Schülerheft 1 Globalisierung Modul: Klimaerwärmung Fach: Aspekte
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Globalisierung Modul: Klimaerwärmung Fach: Aspekte: Art: Niveau GER: Verfasser: Version: Allgemeinbildung Wirtschaft, Ethik, Kultur, Ökologie, Politik Aufgabenheft B1 A. Hundertpfund Version 1.1 Schülerheft 2 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Einleitung Leitprogramm „Klimaerwärmung“ Die Luft geht uns alle an, schliesslich sind wir darauf angewiesen wie die Fische auf das Wasser. Zunehmende Allergien, asthmatische Krankheiten bei Kindern, tränende Augen im Sommer, zerbröckelnde Kunstdenkmäler u.s.w. zeigen, dass es um die Qualität unserer Luft nicht zum Besten steht. Seit dem Beginn der Industrialisierung anfangs des letzten Jahrhunderts, verändern wir die Zusammensetzung unserer Luft. Da die Luftverschmutzung in Wechselbeziehung zum Klima steht, und wir nur eine einzige Atmosphäre zur Verfügung haben, spricht man schon längst von einem globalen Problem. Gründe genug, um sich mit dem weitläufigen Thema Klimaveränderung auseinanderzusetzen. Vom ersten Kapitel "Aufbau der Erdatmosphäre" bis zum Schluss "Massnahmen gegen die Luftverschmutzung" wird schrittweise ins Thema eingeführt und mit klaren Anweisungen durch den Stoff begleitet. Das Leitprogramm ist ursprünglich von der ETH entworfen worden. Ich habe es für meinen Unterricht angepasst. Ein Kapitel (das ursprüngliche Kapitel 3) habe ich ganz weggelassen und das ursprüngliche Kapitel 4 (neu: Kapitel 3) stark gekürzt. Das Original befindet sich auf dem Server der ETH1. Das Zeit-Budget, welches man für das Studium und das Lösen der Aufgaben benötigt, beträgt schätzungsweise 8 Lektionen. Wie du gemerkt hast, wirst du ständig mit „du“ angeredet. Dies ist deshalb der Fall, weil das ETH-Leitprogramm zu grossen Teilen den Ton bestimmt. Ich habe die Anredeform für meine Beiträge beibehalten und weiss, dass du das verstehen wirst. Benötigte Materialien: Umweltschutzgesetz (USG) 1 http://www.educ.ethz.ch/unt/um/geo/km/luftverschmutzung/index Schülerheft 3 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Kapitel 1 Grundlagen Wie schon in der Einführung erläutert, ist die Luft lebenswichtig für Mensch, Tier und Pflanzen. Mit jedem Atemzug erleben wir dies: Ohne Luft kein Leben. Als hauchdünner Schleier umgibt die Atmosphäre unsere Erde. Dünn und verletzlich wie eine Tomatenschale sorgt sie dafür, dass die Erde nicht wie andere Planeten zur Kältewüste wird. Um die Erdkugel hat sich im Laufe von Jahrmillionen eine etwa hundert Kilometer dicke Lufthülle gebildet. Diese Lufthülle wird mehr und mehr durch die Luftverschmutzung beeinträchtigt. Dieses Kapitel soll Ihnen die Grundlagen liefern, um die Zusammenhänge und die Zustände in der Atmosphäre zu verstehen. Der Ablauf dieses Kapitels sieht folgendermassen aus : 1) Zuerst wird die Zusammensetzung der Luft erklärt. In einem weiteren Schritt wird der Aufbau der Erdatmosphäre beschrieben. 2) Der Treibhauseffekt hat einen grossen Einfluss auf das Klima. Änderungen des Treibhausklimas können massive Folgen haben. Dies wird im zweiten Teil des Kapitels erläutert. 3) Einige Begriffe, die zum Verständnis der Luftbelastung wichtig sind, werden erklärt. Bei der Bearbeitung dieses Kapitels solltest Du immer folgende Lernziele vor Augen haben: Zusammensetzung und den Aufbau der Erdatmosphäre aufzeigen. Die Entstehung des Treibhauseffekts der Atmosphäre skizzieren. Bedeutung einiger wichtiger Begriffe im Zusammenhang mit der Luftverschmutzung erklären Und noch etwas: Aufgabestellungen erkennst du an den eingeklammerten Ziffern, z. B. (2.1.). (Fortsetzung auf Seite 9) Schülerheft 4 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 1.1. Aufbau der Erdatmosphäre Was ist Luft? Luft ist ein farbloses, geruchfreies Gasgemisch, das sich aus folgenden Hauptbestandteilen zusammensetzt: • 78% Stickstoff (N2) • 0.9% Argon (Ar) • 21% Sauerstoff (O2) • 0.03% Kohlendioxid (CO2) Dazu kommt der Gehalt an Wasserdampf (gasförmiges H2O). Er schwankt zwischen 0% und 4%. Ferner enthält die Luft die sogenannten Spurengase, zum Beispiel: Neon, Helium, Krypton, Xenon und Wasserstoff. Sie kommen in nur sehr kleinen Anteilen vor. Der wichtigste Bestandteil der Luft ist der Sauerstoff (O 2). Sauerstoff braucht es bei jeder Verbrennung. Beim Einatmen wird durch die Lunge Sauerstoff aufgenommen und durch das Blut in die Zellen unseres Körpers geleitet, wo er zur Verbrennung von Nährstoffen (z.B. Zucker) verbraucht wird. Ohne Sauerstoff wäre Leben auf der Erde nicht möglich. Betrachten wir nun die gesamte Lufthülle, die sogenannte Atmosphäre. Sie wird in folgende Schichten eingeteilt : Abb.1-1: Der Aufbau der Atmosphäre (nach Häckel 1985, 40). Die Tropopause in rund 10 km Höhe grenzt die Troposphäre von der Stratosphäre ab. In ca. 50 km Höhe befindet sich die Stratopause und bildet die Grenze zwischen der Stratosphäre und der Mesosphäre. Die Schülerheft 5 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Mesopause schliesslich befindet sich in ca. 80 km Höhe und bildet den Übergang von der Mesosphäre zur Thermosphäre. Wie Du in der Abbildung gut sehen kannst, nimmt die Temperatur nicht einfach beständig mit der Höhe ab. In der Troposphäre nimmt die Temperatur etwa um 6°C pro 1000 m Höhe ab. In dieser Schicht spielt sich das Wettergeschehen ab, weshalb sie auch als Wetterschicht bezeichnet wird. Die riesigen Quellwolken von Gewittern reichen bis zur Tropopause, der oberen Begrenzung der Troposphäre, hinauf. Bis hinauf zur Stratopause, der oberen Begrenzung der Stratosphäre, steigt die Temperatur an und fällt dann in der Mesosphäre erneut. Die Erwärmung der Luft innerhalb der Stratosphäre ist auf