Klimatförändringen i kemiundervisningen
Klimatförändringen påverkar människors liv och naturmiljöer nu och särskilt i framtiden. I kemiundervisningen diskuteras klimatförändringen i samband med genomgången av atmosfärens struktur, växthusgasernas struktur och funktion samt vårt energiproduktionssystem. Kemiundervisningen ska hjälpa oss att bättre förstå klimatförändringen och att bygga upp en klimatvänlig värld.

Carbon Visuals
Kemiartikeln består av följande delar:
Atmosfärens kemi
Ökning av växthusgaserna leder till klimatförändringen
– Klimatförändringen är förstärkt växthuseffekt
– Växthusgaserna kan absorbera värmestrålning
– Koldioxid är den viktigaste av växthusgaserna
– Kolet cirkulerar i naturen
– Andra växthusgaser som påverkar klimatsystemet
Havsförsurning har samband med klimatförändringen
Klimatfrågor kräver kunskaper i kemi
– Vårt energisystem bygger på förbränning av fossila bränslen
– Vid petrokemiska processer produceras bränslen och hållbara material
– Klimatnyttan av biobränslen varierar
– Solcellens funktion bygger på elektrokemin
Klimatfostran på kemilektionen
Uppgifter
Bildgalleri
Källor och ytterligare läsning
Atmosfärens kemi

Gerald Patterson
Tack vare jordens atmosfär är vår planet beboelig. Atmosfären är ett ganska tunt hölje av gas som omsluter jorden. De livsuppehållande substanserna i den är unika jämfört med andra planeters atmosfärer i vårt solsystem. Substanserna i atmosfären är i huvudsak gaser och luften är således en gasblandning. På grund av tyngdkraften minskar atmosfärens densitet ju längre upp man kommer. Dessutom är sammansättningen i substanserna olika i atmosfärens olika delar på grund av fotokemiska processer, och till detta bidrar solens strålningsenergi.
Atmosfärens vanligaste gaser är kväve (78 %), syre (21 %), argon (1 %) och koldioxid (ca 0,04 %). Procentdelarna gäller nära jordytan. Även vattenångan är trots sin relativt ringa andel en viktig gas särskilt i det nedre skiktet av atmosfären. I allmänhet finns det tusentals olika gaser i atmosfären men procentandelen för de gaserna är mycket små.
Atmosfärens olika skikt baseras på en indelning efter temperaturens variation nerifrån och uppåt: troposfär (ca 0–10 km), stratosfär (ca 10–50 km), mesosfär (ca 50–100 km) och termosfär (100–500 km). Förutom olika temperaturer är även lufttrycket och gasblandningarna olika i olika skikt och skiktdelar.
Ett annat sätt att indela atmosfärens egenskaper är att dela den i neutralatmosfär och jonosfär. I neutralatmosfären är luftens molekyler inte joniserade. I jonosfären (från en höjd på ca 60 km och uppåt) är en betydande del av gaserna joniserade där det finns fria elektroner. Källan till jonisering är solens kortvågiga strålning. Skiktet där magnetiska och elektriska krafter har inflytande på rörelsen hos laddade partiklar kallas för magnetosfären (från en höjd på ca 10 000 km och uppåt).
Ökning av växthusgaserna leder till klimatförändringen
Det viktigaste är att förstå vad växthusgaser och gasernas olika egenskaper är, vad sambandet med klimatförändringen är och själva begreppet växthuseffekt. Därför berättar vi mer om dem nedan.
Havsförsurning har samband med klimatförändringen

USFWS Headquarters
Olika miljöproblem är oftast på något sätt förknippade med varandra, med sina orsaker och följder formar de ett komplicerat problemnätverk. Havsförsurning är ur kemins synvinkel ett viktigt miljöproblem vad gäller klimatförändring. Havsförsurningen är resultatet av den ”extra” koldioxiden som mänsklig verksamhet orsakat. Haven absorberar den atmosfäriska koldioxiden och vattnets pH-värde blir surare. I viss mån inverkar även andra ämnen som frigörs på grund av användning av fossila bränslen, till exempel kväve- och svavelföreningar.
Hastigheten i havsförsurningen är hög och den riskerar framtiden för många havsorganismer. Efter den industriella revolutionen har havsvattnets surhetsgrad ökat med 26 procent. Enligt forskarna är förändringshastigheten för närvarande snabbare än någon gång under de senaste 300 miljoner åren. När utsläppsökningen fortsätter kan försurningen öka så mycket som 170 procent till slutet av detta århundrade. Enda problemlösningen är en snabb och ansenlig minskning av koldioxidutsläppen.
