Projektkurs Klima - Forschung mit Ballons und Sonden

Ein Projektkurs in Zusammenarbeit mit dem ICE-4 (Institute of Climate and Energy Systems Research)

Mögliche Schulfachanbindung: Chemie, Erdkunde, Physik, Informatik, Technik, (Biologie)

max. Teilnehmende: 12 Schüler:innen

Ziele des Projektkurses: Ein Schuljahr lang erkunden die Schülerinnen und Schüler in diesem Projektkurs Grundlagen und Untersuchungsverfahren zum Thema Klima und Klimawandel und lernen dabei sowohl Fachwissen als auch Methoden der Klimaforschung in der Anwendung kennen. Dadurch erweitern die Jugendlichen ihre Fähigkeiten, über dieses komplexe Gebiet auf sachlicher Ebene zu diskutieren und sich zum Beispiel von vermeintlich einfachen Antworten und Fake News zu distanzieren. Die globalen Auswirkungen von lokalen Aktivitäten und Emissionen werden für sie greifbar, das eröffnet auf der anderen Seite auch Optionen für ihr eigenes Leben und Handeln im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung. Dabei werden sie von Wissenschaftler:innen aus der Klimaforschung (ICE-4) als Mentor:innen eng begleitet und unterstützt.

Forschungshintergrund: Die Klimaforschung am ICE-4 des Institute of Climate and Energy Systems Research (ICE) im Forschungszentrum Jülich untersucht die Dynamik und Chemie der Stratosphäre, entwickelt Instrumente und führt globale Beobachtungen und Chemie-Klima-Modellsimulationen durch.
Die Vorhersagbarkeit von Klima und Wetter soll dabei durch die Untersuchung atmosphärischer Prozesse verbessert werden, die die Variabilität und Veränderung der Zirkulation und Zusammensetzung der Atmosphäre bestimmen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Kopplung zwischen Stratosphäre und Troposphäre. Dabei wird zum Beispiel Wasserdampf als wichtigstes natürliches Treibhausgas in der Atmosphäre untersucht sowie weitere Treibhausgase, ozonabbauende Stoffe, Aerosole und es wird unter anderem die Mikrophysik von Eiswolken erforscht.
Hierzu werden in verschiedenen Ländern weltweit flugzeug- und ballongestützte Experimente durchgeführt, um Prozesse auf vorwiegend lokalen und regionalen Skalen aufzuklären. Die Auswertung und Nutzung von Satellitendaten erweitern diese Studien bis hin zu globalen und klimatologischen Bereichen.
Die statistische Auswertung der riesigen Datenmengen aus den Klima-Messungen sowie die Simulation und Klima-Modellierung erfordert die Nutzung von Supercomputern, maschinelles Lernen und KI-Methoden.

Geplante Elemente des Projektkurses:

• Im Rahmen eines Klima-Experimentiertags im JuLab steigen die Schüler:innen über unterschiedliche Experimentierstationen zunächst in die komplexe Thematik der Klimaforschung ein und lernen während einer Institutsführung verschiedene Bereiche der Jülicher Klimaforschung kennen.

• Mit einem Forschungs-Ballon, den sie mit entsprechenden Messgeräten bestücken, starten die Schüler:innen eigene Atmosphärenmessungen von Treibhausgasen und Ozon und werten die Messdaten später aus.

• Klimaforschung bedeutet auch einen vielfältigen Einsatz von Modellrechnungen und Simulationen. Dabei lernen die Schüler:innen den Umgang mit einfachen Computermodellen, die sich mit einzelnen Vorgängen in der Atmosphäre beschäftigen.

• Zudem sind sie zum Beispiel in Labormessungen der IR-Absorption und damit der praktischen Untersuchung des Treibhauseffekts mit dem Mechanismus der "Aufheizung", inklusive des theoretischen Hintergrunds, eingebunden.

• Im Verlauf des Projektkurses entwickeln die Schüler:innen in Kleingruppen in diesem Rahmen eigene Forschungsfragen, die sie bearbeiten, auswerten und zum Abschluss bei einem Projektmarkt im JuLab präsentieren.

Was sollten Sie als Lehrkraft mitbringen?

• Eine hohe Motivation, an fächerübergreifenden Projekten zu arbeiten.

• Interesse an der Förderung vernetzten Denkens bei den beteiligten Schüler:innen.

• Die Bereitschaft, sich entsprechend des Nachhaltigkeitsgedankens aus ökologischer, sozialer und ökonomischer Sicht in das Thema einzudenken.

• Naturwissenschaftliche Fachkenntnisse sowie Erfahrung in der Auswertung von Daten (z.B. in excel) sind von Vorteil.