den Einfluss der Ozonschicht zurückzuführen: Das Ozon hat die Eigenschaft, die gefährliche, krebserregende Ultraviolettstrahlung, kurz UV- Strahlung, auszufiltern. Die Ozonschicht bildet deshalb einen lebenswichtigen Schutzschild um die Erde. Durch die Absorption der UV-Strahlung in der Ozonschicht wird diese zum Teil in Wärme umgewandelt. Daher erfolgt im oberen Bereich der Stratosphäre ein Temperaturanstieg. Auch die Abnahme des Luftdruckes verläuft mit zunehmender Höhe nicht linear. Auf Meereshöhe herrscht ein Normaldruck von rund 1000 hPa (Hektopascal), in 5 km Höhe noch die Hälfte, nämlich 500 hPa, und in 10 km Höhe, bei der Tropopause noch etwa 250 hPa. Diese Luftdruckabnahme ist exponentiell. A01 An einem heissen Sommertag misst man in Zürich (450 m ü.M) +30°C. Du hast Glück und gewinnst eine Ballonfahrt. Sie wird eine Gipfelhöhe von rund 4000 m ü.M. erreichen. Wieso rät Dir der Ballonführer, einen warmen Pullover mitzunehmen? Welche Temperatur musst Du dort oben erwarten? : ......°C Soweit zum Aufbau der Erdatmosphäre. Im nächsten Abschnitt wird die Funktion und Wirkung des Treibhauseffektes erklärt. 1.2. Der Treibhauseffekt Leben kann nur unter bestimmten Temperaturbedingungen existieren. Die dünne Atmosphäre der Erde verhindert, dass unser Planet zur Kältewüste, wie etwa der Mars, oder zu einer Hitzehölle, wie die Venus wird. Erst der Treibhauseffekt ermöglicht das Leben auf der Erde. Die Sonne ist der Motor vieler Vorgänge auf der Erde, wie z.B. des Wasserkreislaufs oder des Wetters. Sie liefert auch die für das Leben notwendige Energie. Doch Du weisst, dass die Sonne rund 150 Millionen Kilometer entfernt ist. Die Menge der Sonnenenergie, welche die Obergrenze der Atmosphäre unseres Planeten erreicht, beträgt permanent 1.4 kWh pro m2. Diesen Wert nennt man Solarkonstante. Wie wird nun die Energie über eine solch grosse Distanz transportiert ? Das Sonnenlicht setzt sich aus elektromagnetischer Strahlung verschiedener Wellenlängen zusammen. Es wird grob zwischen langwelliger und kurzwelliger Strahlung unterschieden. Die Wellenlängen der kurzwelligen Strahlung messen weniger als 4 µm (1 µm = 1/1000 mm), jene der langwelligen Strahlung über 4 µm. Das sichtbare Licht besteht aus Strahlung der Wellenlängen zwischen 0.4 bis 0.8 µm. Den Bereich darunter (< 0.4 µm) nennt man Ultraviolettstrahlung, denjenigen darüber (> 0.8 µm) Wärme- oder Infrarotstrahlung. Schülerheft 6 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Beim Energietransport von der Sonne zur Erde spielt ausschliesslich die kurzwellige Strahlung eine wichtige Rolle. Was geschieht mit der Strahlung, nachdem sie in die Lufthülle eingetaucht ist? Bevor Du weiter liest, untersuche die nachfolgende Zeichnung. Sie zeigt dir den Weg der Strahlung durch die Lufthülle. Abb.1-2: Strahlungsverhältnisse in der Atmosphäre (Seydlitz 1982, 56). Von den 100% der, von der Sonne ankommenden, kurzwelligen Strahlung werden 21% an den Wolken zurück in den Weltraum reflektiert. 30% gelangen direkt bis zum Boden, wobei 6% wieder in den Weltraum zurückgeworfen werden. 25% der einfallenden, kurzwelligen Strahlung werden an den Luft- und Wassermolekülen in der Atmosphäre gestreut. Dabei entsteht sogenanntes diffuses Licht. 20% erreichen so die Erdoberfläche als indirekte Einstrahlung; 5% werden als indirekte Reflexion in den Weltraum abgestrahlt. 24% werden in Luft und Wolken absorbiert und in Wärme umgewandelt. Die kurzwellige Strahlung, die der Erdoberfläche verbleibt (44%), wird von dieser absorbiert und in Wärme umgesetzt, d.h., die Erdoberfläche erwärmt sich und gibt dabei langwellige Strahlung ab. Diese bleibt teilweise in der Atmosphäre gefangen, weil sich Luft gegenüber dieser Strahlung ähnlich auswirkt, wie das Glas eines Treibhauses: In einem Treibhaus durchdringt die von der Sonne kommende kurzwellige Strahlung die Glasscheibe, wird dann vom Treibhausboden absorbiert und in Wärme umgewandelt. Der Boden sendet in der Folge langwellige (Infrarot- oder Wärme-) Strahlung aus. Diese wird vom Glas des Treibhausdaches nicht nach aussen durchgelassen, sondern reflektiert, das heisst im Treibhaus zurückgehalten. Da der Boden weiterhin durch Absorption von kurzwelliger Strahlung Wärme produziert, abstrahlt und diese abermals im Treibhaus gefangen bleibt, erwärmt sich das Innere des Treibhauses laufend. Die Luft der Atmosphäre lässt - wie Treibhausglas - die kurzwelligen Sonnenstrahlen passieren. Die von der Erdoberfläche kommende Infrarotstrahlung wird teilweise durchgelassen und in den Weltraum abgestrahlt. Der Rest wird aber durch Absorption und Reflexion in der Atmosphäre zurückgehalten. Eine Erhöhung der Schülerheft 7 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Lufttemperatur in der Atmosphäre ist die Folge. Diese zusätzliche Erwärmung wird als Treibhauseffekt bezeichnet. Abbildung 1-3 veranschaulicht diese Vorgänge. Abb.1-3: Treibhauseffekt (Geiger 1989, 18). Die durchschnittliche Lufttemperatur der Erde beträgt heute +15°C. Ohne Treibhauseffekt wäre sie rund 30°C tiefer. Die einzelnen Gase, aus denen die Luft zusammengesetzt ist, halten unterschiedlich stark die langwellige Strahlung zurück. Man nennt sie deshalb Treibhausgase, wie zum Beispiel das Kohlendioxid, Lachgas und Methan. Einen ebenfalls sehr grossen Einfluss auf den Strahlungshaushalt hat der Wassergehalt der Luft, einerseits in Form von Nebel und Wolken, besonders aber als Wasserdampf, d.h. als unsichtbares, gasförmiges H2O. Auf dieses Thema kommen wir in einem späteren Kapitel nochmals zu sprechen. 