des Wassers ist eine ernsthafte Bedrohung für das Leben im Meer, da sie sich direkt auf kalkbildende Organismen wie Korallen, Krebstiere und Weichtiere auswirkt.67
Szenarien verändern sich - Entwicklung Stand 2026
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Die Abbildung und die Recherche-Aufgabe oben nutzen das ältere Vierer-Set SSP1-2.6 / SSP2-4.5 / SSP3-7.0 / SSP5-8.5 Die gute Nachricht: Nach dem Szenariensatz für CMIP7 (April 2026) gelten die beiden hohen Pfade SSP5-8.5 und SSP3-7.0 nicht mehr als plausible obere Standardpfade für das 21. Jahrhundert. Der Grund ist erfreulich – Erneuerbare Energien sind stark verbilligt, Klimapolitik greift, und die realen Emissionstrends tragen diese Extrempfade nicht mehr.8
Die schlechte Nachricht: Das ist keine Entwarnung. Das neue obere Szenario liegt weiterhin bei rund +3,5 °C (Unsicherheit über +4 °C), bei aktueller Politik steuert die Welt auf etwa +2,6 bis +2,8 °C zu, und eine dauerhafte Begrenzung unter +1,5 °C gilt nicht mehr als erreichbar – nur noch über einen zeitweisen Overshoot (vorübergehendes Überschreiten mit späterer Rückkehr). Die Versauerung der antarktischen Schutzgebiete bleibt eine ernste Bedrohung, und die hier gezeigte Studie behält ihre Aussagekraft.
Warum wir die alte Szenarien-Einteilung hier trotzdem stehen lassen: Man soll an dieser Stelle verstehen, dass die Wissenschaft ihre Szenarien laufend an neue Daten anpasst – und dass das kein Eingeständnis eines Fehlers ist, sondern normale Praxis. „Unplausibel geworden“ heißt nicht „falsch“ oder „widerlegt“: Eine Studie wie die hier gezeigte bleibt gültig, auch wenn eines ihrer Szenarien später anders eingeordnet wird. Szenarien sind eben keine Vorhersagen, sondern Was-wäre-wenn-Geschichten. Wer diesen Unterschied einmal durchschaut, erkennt auch, warum genau solche Anpassungen in der Öffentlichkeit gern zur Falschbehauptung „der Weltklimarat gibt zu, dass er sich geirrt hat“ umgedeutet werden – damit beschäftigt sich das Material Ein Fall aus 2026: Das ‚gestrichene‘ Klimaszenario.