Lernmaterialien

Künstliche Intelligenz nimmt in unserem Alltag – und auch im Leben von Schüler:innen – einen immer größeren Raum ein. Bildbasierte KI-Systeme werden heute unter anderem in der Navigation, der Umweltüberwachung, im Katastrophenschutz, in der Landwirtschaft, in der Stadtplanung sowie in sozialen Medien eingesetzt. Daher ist es wichtig, dass Schüler:innen diese Informatiksysteme nicht nur anwenden, sondern auch verstehen, analysieren und kritisch bewerten können. Ziele Die Schüler:innen sollen … erklären, wie Bilddaten für KI-Systeme aufbereitet und kategorisiert werden, den…

Erdbeobachtungssatelliten liefern täglich enorme Mengen an Bilddaten. Doch wie erkennt man automatisch, ob ein Pixel Vegetation, eine Straße oder eine Siedlung zeigt? In diesem Video erklären wir anhand eines einfachen Beispiels, wie künstliche neuronale Netzwerke (Artificial Neural Networks, ANN) funktionieren. Wir bauen Schritt für Schritt ein kleines „künstliches Gehirn“, das anhand der RGB-Farbwerte eines Pixels entscheidet, ob es sich eher um Vegetation oder eine versiegelte Fläche handelt. Dabei lernen wir die wichtigsten Bausteine eines neuronalen Netzes kennen: Input…

Dieses Booklet bietet einen anschaulichen Einstieg in die Erdbeobachtung mit dem europäischen Copernicus-Programm. Vorgestellt werden die Sentinel-Satelliten – die „Wächter im All“ – und ihre Aufgaben bei der Beobachtung von Klima, Umwelt und Veränderungen auf der Erde. Neben den technischen Grundlagen wie Auflösung, Spektren und Bildinterpretation zeigt das Heft praxisnahe Beispiele, wie Satellitenbilder im Schulunterricht eingesetzt werden können – etwa in Geographie, Biologie, Physik oder Informatik. Zudem werden aktuelle Bildungsprojekte, frei verfügbare Datenportale und Software-Tools…

Licht unterschiedlicher Wellenlängen wird kombiniert und als Farben dargestellt, um verborgene Eigenschaften der Erdoberfläche sichtbar zu machen – so entstehen Falschfarbenbilder. Vegetation, Wasser, Boden und menschliche Strukturen reflektieren das Licht unterschiedlich in diesen Spektralbändern, sodass sie in Falschfarbendarstellungen leicht voneinander zu unterscheiden sind. In diesem Video lernst du, wie Falschfarben in der Fernerkundung entstehen, welche Kombinationen verwendet werden und welche Informationen man daraus ableiten kann. Bleib dabei, um mehr zu entdecken!

Metaan (CH4) on tugev kasvuhoonegaas. Selle peamised heitkogused pärinevad põllumajandusest, fossiilkütuste põletamisest ja jäätmemajandusest. Ülemaailmne metaani kontsentratsioon atmosfääris on aastakümneid suurenenud. Alates 2006. aastast on selle sisaldus suurenenud ligikaudu 7%. Kiireim viis heitme vähendamiseks on kontrollida fossiilkütuste käitlemist. Satelliidipiltide abil on võimalik tuvastada selliseid ettearvamatuid ja lühiajalisi lekkeid nagu torujuhtmete ja gaasiväljade lekked. Hollandi kosmoseuuringute instituut kasutab oluliste reostuskollete kaardistamiseks satelliidipiltide…

Methan (CH4) ist nach Kohlenstoffdioxid (CO2) das wichtigste anthropogene Treibhausgas. Daher ist es wichtig, die atmosphärischen Konzentrationen dieser Gase streng zu überwachen. Wie aber kann man mittels Satelliten die atmosphärische Methan-Konzentration messen? Und Was zeigen uns diese Messungen? Fächer: Naturwissenschaften Leitfrage: Was zeigen uns Satelliten-Beobachtungen von Methan? Themen: Methan Konzentration, Klimaentwicklung, Klimawandel

Die Meeresoberflächentemperatur (SST) steuert Wetter, Klima und extreme Ereignisse wie El Niño. Doch was genau misst man eigentlich – die oberen 20 Meter Wasser oder nur einen hauchdünnen Film an der Oberfläche? In dieser Einheit erkundest du echte Satellitendaten aus dem Copernicus-Programm und machst sichtbar, wie sich die Ozeane durch den Klimawandel verändern. Fächer: Naturwissenschaften Leitfrage: Wie verändert sich die Meeresoberflächentemperatur aufgrund des Klimawandels? Themen: Meerestemperaturen, Klimaentwicklung, Klimawandel Links zu allen interaktiven Grafiken:…