1.3. Vom Stoff zum Schadstoff Wir beginnen mit zwei Definitionen: Schadstoff: Unter Luftschadstoffen verstehen wir Stoffe, die in der Luft in Konzentrationen vorhanden sind, die den Menschen und / oder seine Umgebung direkt und indirekt beeinträchtigen oder schädigen. Konzentration: Die Konzentration ist ein Mass für die Menge eines Stoffes in einer Massen-, Volumenund / oder Zeiteinheit. Dazu braucht man meistens: • Masseneinheiten wie Tonnen (t), Kilogramm (kg), Gramm (g), Milligramm (mg), Mikrogramm (µg) • Volumeneinheiten wie Kubikmeter (m3), Kubikdezimeter (dm3), Kubikzentimeter (cm3), Liter (l) • Zeiteinheiten wie Jahr (a), Tag (d), Stunde (h), Minute (min), Sekunden (s) Hier folgen noch einige nützliche Umrechnungsbeziehungen : 3 3 3 3 1 m = 1000 dm = 1'000'000 cm = 1x106 cm = 1x109 mm 3 1 l = 1 dm = 3 3 3 3 1 m = 1x10- m 1000 1 t = 1000 kg = 1'000'000 g = 1x106 g = 1x109 mg = 1x1012 µg 1 a = 365 d = 8760 h = 525'600 min = 31'536'000 s Schülerheft 8 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Luftschadstoffe werden von einer Quelle, z.B. einem Benzinmotor, erzeugt und an die Luft abgegeben. Sie breiten sich aus oder werden von Luftströmungen verteilt. In ihrer Umgebung aber auch in grossen Distanzen vom Entstehungsort können sie ihre schädliche Wirkung entfalten. In diesem Zusammenhang lernst Du nun vier wichtige Begriffe kennen. A02 Emission: Die Emission ist der Übertritt von Schadstoffen aus einer Quelle in die offene Atmosphäre. Zum Beispiel produziert ein Automotor Schadstoffe, die über den Auspuff an die Umgebung abgegeben werden. Die Abgase werden in die Luft emittiert. Transmission: Unter Transmission versteht man die Ausbreitung, den Transport und die allfällige chemische Umwandlung der emittierten Stoffe in der Atmosphäre. In unserem Beispiel werden die Schadstoffe vom Motor emittiert und durch den Wind von der Strasse weggetragen. Dabei findet eine Verdünnung statt. Einzelne Komponenten können durch chemische Reaktionen mit Luftbestandteilen, mit anderen Schadstoffen oder mit Sonnenlicht verändert werden. Geprägt wird die Transmission primär durch meteorologische Bedingungen wie Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Sonnenstrahlungsintensität und Niederschlag. Deposition: Die durch die Transmission bewegten Schadstoffe, werden mit der Zeit wieder auf der Erdoberfläche abgelagert. Sie werden deponiert. Immission: Immission ist das Einwirken von Schadstoffen auf Mensch und Umwelt (Tiere, Pflanzen, Gewässer, Böden, die Atmosphäre sowie Bauten oder andere von Menschen geschaffene Objekte). Trage die vier Begriffe korrekt in die untenstehende Skizze ein. Abb.1-4: Schadstofftransport (Luft-Dossier BUWAL 1991 S.17). Schülerheft 9 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 1.4. Zusammenfassung Die Atmosphäre setzt sich aus 78% Stickstoff, 21% Sauerstoff, 0.9% Argon, 0.03% Kohlendioxid und weiteren Spurengasen zusammen. Die Atmosphäre gliedert sich in die Troposphäre, die Stratosphäre, die Mesosphäre und die Thermosphäre. Die Ozonschicht liegt vorwiegend in der oberen Stratosphäre und filtert die gefährliche UV-Strahlung aus dem Sonnenlicht heraus. Die Sonne bestrahlt die Erde mit einem ständigen Fluss von elektromagnetischen Strahlen verschiedener Wellenlänge. Von der in die Atmosphäre eindringenden Sonnenstrahlung gelangt nur knapp die Hälfte direkt oder indirekt bis zur Erdoberfläche. Rund ein Viertel wird durch Luftgase und Wolken absorbiert, das restliche Viertel in den Weltraum reflektiert. Die durch kurzwellige Sonnenstrahlung erwärmte Erdoberfläche strahlt langwellige (infrarote) Strahlung ab, die teilweise in der Atmosphäre gefangen bleibt und zu höheren Temperaturen führt. Ohne diese Treibhauswirkung wäre Leben auf der Erde nicht möglich. Ein Stoff wird von einer Quelle abgegeben (Emission), in der Luft verteilt (Transmission) und eventuell umgewandelt. Schliesslich wird er abgelagert (Deposition), wobei er am Ablagerungsort zumeist so auf Kontaktsubstanzen einwirkt, dass Schäden entstehen (Immission). Schülerheft 10 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Kontrolliere nun selbständig ob Du das Grundlagenkapitel verstanden hast. Beantworte zu diesem Zweck die folgenden Fragen: A03 Der Luftdruck nimmt mit der Höhe exponentiell ab. Wie verläuft die Temperaturkurve mit zunehmender Höhe? Beschreibe den Temperaturverlauf in den untersten 100 km der Atmosphäre. A04 Von der Sonne erreicht uns vorwiegend kurzwellige Strahlung. 30% erreichen die Erdoberfläche direkt. Was passiert mit der restlichen Strahlung (70%) - in den Wolken? - in der Luft an den Luftmolekülen? A05 Du hast einige wichtige Begriffe kennengelernt, die beim Thema Luftverschmutzung eine Rolle spielen. Beschreibe in wenigen Worten was sie bedeuten : Emission : __________________________________________ Transmission: __________________________________________ Deposition : __________________________________________ Immission: __________________________________________ Schülerheft 11 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Kapitel 2 Einige primäre Schadstoffe 2.1. Primärschadstoffe und ihre Quellen Generell kann man die wichtigsten Luftverunreiniger in drei Gruppen einteilen: • Industrie und Gewerbe Einzelne meist starke Emittenten (Schadstoffquellen) mit vielfältig zusammengesetztem Stoffausstoss, der schwierig zu erfassen ist. • Verkehr Beides eher schwache Emittenten, die jedoch in besiedelten Gebieten in • Hausfeuerungen sehr grosser Zahl vorkommen. Die Stoffzusammensetzung ihrer Emissionen ist besser bekannt. 