När koldioxiden upplöses i havsvatten reagerar den med vattenmolekyler och skapar kolsyra. Kolsyran i sin tur reagerar med karbonat som har upplösts i havsvatten. Följden av detta blir att koldioxidutsläppen i haven försvårar tillväxten av koraller och andra organismer med kalciumkarbonatskal.
Många organismer hinner inte anpassa sig till den snabba förändringen och av detta följer svårigheter och till och med massutdöende. Konsekvenserna skulle vara massiva för hela ekosystemet och även för mänsklighetens livsmedelsproduktion. I en särskilt stor riskzon befinner sig de kalkskaliga organismer som saknar rörelseförmåga eller som rör sig långsamt, exempelvis koralldjur samt blötdjur och snäckor där man redan kan se förändringar.
https://ilmasto-opas.fi/fi/ilmastonmuutos/videot-ja-visualisoinnit/-/artikkeli/ee5cea58-58f6-477d-8670-18aff21a1bb2/video-merien-happamoituminen.html
Klimatfrågor kräver kunskaper i kemi
Kunskaper i kemi kan användas enligt beskrivningen ovan för att förstå vad klimatförändringen handlar om men även den kemiska industrin har en viktig roll med tanke på att den är en av orsakerna till klimatförändringen och kan utveckla lösningar.
Klimatfostran på kemilektionen

Lower Columbia College
Ovan har vi berättat både om att dra nytta av kemiska grundbegrepp för att förstå klimatförändringen samt om problem och lösningar som användning av tillämpad kemi orsakar bland annat inom energiproduktionen. När man lär sig begreppen inom kemin kan man lätt fastna i detaljer eller teknik men samtidigt är det bra att komma ihåg att klimatförändringen är ett enormt samhällsproblem vars konsekvenser påverkar människors liv överallt i världen redan nu.
För att motivera elever kan det vara bra att ha en bredare blick utöver detaljbilden. Ur klimatfostrans synvinkel är det dessutom bra att komma ihåg att ökade kunskaper inte alltid leder till att beteendet ändras. Enligt de finska läroplanerna ska eleverna uppfostras till aktiva medborgare som är medvetna om att klimatförändringen är ett problem och som kan och vill agera för att lösa problemet. Därför ska eleverna även lära sig att i praktiken påverka klimatet till exempel genom olika energipolitiska frågor där kemin kommer in som en naturlig del. Dessutom är det bra om läraren, med tanke på frågans känslighet, förbereder sig att möta och hantera känslor och elevers tidigare erfarenheter.
I klimatdebatten betonas ofta individens val och konsumtionsbeteende lite för mycket, särskilt när det gäller ungdomar. De har också betydelse men man kan åstadkomma mycket bättre resultat genom att skaffa information, utarbeta motioner, hålla tal, skriva insändare och artiklar, kontakta beslutsfattare och anordna möten. Det finns många olika sätt att påverka och ju mer möjligheter det finns desto lättare blir det att påverka.
Uppgifter
Fem av de viktigaste växthusgaserna eller -gasgrupperna är koldioxid, vattenånga, metan, dikväveoxid och halogenerade kolväten. Ta fram med hjälp av följande frågor ytterligare information om gaserna: Vad är den kemiska formeln för gaserna? Varifrån kommer växthusgaserna som finns i atmosfären? Hur länge räknar man med att de att finns kvar i atmosfären? Vad är andelen för varje gas eller gasgrupp i uppvärmningseffekten? På vilket sätt är vattenångan en speciell växthusgas? Hur används gaserna? Svaren till uppgifterna finns här (på finska):
http://static.ecome.fi/upload/1498/Ilmasto_jaahylle_opettajanvihko.pdf , s. 8