Temperaturen zu messen ist nichts Ungewöhnliches – ein Blick aufs Thermometer, und schon wissen wir, ob es Zeit für die Badesachen ist. Doch um globale Herausforderungen wie den Klimawandel zu verstehen, reicht der Blick vor die Haustür nicht aus. Dafür benötigen wir Daten aus den entlegensten Winkeln der Erde – auch aus dem All! Hier kommt der Satellit Sentinel-3 ins Spiel. Er misst die Temperatur der Erdoberfläche aus 800 km Höhe, selbst mitten im Ozean. In diesem Video zeigen wir, wie Sentinel-3 funktioniert und warum seine Daten entscheidend für das Verständnis von Phänomenen wie…

Diese Unterrichtseinheit bietet Schüler:innen einen praxisnahen Einstieg in die Funktionsweise von Radarsatelliten und deren Einsatz in der Erdbeobachtung. Anhand realer Satellitendaten analysieren sie unterschiedliche Oberflächen und lernen, wie Reflexionseigenschaften zur Interpretation von Radaraufnahmen genutzt werden können. Dabei wird ein grundlegendes Verständnis für physikalische Prinzipien mit aktuellen Anwendungen im Kontext des Klimawandels verknüpft. Ziele der Einheit: Reflexionseigenschaften (spekular/diffus) erkennen und unterscheiden Funktionsweise von…

In diesem Video untersuchen wir, wie spiegelnde und diffuse Reflexion funktionieren und wie Radarsatelliten diese nutzen, um die Erdoberfläche aus dem Weltraum zu beobachten. Wir erklären, warum glatte Oberflächen wie Wasser oder Straßen das Radar-Signal vom Satelliten weg reflektieren und dadurch als dunkle Pixel erscheinen, während raue Oberflächen wie Vegetation das Signal in viele Richtungen streuen, heller wirken und so detaillierte Informationen über die Beschaffenheit der Erde liefern. Dabei wird anschaulich gezeigt, wie diese unterschiedlichen Reflexionsarten in Radarbildern sichtbar…

Das Erzeugen scharfer Bilder aus dem All mit langwelligen elektromagnetischen Wellen stellt eine bedeutende technische Herausforderung dar. SAR, oder Synthetic Aperture Radar, ist eine Technologie, die es ermöglicht, die scheinbaren Grenzen der Physik zu überwinden. In diesem Video erfahrt ihr, wie SAR funktioniert und wie es physikalische Prinzipien nutzt, um physikalische Einschränkungen zu umgehen.

Bilder aus dem All Satellitenbilder zeigen unseren Planeten aus neuen Blickwinkeln und in den ungewöhnlichsten Farben. Doch sie sehen nicht nur schön aus! Mit ihrer Hilfe werden vor allem Informationen gesammelt deren Analyse zum Verständnis des Systems Erde und des Wandels in dem es sich befindet einen unschätzbaren Beitrag leisten. Doch wie geschieht das? Wie sehen diese stillen Beobachter, die Satelliten, aus? Welche Daten liefern sie und wie helfen sie uns dabei die hochdynamischen Prozesse auf unserem Planeten zu verstehen und zu erkennen welche Rolle der Mensch dabei spielt?

Im Pariser Klimaabkommen aus dem Jahr 2015 wurde das Ziel festgelegt, den Anstieg der globalen Mitteltemperatur auf 2°C beziehungsweise auf 1,5°C zu begrenzen. Dies ist nötig, da die Folgen der Klimaänderung bei jedem 0,1°C Erwärmung unbeherrschbarer werden. Mithilfe verschiedener Daten kann errechnet werden, wie viele Jahre noch bleiben, bis das 1,5°-Ziel und das 2°-Ziel erreicht werden. Pariser Klimaabkommen 2°C-Ziel bzw. 1,5°C-Ziel CO2-Emissionen CO2-Budget Klimakonferenzen Umstellung der Energiesysteme UN-Ziele für Nachhaltige Entwicklung

Dieses Video beschreibt die Entwicklungen auf der Erde, wenn sich die globale Mitteltemperatur um ein paar Grad erhöht. Sowohl Anstieg als auch Abfall der globalen Mitteltemperatur um nur ein paar Grad, haben gravierende Auswirkungen auf das Leben auf der Erde. Globale Mitteltemperatur Temperatur der letzten 450 Millionen Jahre Projektionen bis 2100 Holozän Eiszeiten Heißzeiten

In diesem Video werden die weiteren Folgen des globalen Temperaturanstiegs erläutert. Der Klimawandel bringt weitreichende Folgen mit sich, die von Extremwetterzunahmen über Ernteausfälle bis hin zu einem globalen Meeresspiegelanstieg führen. Dieser Anstieg liegt der derzeit bei etwa 3,2 mm pro Jahr. Meeresspiegelanstieg Gletscherschmelze Eisschmelze in Grönland und Antarktis Abnahme arktisches Meereis Extremwetterzunahme Ernteausfälle