2.1.1. Kohlendioxid (CO2) und Kohlenmonoxid (CO) Die Zusammensetzung unserer Luft ist das Produkt einer Entwicklung, die mehrere Milliarden Jahre gedauert hat. Auch das CO2 kommt von Natur aus in der Luft vor. Der CO2-Gehalt der Atmosphäre ist jedoch alles andere als eine konstante Grösse. Wissenschaftliche Untersuchungen von Gaseinschlüssen im Eis der Antarktis haben gezeigt, dass er über lange Zeiträume hinweg grossen Schwankungen unterworfen ist. Die Tatsache, dass er in den letzten 150'000 Jahren nie so hoch wie heute war, weist jedoch auf eine anthropogene (= vom Mensch gemachte) Beeinflussung hin. Seine hauptsächliche Beteiligung am Treibhauseffekt macht ihn immer wieder zum Diskussionsthema. Der CO2 -Gehalt der Atmosphäre beträgt nur etwa 1/60 desjenigen der Ozeane. Das hat zur Folge, dass die Verweilzeit (dies ist die Zeit, in der sich ein CO2 -Molekül durchschnittlich in der Atmosphäre aufhält) von Kohlendioxid relativ kurz ist. Sie ist ein Merkmal für die Grösse eines Reservoirs und beträgt bei CO2 ca. 10 Jahre (Zum Vergleich: die Verweilzeit von Stickstoff N2 beträgt 4 x 108 Jahre!). Dadurch bekommen jedoch auch die Tätigkeiten des Menschen eine grosse Bedeutung. Das uferlose Verbrennen fossiler Brennstoffe (hierzu gehört auch das Abfackeln, d.h. Verbrennen von Erdgas aus Erdöllagerstätten) und das Abholzen des tropischen Regenwaldes führen zur Anreicherung von CO2 in der Atmosphäre. Die aktuelle Konzentration beträgt 350 ppm (parts per million). Sie ist seit 1950 um ca. 35 ppm, also um 10% gestiegen! Automotoren stossen vor allem CO (Kohlenmonoxid) aus, das allmählich mit O2 aus der Luft zu CO2 reagiert. Die jahreszeitliche Schwankung der CO2-Konzentration (im Sommer ca. 7 ppm tiefer als im Winter) widerspiegelt das jahreszeitliche Auf und Ab in der Photosynthesetätigkeit der Pflanzen, vorab in mittleren Breiten (im Sommer mehr Photosynthese). Löse alle folgenden Aufgaben, bei denen nichts anderes vorgesehen ist, auf leere separate Blätter. So kannst Du jedes Kapitel mehrmals durcharbeiten, ohne Deine Antworten bereits vor Dir zu haben. Der CO2-Gehalt der Atmosphäre beträgt nur etwa 1/60 desjenigen der Ozeane. Das hat zur Folge, dass die Verweilzeit (dies ist die Zeit, in der sich ein CO2 -Molekül durchschnittlich in der Atmosphäre aufhält) von Kohlendioxid relativ kurz ist. Sie ist ein Merkmal für die Grösse eines Reservoirs und beträgt bei CO2 ca. 10 Jahre (Zum Vergleich: die Verweilzeit von Stickstoff N2 beträgt 4 x 108 Jahre!). Dadurch bekommen jedoch auch die Tätigkeiten des Menschen eine grosse Bedeutung. Das uferlose Verbrennen fossiler Brennstoffe Schülerheft 12 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ (hierzu gehört auch das Abfackeln, d.h. Verbrennen von Erdgas aus Erdöllagerstätten) und das Abholzen des tropischen Regenwaldes führen zur Anreicherung von CO2 in der Atmosphäre. Die aktuelle Konzentration beträgt 350 ppm (parts per million). Sie ist seit 1950 um ca. 35 ppm, also um 10% gestiegen! Automotoren stossen vor allem CO (Kohlenmonoxid) aus, das allmählich mit O2 aus der Luft zu CO2 reagiert. Die jahreszeitliche Schwankung der CO2-Konzentration (im Sommer ca. 7 ppm tiefer als im Winter) widerspiegelt das jahreszeitliche Auf und Ab in der Photosynthesetätigkeit der Pflanzen, vorab in mittleren Breiten (im Sommer mehr Photosynthese). Löse alle folgenden Aufgaben, bei denen nichts anderes vorgesehen ist, auf leere separate Blätter. So kannst Du jedes Kapitel mehrmals durcharbeiten, ohne Deine Antworten bereits vor Dir zu haben. A06 (m Anhang findest du die Abbildungen 2-2. und 2-3).) A06.1 Vergleiche die beiden Graphiken mit den Titeln "Weltbevölkerung" und "Kohlendioxidgehalt" (Abb. 2-2). Beschreibe und begründe den Verlauf der beiden Kurven! A06.2 Mach dasselbe für die beiden Graphiken mit den Titeln "Temperaturabweichung vom langjährigen Mittel" und "Kohlendoxidgehalt" (Abb. 2-3). Beachte speziell auch noch den Trend der beiden Kurven in neuester Zeit. 2.1.2. Stickoxide (NOx) Stickstoff (N2) ist die Hauptkomponente der Atmosphäre (78%). In der Atmosphäre kommen zudem eine Reihe von gasförmigen Stickstoffverbindungen vor, welche unter dem Begriff Stickoxide zusammengefasst werden. Von hauptsächlicher Bedeutung sind: Stickstoffmonoxid (NO) Stickstoffdioxid (NO2) und Distickstoffoxid (N2O), auch Lachgas genannt. Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) NO und NO2 entstehen bei hochtemperaturigen (T > 500-600 C°) Verbrennungsvorgängen, vor allem im Strassenverkehr und beim Heizen. Sie werden zu 90 bis 95% als Stickstoffmonoxid (NO) ausgestossen und in der Atmosphäre in das giftigere Stickstoffdioxid (NO 2) umgewandelt. Im Kanton Zürich entwichen 1985 25'150 Tonnen Stickoxide aus Auspuffrohren, Kaminen und Jet-Triebwerken. Der Anteil des Verkehrs beträgt ca. drei Viertel. Mit dem Katalysator wird der Stickoxid-Ausstoss beträchtlich reduziert. Da Verbrennungen bei hohen Temperaturen einen Teil der zahlreich vorhandenen Stickstoffmoleküle aus der Luft oxidieren, kann das Problem der Stickoxidbildung nicht durch Veränderungen in der Zusammensetzung des Brennstoffes gelöst werden (wie beim Schwefeldioxid, siehe 2.1.3). Die Konzentration von NO und NO2 hat einen Jahresgang. Die höchsten Werte werden im Winterhalbjahr erreicht. Die tieferen Konzentrationen während der Sommermonate sind auf zwei Effekte zurückzuführen: • Bessere Verdünnung durch höhere Turbulenz in der Atmosphäre. • Höhere Umwandlung in Sekundärschadstoffe durch den Einfluss des Sonnenlichtes. Auf natürliche Weise entstehen Stickoxide vor allem bei Blitzen. Bei elektrischen Entladungen in der Luft entstehen Temperaturen bis zu 30'000°C; dabei wird N2 oxidiert. Dieser Vorgang erzeugt in der Schweiz jährlich ca. 2'400 Tonnen Stickoxide. Weitere Ausstösse gibt es bei Waldbränden (ca. 40 t/Jahr) und durch produktive Böden. In ihnen werden durch Mikroorganismen ca. 6'600 t/Jahr emittiert. Die Verweilzeit in der Atmosphäre beträgt ca. 2-5 Tage. Schülerheft 13 