Der Wasserkreislauf –
ein Unterrichtskonzept für den Sachunterricht

Schriftliche Hausarbeit

 im Rahmen der Ersten Staatsprüfung
für das Lehramt für die Primarstufe,
dem Staatlichen Prüfungsamt für Erste Staatsprüfungen
für Lehrämter an Schulen in Dortmund

vorgelegt von:

Anika Gehring

Siegen, den 18. Oktober 2004

Inhaltsverzeichnis

I Sachanalyse ... 5

1. Grundlagen zum Wasserkreislauf  ... 5
1.1 Wasservorkommen auf der Erde  ... 5
1.2 Das Grundgerüst des Wasserkreislaufs  ... 6

2. Einflussfaktoren des Wasserkreislaufs  ... 7
2.1 Der Einfluss der Sonne, die terrestrische Einstrahlung  ... 7
2.2 Die Sonne als Motor des Wasserkreislaufs und des Windsystems  ... 8
2.3 Die meteorologischen Elemente  ... 9
2.3.1 Die Lufttemperatur  ... 9
2.3.2 Die Luftdichte  ... 11
2.3.3 Der Luftdruck ...  12
2.3.3.1 Das Hochdruckgebiet  ... 13
2.3.3.2 Das Tiefdruckgebiet  ... 15
2.3.3.3 Die Okklusion  ... 17
2.3.4 Die Luftströmung (Wind)  ... 18
2.3.5 Die Luftfeuchte  ... 22
2.3.6 Die Bewölkung  ... 24
2.3.7 Das Zusammenspiel der meteorologischen Elemente  ... 28

3. Der Wasserkreislauf  ... 0
3.1 Verdunstung und Transpiration  ... 30
3.2 Kondensation und Sublimation ...  32
3.3 Niederschlag  ... 33

4. Die Regeln des Wasserkreislaufs ...  35
4.1 Verteilung und Jahresgang der Niederschläge in Mitteleuropa  ... 35
4.2 Niederschlag in Abhängigkeit der Breitenkreise  ... 36
4.3 Niederschlag in Abhängigkeit von Land- und Wasserflächen  ... 37

5. Bedeutung des Wasserkreislaufs  ... 39
5.1 Bedeutung für den Menschen  ... 39
5.2 Bedeutung für Tiere und die Vegetation  ... 40

II Das Unterrichtskonzept zum Wasserkreislauf  ... 41

6. Legitimation des Themas  ... 41
6.1 Lebenswirklichkeit der Kinder  ... 41
6.2 Bezug zum Lehrplan Sachunterricht  ... 42
6.3 Begründung der Themen- und Inhaltswahl  ... 46

7. Lernvoraussetzungen  ... 47
7.1 Kognitive Entwicklungsstadien nach Piaget  ... 47
7.2 Heutige Kritik an Piagets Meinung  ... 52
7.3 Die Lernausgangslage  ... 5

8. Didaktisch- Methodische Analyse  ... 57
8.1 Intentionen der Unterrichtsreihe  ... 57
8.2 Methodische Aspekte  ... 57
8.3 Mediale Überlegungen  ... 60

9. Die Unterrichtsreihe  ... 62
9.1 Die Planung  ... 62
9.2 Darstellung der Unterrichtsreihe und Reflexionen  ... 63
9.2.1 Unterrichtseinheit 1: Das Wetter im Wetterbericht  ... 63
9.2.2 Unterrichtseinheit 2: Wie entstehen Wolken und Regen?  ... 67
9.2.3 Unterrichtseinheit 3: Der Wasserkreislauf Teil 1  ... 70
9.2.4 Unterrichtseinheit 4: Der Wasserkreislauf Teil 2  ... 73
9.2.5 Unterrichtseinheit 5: Die Entstehung des Windes ... 76
9.2.6 Unterrichtseinheit 6: Aus welcher Richtung kommt der Wind?  ... 79
9.2.7 Unterrichtseinheit 7: Die Windstärken  ... 82
9.2.8 Unterrichtseinheit 8: Abschluss mit der Windstation  ... 85

10. Gesamtreflexion und Ausblick  ... 88

III Literatur 90

IV Anhang 93

I SACHANALYSE

1. Grundlagen zum Wasserkreislauf

Wasser hat in nahezu allen Lebensbereichen eine entscheidende Funktion. Deshalb ist es eine der wichtigsten Ressourcen der Erde. Wasser kommt in drei Aggregatzuständen vor: In fester Form als Eis, in flüssiger Form als Wasser und in gasförmiger Form als Wasserdampf. Auf die Rolle des Wassers beim Wasserkreislauf werde ich im Folgenden näher eingehen.