Die Klimasensitivität beschreibt die Temperaturänderung bei CO2-Verdopplung. Wenn im System der Erde genauso viel Wärme abgestrahlt wird wie auch eingestrahlt wird, stellt sich eine Temperatur von 15°C ein. Bei einer Verdopplung des CO2-Gehalts und ohne Rückkopplungen erhöht sich die Temperatur auf der Erde um 1,5°C. Unter dem Einfluss von Rückkopplungseffekten kommt es zu einer Erwärmung von etwa 3°C. Temperaturänderung CO2-Verdopplung Rückkopplungseffekte Verhältnis von Ein- und Ausstrahlung

Dieses Video thematisiert den durch den Klimawandel weltweit verursachten Temperaturanstieg. Auf den ersten Blick lässt sich dieser Anstieg nicht direkt erkennen. Wenn man jedoch auf die monatlichen Mittelungen blickt, werden zunächst die Schwankungen der Temperatur deutlich und in den jährlichen Mittelungen ist auch der Temperaturanstieg klar zu erkennen. Temperaturzeitreihen Temperaturschwankungen Monatliche und jährliche Mittelung Klimastreifen Globale Verteilung

In diesem Video wird erklärt, wie mithilfe von Satellitenbeobachtungen atmosphärisches CO2 gemessen und dessen räumliche Verteilung dargestellt werden kann. Da CO2 in der Atmosphäre sehr langlebig ist, stellt es eine fundamentale Ursache für die Erderwärmung dar. CO2 -Anstieg Erderwärmung Nord- und Südhemisphäre Schwankungen Terrestrische Biosphäre Fossile Energieträger Erneuerbare Energien

Dieses Video erklärt den Treibhaueffekt. Die kurzwellige Solarstrahlung durchdringt die Atmosphäre und erwärmt den Erdboden, während durch die langwellige Wärmestrahlung die Energie vom Erdboden wieder abgestrahlt wird. Zu viele Treibhausgase in der Atmosphäre absorbieren die Wärmestrahlung und verhindern dadurch die Abstrahlung in den Weltraum. Dadurch kommt es zu einem Energieüberschuss und die Erde erwärmt sich. Treibhausgase Atmosphäre kurzwellige Solarstrahlung langwellige Infrarotstrahlung Absorption Abstrahlung Energieüberschuss natürlicher Treibhauseffekt

Das Problem des Klimawandels ist fächerübergreifend und benötigt umfassendes Hintergrundwissen, um es zu verstehen und zu lösen. In diesem Video wird dafür das Projekt Clim4Edu, welches sich mit dem Klimawandel und seinen Folgen beschäftigt, sowie dessen Hintergründe, Ziele und Inhalte einleitend vorgestellt. Clim4Edu Projektvorstellung und Mitwirkende Erderwärmung Treibhausgas-Emissionen Fossile Brennstoffe Meeresspiegelanstieg Zukunftsoptionen Handlungsmöglichkeiten

Die Physik der elektromagnetischen Wellen eröffnet der Fernerkundung nicht nur viele Möglichkeiten, sondern sorgt auch für gewisse Einschränkungen. Diese Einschränkungen besagen: Radarsatelliten können eigentlich nicht funktionieren! Warum? Das lässt sich, mathematisch und physikalisch, herleiten.

CO2 hauptverantwortlich für den momentan stattfindenden Klimawandel. Es gibt allerdings große Unsicherheiten, wer genau wie viel CO2 emittiert und wo wie viel CO2 von der Biosphäre aufgenommen wird. Satellitenmessungen der atmosphärischen CO2 Konzentration können dazu beitragen die anthropogenen Emissionen grenzübergreifend zu beobachten. In dieser Unterrichtseinheit können SuS mit Hilfe einer interaktiven Grafik atmosphärische CO2-Konzentrationen bestimmen sowie Herausforderungen bei Satellitenmessungen ableiten und diskutieren. Fächer: Naturwissenschaften Leitfrage: Wie können…

Am Beispiel des Braunkohletagebaus Hambach westlich von Köln werden die Entstehung und Lage von Braunkohle sowie die Abbautechniken genau erklärt. Ergänzend vergleichen und bewerten die Schülerinnen und Schüler die Entwicklung verschiedener durch den Braunkohleabbau geprägter Gebiete. Dabei sollen sie die Bedeutung des Braunkohleabbaus für die deutsche Energieversorgung verstehen und die Entwicklung nach der Rekultivierung einschätzen lernen. In dieser Unterrichtseinheit werden verschiedene Fernerkundungsdaten eingesetzt – von optischen Satellitendaten wie MODIS oder LANDSAT bis hin zu einem…