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Distickstoffoxid (N2O) oder Lachgas Lachgas wird in der "Luftverschmutzungsdiskussion" seltener erwähnt als NO und NO 2. Dies wohl vor allem aus Gründen seiner völlig anderen Wirkungsweise (siehe nächstes Kapitel). Es entsteht auf natürliche Weise durch mikrobielle Denitrifikation (d.h. Reduktion von NO3- zu N2) durch Mikroorganismen und durch Nitrifikation (d.h. Oxidation von NH4+ zu NO3-) im Boden und im Wasser. Anthropogen (durch den Menschen bedingt) wird Lachgas durch Verbrennen von Biomasse und fossilen Brennstoffen, durch Landkultivierung und durch künstlichen Stickstoffdünger emittiert. Die Verweilzeit in der Atmosphäre beträgt ca. 170 Jahre. A07 Unten findest du einen Auszug aus einem Zeitungsartikel. Er stammt aus einer Phase des letzten Jahrhunderts, in der das Problem der Luftverschmutzung etwas anders gewichtet wurde. Ganz am Schluss des Artikels ist auf den beträchtlichen Rückgang der Stickoxidbelastung hingewiesen: A07.1 Überlege Dir die Spannweite der Konzentrationsschwankungen von Jahr zu Jahr? Sind sie eher gross oder klein? A07.2 Stimmt Dich der Rückgang hoffnungsvoll? Wodurch könnte er hervorgerufen worden sein? Weniger Stickstoff und doch zuviel ... Die Grenzwerte für Stickstoffdioxid dagegen werden an den drei Messstellen in Stadtnähe weiterhin überschritten, am deutlichsten in Opfikon, nahe der Flughafen-Autobahn. Hier wurde ein Jahresmittelwert von 46 Mikrogramm pro Kubikmeter Luft ermittelt, der Grenzwert liegt bei 30 Mikrogramm. In Wallisellen und Schwamendingen betrugen diese Werte 36 und 38 Mikrogramm. Im Vergleich zu den Vorjahren ging die Belastung jedoch um etwa einen Drittel zurück. Sie erreicht damit ungefähr die Werte von 1984. 1986 und 1987 waren Werte gemessen worden, die ungefähr 25 Mikrogramm höher lagen. Tages Anzeiger, , 5.2.1991, S. 17 2.1.3. Schwefeldioxid Schwefeldioxid entsteht hauptsächlich bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe (namentlich Kohle und Erdöl, die beide einen allerdings stark variablen Schwefelgehalt aufweisen) und stammt zu rund 80% aus Haus- und Industriefeuerungen. Da also das Heizen eine Hauptquelle darstellt, ergeben sich im Winter wegen Inversionslagen und der Heizperiode höhere Werte als im Sommer. Generell ist ein deutlicher Rückgang des Schwefeldioxidausstosses zu verzeichnen. Dies zeigt, dass die eingeleiteten Massnahmen, insbesondere die Herabsetzung des Schwefelgehalts im Heizöl und die Umstellung auf Erdgas, deutlich bessere Ergebnisse bewirken. Natürliche Emission geschieht vor allem durch Waldbrände und Vulkanausbrüche. Diese Mengen sind im Verhältnis zu den anthropogenen Ausstössen jedoch vernachlässigbar klein. Schülerheft 14 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ A07.3 a) Zähle zwei Massnahmen auf, die den abnehmenden Trend der Schwefeldioxid-Immissionen der nebenstehenden Grafik begründen. b) Warum ist das Schwefeldioxidproblem einfacher in den Griff zu bekommen als das Stickoxidproblem? Abb.2-5: Trend der Schwefeldioxid-Immissionen in der Stadt Zürich. (Luftreinhaltung im Kt. Zürich 1987, 22). 2.1.4. Organische Verbindungen: VOC, FCKW, Methan Der Sammelbegriff "Organische Verbindungen" wird in der Lufthygiene nicht streng im chemischen Sinn verwendet. Er umfasst eine Fülle verschiedener flüchtiger organischer Verbindungen. Die leicht flüchtigen Stoffe haben in der Luft die grösste Bedeutung. VOC: Flüchtige Kohlenwasserstoffe (Volatile Organic Compounds) Diese entweichen vor allem beim Verdunsten von organischen Stoffen, z.B. von Benzin (beim Tanken) oder Lösungsmitteln und bei der unvollständigen Verbrennung von Erdölprodukten (z.B. im Verkehr). FCKW: Fluorchlorkohlenwasserstoffe Sie sind ein prominentes Beispiel aus aktuellen Umweltdiskussionen und werden deshalb speziell erwähnt. Es handelt sich hier um Stoffe, die vor allem als Kühlmittel, Lösungsmittel, Treibmittel in Sprühdosen (CFCl3 oder CF2Cl2) und zum Schäumen von Schaumplastik Verwendung finden und früher oder später in die Atmosphäre gelangen. CH4: Methan Methan, auch ein Kohlenwasserstoff, soll hier besonders erwähnt werden, da sich die Konzentration in der Atmosphäre in den letzten 200 Jahren verdoppelt hat. Gleichzeitig ist Methan ein hochwirksames Treibhausgas, weitaus wirksamer als z.B. Kohendioxid (CO2). In der Schweiz stammen etwa ein Viertel aller Emissionen dieses Stoffes aus natürlichen Quellen. Weltweit tragen vor allem Landwirtschaft und Landnutzung in den Tropen zu dessen Ausstoss bei. Mikrobielle Vorgänge in Sümpfen, Reisfeldern und Grasländern (Tätigkeit von Methanbakterien in Sumpf- und Biogas) gehören ebenso zu den Quellen wie Massentierhaltung (Entstehung vor allem im Verdauungstrakt von Wiederkäuern) und Vulkane. Auf anthropogener Ebene sind erneut die Brandrodung und die Verbrennung fossiler Brennstoffe die Hauptverursacher, da dort Methan als Resultat unvollständiger Verbrennungsprozesse entsteht. In jüngerer Zeit kommen auch Methanaustritte aus undichten Gaspipelines in Sibirien dazu. Schülerheft 15 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2.2. Die Auswirkungen der Primärschadstoffe auf Mensch und Umwelt 2.2.1 Kohlendioxid (CO2) und Kohlenmonoxid Das farb- und geruchlose Gas CO2 hat in den heute vorkommenden Konzentrationen keinen direkten gesundheitlichen Einfluss auf den Menschen. Als Treibhausgas sind jedoch seine Auswirkungen auf die globale Erwärmung bewiesen. Seine Bedeutung ist global gesehen als erstrangig einzustufen! Kohlenmonoxid CO verbindet sich mit Hämoglobin und unterbindet dadurch den Sauerstofftransport des Blutes. Aus diesem Grund ist die Idee auf Abb. 2-6 nicht als besonders gut zu bezeichnen! Die Atmospähre ist ein Reservoir für