1.1 Wasservorkommen auf der Erde

Eine wichtige Grundlage zum Wasserkreislauf bildet das Wasservorkommen auf der Erde. Die Wasserflächen machen insgesamt 71% der Erdoberfläche aus. Zieht man davon noch die vereisten und die gefrorenen Gebiete ab, so bleiben rund 53% Ozeane und 22% Land übrig. Für die Energieaufnahme steht also eine Wasserfläche zur Verfügung, die zweieinhalb mal so groß ist wie das Festland.¹

Aufgrund der Meeresströmungen liefert das Wasser Energie aus den tropischen Äquatorregionen nach Norden und nach Süden. Auffällig ist, dass „die warmen Meeresströme immer an den Ostseiten der Kontinente zu finden sind, die kalten dagegen an der Westseite.“² In unserem globalen Transportsystem sind die tropischen Ozeane die Hauptlieferanten an Wasserdampf. Durch die hohen Wassertemperaturen (25-32°C) verdunsten jährlich enorme Wassermengen aus den tropischen Ozeanen. Daraus resultieren neue Regenwolken. 

Die Ozeane transportieren einen großen Teil des Energieüberschusses der Tropen in den kälteren Norden und Süden.³ Ein Beispiel dafür ist der warme Golfstrom. Luft und Wasser transportieren gemeinsam die überschüssige Energie aus den Tropen. Deshalb werden die Ozeane und die Atmosphäre als gekoppeltes System betrachtet.⁴ 
Wenn man von einer Gesamtwassermenge von 1 348 000 000 km3 ausgeht (Wasser in fester, flüssiger und gasförmiger Form) sind davon nur rund 2,6% Süßwasser. Dies ist also nur ein winziger Bruchteil der Gesamtwasservorräte der Erde, der aus dem Wasserkreislauf gespeist wird.⁵

1.2 Das Grundgerüst des Wasserkreislaufs

Ein Teil der Wasservorräte befindet sich in einem stetigen Kreislauf, der von der Verdunstung und dem Niederschlag bestimmt ist. Dabei treten Aggregatwechsel auf: Wasser verdunstet von den Land- und Wasserflächen der Erde und steigt als Wasserdampf in die Atmosphäre auf. Dort kondensiert der Wasserdampf und das Wasser gelangt als Niederschlag in fester oder flüssiger Form zurück auf die Erdoberfläche. Der Niederschlag bewirkt, dass das in Verdunstung und Abfluss geteilte Wasser wieder zu Süßwasser vereint wird.⁶ 
Die Verdunstung ist beim Wasserkreislauf in gewissem Sinn der primäre Prozess, da durch sie der Energiehaushalt und der Wasserhaushalt miteinander verknüpft wird.⁷
In Kapitel drei werde ich auf die einzelnen Komponenten des Wasserkreislaufs näher eingehen.

2. Einflussfaktoren des Wasserkreislaufs

2.1 Der Einfluss der Sonne, die terrestrische Einstrahlung

Die Sonne ist der wichtigste Faktor für den Wasserkreislauf. Ihre Strahlung „ (...) liefert die gesamte für das Wettergeschehen in der Erdatmosphäre notwendige Energie.“⁸ Ohne ihre Strahlungsenergie gäbe es kein Wettergeschehen.

Die Kraft der Sonne bleibt immer gleich, obwohl wir empfinden, dass sie auf und unter geht bzw. manchmal schwächer oder stärker scheint. Diese subjektiven Eindrücke gehen jedoch auf die Erdrotation um die eigene Achse zurück. Zudem spielen der Breitengrad des Standortes und die Jahreszeit eine weitere Rolle bezüglich der Strahlungsenergie der Sonne auf einem bestimmten Punkt der Erde.

Ein weiterer wichtiger Punkt bezüglich der Sonnenstrahlung ist die Lufthülle. Nur ein Drittel der gesamten Sonnenenergie trifft auf die Erdoberfläche, das zweite Drittel bleibt in der Lufthülle stecken und das letzte Drittel wird von ihr wieder in den Weltraum zurückgestrahlt.⁹
Wenn die Sonnenstrahlung auf die Erdoberfläche trifft, gibt es Unterschiede bezüglich der Erwärmung von Land- und Wasserflächen. Die Erwärmung des festen Bodens geht sehr schnell, da zuerst die Erdoberfläche erwärmt wird. „Der Weitertransport der Energie ins Erdinnere zu Speicherzwecken verläuft dagegen sehr langsam.“¹⁰, weil sie von Molekül zu Molekül weitergegeben werden muss. Der Abtransport der Energie in die Atmosphäre verläuft dagegen sehr zügig. Das Festland gibt am Tag viel Wärme an die Luft ab und kühlt nachts wieder aus. Bei den Wasserflächen verläuft die Energieaufnahme etwas anders.

[....]

1 Vgl. D. Walch: Wetterkunde, S. 27.

2 D. Walch: Wetterkunde, S. 27.

3 Vgl. D. Walch: Wetterkunde, S. 30.

4 Vgl. D. Walch. Wetterkunde, S. 30.

5 Vgl. A. Baumgartner/ E. Reichel: Die Weltwasserbilanz, S. 14, 15.

6 Vgl. A. Baumgartner/ E. Reichel: Die Weltwasserbilanz, S. 14.

7 Vgl. W. Roedel: Physik unserer Umwelt – Die Atmosphäre, S. 183.

8 G. D. Roth: Wetterkunde für alle, S. 44.

9 Vgl. S. Schöpfer: Wie wird das Wetter?, S. 67.

10 D. Walch: Wetterkunde, S. 32.