Instruktioner finns här (på finska):
http://www.helsinki.fi/kemia/opettaja/aineistot/kaasut/soodastakaasua.html
Vi tillverkar en Grätzelsolcell och provar dess funktion. Instruktioner finns här:
http://www.instructables.com/id/DIY-solar-cell-from-scratch/
Taustatietoa täältä: http://www.nlcpr.com/GratzelSolarCell.pdf
Vi lär oss hur kolupptagning i ett virtuellt kolträd går till och utarbetar en tävling inom temat i adressen: http://hiilipuu.fi/sv
Bildgalleri
Källor och ytterligare läsning
http://ilmatieteenlaitos.fi/ilmakeha-ja-saailmiot
Ilmakehä-ABC (Ilmatieteen laitos) http://ilmatieteenlaitos.fi/ilmakeha-abc
Kaasujen opetus perusopetuksen 7-9 -luokkien kemiassa (Pro gadu, Laine 2005) http://www.helsinki.fi/kemia/opettaja/ont/laine-l-2005.pdf
Kasvihuoneilmiö (Wikipedia) https://fi.wikipedia.org/wiki/Kasvihuoneilmi%C3%B6
Kasvihuonekaasut lämmittävät (Ilmasto-opas)
https://ilmasto-opas.fi/fi/ilmastonmuutos/ilmio/-/artikkeli/3a576a6e-bec5-44bc-a01d-11497ebdc441/kasvihuonekaasut-lammittavat.html
Hiilidioksidi ja hiilen kiertokulku (Ilmasto-opas)
http://ilmasto-opas.fi/fi/ilmastonmuutos/ilmio/-/artikkeli/1e92115d-8938-48f2-8687-dc4e3068bdbd/hiilidioksidi-ja-hiilen-kiertokulku.html
Hiilidioksidi (Wikipedia)
https://fi.wikipedia.org/wiki/Hiilidioksidi
Global Warming Potential (Wikipedia)
https://en.wikipedia.org/wiki/Global_warming_potential
Metaani (Ilmasto-opas)
https://ilmasto-opas.fi/fi/ilmastonmuutos/ilmio/-/artikkeli/dec264e2-6350-418c-a1bc-3ef7c80676aa/metaani.html
Vesihöyry on merkittävin kasvihuonekaasu (Ilmasto-opas)
http://ilmasto-opas.fi/fi/ilmastonmuutos/ilmio/-/artikkeli/3f4249f8-f39a-4ff6-889a-eaa389b69cb7/vesihoyry.html
Dityppioksidi (Ilmasto-opas)
https://ilmasto-opas.fi/fi/ilmastonmuutos/ilmio/-/artikkeli/8de2c2ef-71c1-41b4-90d7-d61125c3a3a6/dityppioksidi.html
Otsoni kasvihuonekaasuna (Ilmasto-opas) https://ilmasto-opas.fi/fi/ilmastonmuutos/ilmio/-/artikkeli/27bd3840-7f0a-40d0-82b7-aac1231bec4e/otsoni.html
Ocean Acidification Summary for Policymakers (International Geosphere-Biosphere Programme 2013) http://www.igbp.net/download/18.30566fc6142425d6c91140a/1385975160621/OA_spm2-FULL-lorez.pdf
Merien happamoituminen jatkuu nopeana (CO2-raportti)
http://www.co2-raportti.fi/index.php?page=ilmastouutisia&news_id=4071
Energialähteet ja energiatarve (Edu.fi)
http://www.edu.fi/yleissivistava_koulutus/aihekokonaisuudet/kestava_kehitys/teemoja/energian_tuotanto_ja_kaytto/energialahteet_ja_energiatarve
Biomassan tuotanto ja polttoaineen käyttö ratkaisevassa roolissa bioenergian ilmastohyötyjä arvioitaessa
https://ilmasto-opas.fi/fi/ilmastonmuutos/hillinta/-/artikkeli/c14a79cd-d384-41f4-a422-32338ecb35ca/bioenergia.html
Metsien hyödyntämisen ilmastovaikutukset ja hiilinielujen kehittäminen (Seppälä jne., Ilmastopaneeli 2015)
http://www.ilmastopaneeli.fi/uploads/selvitykset_lausunnot/Metsien%20hy%C3%B6dynt%C3%A4misen%20ilmastovaikutukset%20ja%20hiilinielujen%20kehittyminen.pdf
LUMA-viikon tietoiskut: Aurinkokennot (Luova 2010)
http://www.eluova.fi/index.php?id=1050
Kestävä kehitys kemian opetuksessa – pedagogiikka ja oppilaiden omia tutkimuksia (Juntunen, Suomen Luonnonsuojeluliitto 2016)
http://www.sll.fi/mita-me-teemme/ymparistokasvatus/Kestavakehityskemianopetuksessaopas.pdf
Sadan vuoden urakka – Miten ilmaston kanssa eletään (Ville Lähde/ BIOS-tutkimusyksikkö)
http://bios.fi/sadan-vuoden-urakka-miten-ilmaston-kanssa-eletaan/