C-Stoffe. Wie viele solcher Stoffe wo abgelagert sind, entnimmt man folgender Tabelle: Atmosphäre Lithosphäre Hydrosphäre 700 70'005'000 40'000 in Gigatonnen 1 100'000 ca. 60 als Verhältniszahlen Abb. 2.5.1: C-Stoff-Speicherungen in verschiedenen Umgebungen 2.2.2. Stickoxide (NOx) a) Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) Bereits leicht erhöhte Stickoxidwerte (vor allem NO2) können beim Menschen folgende Wirkungen auslösen: Abb. 2-6: Modell "Kat-Plus" (UMWELT VERKEHR 1991, 37). Erkrankung der Atemwege (Umwandlungen an den Bronchialwänden, Schwächung der Infektionsabwehrzellen, höhere Bronchitisgefahr) • Funktionsstörungen der Lunge (Zusammenziehen der Bronchien erschwert das Atmen und kann zu Asthma führen oder Asthma verstärken). Die Umwelt leidet mit, weil Schülerheft 16 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ • Stickoxide vielfältige Schädigungen von Pflanzen, vor allem bei kombinierten Einwirkungen (Synergieeffekte) verursachen • Stickoxide zum saurem Regen beitragen (siehe folgendes Kapitel) • Stickoxide Vorläufer vom Sommersmog sind • Stickstoff ein Nährstoff ist, der in vielen künstlichen Düngern eingesetzt wird. Erhöhter Stickstoffgehalt in der Luft führt zu einer "Düngung" der Pflanzen über Trocken- und Nassdeposition (Ablagerung direkt aus der Luft oder mit Hilfe des Regens). Je nach Bodentyp und Pflanzendecke kann dies zu Störungen des Bodenchemismus und des Nährstoffhaushaltes führen. b) Distickstoffoxid (N2O) oder Lachgas Nebst seinem direkten Beitrag zum Treibhauseffekt in der Troposphäre (Kap. 1.2.) wirkt N2O in der Stratosphäre auch indirekt. Durch eine Reihe chemischer Reaktionen bewirkt ein N2O-Anstieg eine Reduzierung des Ozon-Gehaltes in der oberen Stratosphäre, was letztlich zu einer erhöhten Durchlässigkeit der Atmosphäre für die UV-Strahlung bis zur Erdoberfläche führt. Diese ultraviolette Strahlung bewirkt beispielsweise Hautkrebs oder Pflanzenschäden. 2.2.3. Schwefeldioxid (SO2) Schwefeldioxid beeinträchtigt die menschliche Gesundheit auf ähnliche Art und Weise wie die Stickoxide. Das stechend riechende Gas wirkt insbesondere in Kombination mit Staub auf die Atemwege, reizt Haut und Schleimhäute und führt in höheren Konzentrationen zu Atembeschwerden und Brustschmerzen. Gefährdet sind auch hier vor allem Asthmatiker und Kinder. Auch in der Umwelt hinterlässt es seine Spuren. Mit Wasser bildet SO2 schweflige Säure und im Beisein von Luftfeuchtigkeit reagiert SO2 mit Luftsauerstoff zu Schwefelsäure. Diese Säuren sind (neben der Salpetersäure HNO3) Hauptbestandteile des sauren Regens. Zusätzlich verursacht SO2 das Absterben von Gewebepartien bei Pflanzen durch den Abbau von Chlorophyll. Durch seine Aggressivität in Bezug auf diverse Materialien trägt es zum Zerfall zahlreicher historischer Bauwerke massgeblich bei. 2.2.4 Organische Verbindungen: VOC, FCKW, Methan VOC: Flüchtige Kohlenwasserstoffe (Volatile Organic Compounds) Sie sind sehr geruchsintensiv und verursachen den typischen Auspuffgestank. Zusammen mit den Stickoxiden bilden sie den photochemischen Smog, der beim Menschen Reizungen von Schleimhäuten und Augen hervorruft. Sie enthalten auch krebserregende Stoffe wie zum Beispiel Benzol, das Leukämie erzeugen kann. In der Umwelt wirken sie ebenfalls schädigend für Pflanzen und Gebäude und sind in der erdoberflächennahen Luftschicht an der Entstehung von Ozon beteiligt. FCKW: Fluorchlorkohlenwasserstoffe Sie sind durch ihre zerstörende Wirkung auf das Ozon (O 3) in der Stratosphäre "berühmt" geworden. Daher werden sie immer im Zusammenhang mit dem Ozonloch genannt. Sie trägt aber auch zum künstlichen Treibhauseffekt bei. CH4 Methan: Die Wirkungen von Methan auf Mensch und Umwelt sind vielfältig und komplex: In der Troposphäre verhindert es im Zusammenspiel mit OH- (Synergieeffekt) den Abbau von diversen Schadstoffen (wie z.B. Chlorfluormethane, Kohlenmonoxid und Schwefelwasserstoff). Mit den Stickoxiden (NOx) bildet es Ozon und ist damit an Treibhauseffekt, Pflanzenschädigung, Waldsterben und Gesundheitsschädigung beteiligt. Schülerheft 17 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2.3. Übersicht und Zusammenfassung (Eventuell mündlich im Plenum) Jetzt kannst Du selbständig kontrollieren ob Du Kapitel 2 sorgfältig durchgelesen und verstanden hast. (2.4.) Beantworte zu diesem Zweck die nachfolgenden Fragen: 2.4.1. Welche Probleme bereiten speziell die Luftverunreinigungen durch Industrie und Gewerbe (Kehrichtverbrennung usw.)? 2.4.2. Ist die Atmosphäre im Vergleich zu den Meeren und der Lithosphäre ein kleines oder grosses C-Reservoir? • Beziffere das ungefähre Verhältnis zwischen den drei Reservoirinhalten. • Was hat dies für Folgen? 2.4.3. Von den behandelten Stoffen ist nur einer zu erwähnen, bei dem ca. ein Viertel des Ausstosses aus natürlichen Quellen stammt. Welcher ist es und welche Quellen (weltweit) tragen dazu bei? 2.4.4. Hans, der engagierte Leiter der Jugendnaturschutzgruppe, versucht schon lange, hinter dem Haus einen Magerwiesenstandort heranzuziehen. Auf dem kleinen Stück Land ist jeglicher Dünger absolut tabu. Er will die Artenvielfalt durch jene Pflanzen erweitern, die nur auf nährstoffarmen Böden gedeihen. Leider stellt sich der Erfolg auch nach einigen Jahren nur schleppend ein. Überlege Dir, woran dies liegen könnte. Nun ist es an Dir, zu entscheiden, ob Du gewisse Stellen noch einmal lesen willst. Quelle: http://www.toonpool.com/cartoons/Klimaei_48173 Schülerheft 18 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Kapitel 3 Auswirkungen der Luftverschmutzung 3.1.2. Mögliche Auswirkungen des künstlichen Treibhauseffektes Durch die Erhöhung der Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre wird der natürliche Treibhauseffekt verstärkt. Um die direkte Wirkung des künstlichen Treibhauseffektes zu bestimmen, verfügt man heute über mathematische Modelle - die sog. General Circulation Models (GCM). In ihnen werden die dynamischen Prozesse innerhalb des Klimasystems und die komplexen Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Komponenten beschrieben. Allerdings stellen diese Modelle Vereinfachungen der natürlichen Vorgänge dar. Deshalb sind die vorausgesagten Klimaveränderungen mit einer Unsicherheit behaftet. Temperaturerhöhung Für die Abschätzung der sich durch den künstlichen Treibhauseffekt ergebenden Temperaturzunahme geht man in der Regel von einer CO2-Verdoppelung gegenüber dem vorindustriellen Wert von 280 ppm aus. Abbildung 4-7 zeigt, bezogen auf das Jahr 1765, den Verlauf des mittleren Temperaturanstieges (mittlere Kurve, best estimate) bei einer unbeeinflussten Entwicklung der Emissionen (Business-as-Usual-Szenario). In diesem Szenario nimmt man an, dass in Zukunft keine Massnahmen zur Verminderung und Kontrolle der Emissionen der einzelnen Treibhausgase getroffen werden. Im nächsten Jahrhundert ist dabei mit einem Temperaturanstieg von ca. 0.3 °C pro Jahrzehnt zu rechnen. Eine derartige Temperaturzunahme wäre einzigartig für die letzten 10'000 Jahre! Im Jahr 2025 dürfte die mittlere Globaltemperatur folglich rund 1 °C über dem heutigen Wert (+15 °C) liegen. Bis ins Jahr 2100 würde die Temperatur auf der Erde um rund 3 °C ansteigen. A09 A09.1. Wie gross ist nach Abbildung 4-7 der Unsicherheitsbereich der erwarteten Temperaturzunahme bis zum Jahr 2100? A09.2. Wie erklärst Du Dir diese grosse Schwankungsbreite der drei geschätzten Temperaturanstiege zueinander? Schülerheft 19 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Abb.4-7: Modellsimulation des durchschnittlichen globalen Temperaturanstieges von 1850 - 2100. (Houghton et al. 1990, xxii). Die Berechnungen von 1850 - 1990 beruhen auf der beobachteten Konzentrationszunahme der Treibhausgase in der Atmosphäre. Die Voraussage des Temperaturanstieges von 1990 - 2100 basiert auf dem Business-as-Usual-Szenario. best estimate = geschätzter mittlerer Temperaturanstieg low estimate = niedrige Schätzung high estimate = hohe Schätzung Momentan können noch keine verlässlichen Voraussagen über die regionale Verteilung der Temperaturänderungen gemacht werden. Man nimmt jedoch an, dass sich die Landflächen schneller erwärmen als die Ozeane. In den höheren Breiten erwartet man eine grössere Änderung der Jahresmitteltemperatur als in den äquatorialen Gebieten. Im Winter soll der Temperaturanstieg in den höheren Breiten gar um 50 - 100% grösser sein als im weltweiten Durchschnitt. Für die Schweiz ergeben die Modellrechnungen einen Anstieg der mittleren Sommertemperatur von 0 - 6 °C und der mittleren Wintertemperatur von 4 - 8 °C. Abb.4-8: Prognostizierter Meeresspiegelanstieg unter Annahme des Business-as-Usual-Szenarios. (Houghton et al. 1990, xxx) best estimate = geschätzter mittlerer Temperaturanstieg low estimate = niedrige Schätzung high estimate = hohe Schätzung Schülerheft 20 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Schülerheft 21 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Mögliche Folgen einer Temperaturerhöhung Aufgrund der Erwärmung wird der Meeresspiegel, bedingt durch die thermische Ausdehnung der Ozeane und durch das Abschmelzen von Eismassen ansteigen. Unter Annahme des Business-as-Usual-Szenarios wird für das Jahr 2030 ein Meeresspiegelanstieg von 20 cm und für das Jahr 2100 von ca. 65 cm prognostiziert (siehe weiter vorne: Abbildung 4-8, mittlere Kurve, best estimate,). Der Unsicherheitsbereich beträgt dabei 30 - 100 cm (Kurven low und high estimate). Es ist auch hier mit regionalen Unterschieden zu rechnen. Bei einem Meeresspiegelanstieg von einem Meter würde eine ganze Reihe von Staaten bedroht (z.B. Ägypten, Bangladesh). Probleme ergäben sich auch in der Landwirtschaft. Bei einer globalen Erwärmung im Bereich von 1.5 - 4.5 °C werden sich die Vegetationszonen voraussichtlich um einige hundert Kilometer meridional verschieben. Dadurch ändern sich die Anbaubedingungen für die traditionellen Kulturen. Besonders schwerwiegend dürften solche veränderte Verhältnisse für arme Länder mit grossem Bevölkerungswachstum und für Regionen sein, die heute schon ungünstige klimatische Voraussetzungen aufweisen. http://www.toonpool.com/cartoons/Emission_68322#img9 Schülerheft 22 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Kapitel 4 Massnahmen gegen die Luftverschmutzung Die Erforschung der Prozesse in der Atmosphäre leistet einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Luftverschmutzung. Wenn man nicht weiss, woher die Schadstoffe kommen, wie sie entstehen und wie sie wirken, kann man keine gezielte Massnahmen gegen die Luftverschmutzung ergreifen. Der Ablauf des Kapitels sieht so aus: 1. Zuerst lernst Du die gesetzlichen Grundlagen kennen, welche die Basis für Luftreinhaltevorschriften bilden. 2. Im zweiten Teil werden Dir einige konkrete Massnahmen zur Verminderung der Luftverschmutzung vorgestellt. 3. Am Schluss werden Massnahmen aufgezeigt, die Du persönlich ergreifen kannst, um einen Beitrag zur Luftreinhaltung zu leisten. Behalte folgende Lernziele im Auge: Am Ende des Kapitels kannst du ausführen, mit welchen gesetzlichen Mitteln die Luftverschmutzung vermindert oder verhindert werden kann. Du kannst einige wichtige Massnahmen gegen die Luftverschmutzung nennen. Du bist auch in der Lage, diese gegenüber einem Dritten zu vertreten. Du zeigst auf ,wie du dich in Zukunft weniger luftschädigend verhalten könntest. 