CO2 ist das wichtigste anthropogene Treibhausgas und hauptverantwortlich für den momentan stattfindenden Klimawandel. Hauptsächlich durch die Verbrennung fossiler Energieträger, stieg die atmosphärische CO2 Konzentration seit der industriellen Revolution kontinuierlich an. Im dieser Unterrichtseinheit können Schüler mit Hilfe einer interaktiven Grafik diesen Anstieg nachverfolgen, und die Prozesse die ihn verursacht haben nachvollziehen. Leitfrage: Wie können Klimawissenschaftler und Klimaleugner dieselben CO2 Konzentrationsmesswerte untersuchen und dabei zu konträren Aussagen gelangen?…

Satellitenbilder zeigen die Schönheit der Erde, ermöglichen neue Erkenntnisse in der Forschung und liefern wichtige Daten für zahlreiche Anwendungsbereiche. Doch was kann man auf ihnen wohl am häufigsten beobachten? Die Antwort: Wolken, Wolken und nochmals Wolken. Eine zeitlich lückenlose Beobachtung der Vorgänge auf der Erdoberfläche wird so natürlich erschwert. Doch es gibt Satelliten, für die Wolken kein Problem darstellen und die eine ganze Reihe von Eigenschaften haben, die sie zu wichtigen Werkzeugen für die Beobachtung unseres Planeten machen – die Radarsatelliten.

Alle Informationen, die von erdbeobachtenden Satelliten gesammelt werden sind aus den Wellen des elektromagnetischen Spektrums abgeleitet. Grund genug, sich diese elektromagnetischen Wellen und ihre Eigenschaften einmal genauer anzuschauen. English subtitles for the video “Wavelength, Frequency and Energy – The Electromagnetic Spectrum” are available.

Im Rahmen des Klimawandels und den damit einhergehenden Prozessen kommt es auch zu gravierenden Veränderungen in den Ökosystemen. Diese Unterrichtseinheit befasst sich mit dem Einfluss von Bergkiefernkäfern auf das Waldökosystem in Nordamerika. West und Nordamerika zählen zum natürlichen Verbreitungsgebiet des Bergkiefernkäfers, jedoch breitet er sich in den letzten Jahren auch in die borealen Wälder Kanadas aus. Insbesondere wärmere Sommer und mildere Winter begünstigen die Ausbreitung und massenhafte Vermehrung der Käfer. Mit Hilfe von hyperspektralen Satellitenbildern und daraus…

In der modernen Beobachtung der Erdoberfläche und ihrer Veränderungsdynamik sind Radarsysteme von entscheidender Bedeutung. Sie erlauben es, großflächige Oberflächenstrukturen selektiv zu erfassen und zu klassifizieren. Mithilfe von Radarfernerkundung können Veränderungen beispielsweise von Vegetationsverteilungen oder Gletschern detektiert werden. Mit Hilfe von ausgewählten Radarbildern erhalten die Schüler und Schülerinnen (SuS) einen Überblick über die Möglichkeiten zur Erfassung von Veränderungsdynamiken an der Erdoberfläche. Diese Erkenntnisse werden mit Hintergrundwissen zu dem Thema…

Das Ziel der Unterrichtseinheit "Mittelwertberechnung von der ISS" (Mathe) ist es, Schülerinnen und Schüler (SuS) mit einfachen Analysewerkzeugen auszustatten, mit denen sie selbständig Daten erheben und mit Hilfe des arithmetischen Mittels auswerten können. Als Datenquelle steht ihnen ein ISS-Bild zur Verfügung, aus dem sie Bildwerte auslesen können. Die statistische Methode wenden die (SuS) an, um Bildkorrekturen an dem Bild vorzunehmen und dadurch Aufnahmefehler zu korrigieren. Niveau: leicht Voraussetzungen: keine Themen: Stochastik, Bildverbesserung, Mittelwerte Moving…

Die Vermittlung des komplexen Wirkungsgefüges der atmosphärischen Zirkulation und insbesondere der tropischen Zirkulation ist in den Lehrplänen deutscher Schulen fest verankert. Am Beispiel des Zusammenhangs zwischen der Vegetationsverlagerung im Laufe eines Jahres und dem Wasserdampf in der Atmosphäre lernen die Schülerinnen und Schüler im Lernmodul "Innertropische Konvergenzzone" die Hadley-Zelle und die Innertropische Konvergenzzone kennen und bringen sie mit Druck- und Temperaturänderungen in Zusammenhang. Somit befindet sich das Lernmodul "Innertropische Konvergenzzone" an der…