4.1. Die gesetzlichen Grundlagen 4.1.1. Die Notwendigkeit des Gesetzes Durch die vielfältigen Auswirkungen der Luftverschmutzung werden der Mensch und seine Umwelt in verschiedenster Weise bedroht. Die Einsicht, dass dagegen etwas unternommen werden muss, ist gewachsen. Es gilt also, Massnahmen zu ergreifen, um die schädlichen Auswirkungen in relativ kurzer Zeit zu vermindern oder gar für immer zu vermeiden. In einem ersten Schritt sind deshalb Regelungen festzusetzen. In einem zweiten Schritt müssen diese durchgesetzt werden. Das geeignete Instrument für dieses Vorgehen ist in der Schweiz die Verfassung, bestehend aus den verschiedenen Gesetzen und Verordnungen. Diese Dokumente legen Rechte und Pflichten der Bürger und des Staates fest. Mittels gesetzlicher Grundlagen lässt sich beispielsweise eine Massnahme durchsetzen. Was heisst das genau? Dazu ein Beispiel: Eine entsprechende Massnahme hat laut Gesetz für jedermann zu gelten. Weigert sich jemand, sich daran zu halten, so kann er vom Staat zur Einhaltung gezwungen werden. Das Gesetz ermächtigt diesen dazu. In der Bundesverfassung stehen grundlegende Rechte und Pflichten. Der Verfassungstext ist aber relativ allgemein gehalten. Die einzelnen Artikel müssen noch detaillierter, d.h. genauer geregelt werden. Dies geschieht in den Gesetzen. Sie beruhen stets auf einem Verfassungsartikel. Über Änderungen der Verfassung und auch über neue Gesetze kann das Volk abstimmen. Dadurch wird sichergestellt, dass eine Bestimmung von der Mehrheit der Bürger akzeptiert wird. Die Behörden können sich bei deren Durchsetzung dann auf diesen Mehrheitswillen stützen. Oftmals sind aber in den Gesetzen nicht alle Details geregelt. Konkrete Werte und Angaben werden deshalb oft in sogenannten Verordnungen festgelegt. Schülerheft 23 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ A10 A10.1. Woraus bestehen die gesetzlichen Grundlagen? A10.2. Wozu dienen sie im Hinblick auf die Luftverschmutzung? A10.3. Wer entscheidet über die Annahme oder Ablehnung von Verfassungs- und Gesetzesänderungen? 4.2.1. Das Umweltschutzgesetz Aufgrund des Artikels 24septies der Bundesverfassung wurde 1983 das Bundesgesetz über den Umweltschutz erlassen, das sogenannte Umweltschutzgesetz (kurz USG). Um etwas näher mit dessen Inhalt bekannt zu werden, musst Du das Gesetz in der Mediothek holen. Und das musst Du tun: A10.4. a) Schau Dir die Überschriften der Titel und Kapitel an. Notiere diese und ordne sie dabei übersichtlich. Dadurch erhältst Du einen ersten Überblick. b) Schau jetzt nach, wo konkret etwas über "Luftverunreinigungen" steht. Lies die entsprechenden Artikel. c) Fasse den Inhalt dieser Artikel kurz mit eigenen Worten schriftlich zusammen. Achte dabei besonders auf Angaben über Emissionen und Immissionen. d) Du kannst nun das Gesetz wieder zurücklegen. Deine Zusammenfassung enthält die wichtigsten Aussagen zu den Luftverunreinigungen. Schülerheft 24 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Wie Du siehst, macht das Gesetz Aussagen über fünf verschiedene Bereiche. Uns interessiert hier speziell das 1. Kapitel im 2. Titel. Dazu steht im Gesetz folgendes in einer kurzen Zusammenfassung: a) Die genannten Umweltbelastungen sollen grundsätzlich durch Massnahmen am Ort ihres Entstehens begrenzt werden. Die Emissionen sollen wenn möglich verhindert werden. b) Die Emissionsbegrenzungen müssen verschärft werden, falls die Einwirkungen auf die Umgebung schädlich oder lästig werden. c) Emissionen sind zu begrenzen, indem Vorschriften erlassen werden. Dazu gehören beispielsweise Emissionsgrenzwerte, Bauvorschriften, Verkehrsvorschriften u.a.. Diese gilt es einzuhalten. d) Zur Beurteilung, ab wann Einwirkungen schaden, sind Immissionsgrenzwerte nötig. Sie bilden die Schädigungsgrenze. e) Anlagen müssen saniert werden, wenn sie die Vorschriften des Gesetzes nicht einhalten. Du hast bemerkt, dass das Gesetz Grenzwerte erwähnt. Es nennt aber keine konkreten Zahlen. Damit es auf den Einzelfall anwendbar ist, braucht es eine Verordnung. A11 Das Gesetz sieht Massnahmen auf verschiedenen Stufen vor: Die Emissionen sollen begrenzt werden. Dies geschieht u.a. mit Emissionsgrenzwerten. Wenn die Einwirkungen aber schädlich werden, müssen die Emissionsgrenzwerte verschärft werden. Als Massstab für die Schädlichkeit der Einwirkungen dienen die Immissionsgrenzwerte. A11.1 Stell Dir nun folgende Situation vor: In der Nähe einer Fabrik mehren sich die Fälle von Atemwegserkrankungen. Zuerst waren nur Kinder und alte Menschen betroffen. Nun klagen auch immer mehr Erwachsene zwischen 20 und 60 Jahren über ständigen Husten und unerträgliche Schmerzen im Hals. Überlege Dir, was die Ursache dieser Erkrankungen sein könnte. Notiere Dir dann kurz in einigen Stichworten, was laut Gesetz in diesem Fall zu geschehen hat. 4.1.3. Die Luftreinhalteverordnung Die Luftreinhalteverordnung, kurz LRV genannt, regelt vier Bereiche: 1. Die vorsorgliche Emissionsbegrenzung 2. Die Anforderungen an Brenn- und Treibstoffe 3. Die höchstzulässige Belastung der Luft (sog. Immissionsgrenzwerte) 4. Das Vorgehen für den Fall einer zu grossen Zunahme der Immissionen. Worum geht es in diesen vier Bereichen? 1) Zur vorsorglichen Emissionsbegrenzung sind in den entsprechenden Anhängen der Verordnung Grenzwerte aufgelistet. Für die verschiedensten Stoffe wird dort genau angegeben, welche Mengen eines Stoffes in die Luft gelangen dürfen. 2) Auch Brenn- und Treibstoffe müssen Grenzwerte einhalten. Dabei geht es vor allem darum, den Schwefelgehalt niedrig zu halten. 3) Immissionsgrenzwerte legen die höchstzulässige Belastung der Luft fest. Die Einwirkung eines Schadstoffes an einem Ort soll diesen Wert nicht überschreiten. 4) Übersteigen die Immissionen diesen Grenzwert und lässt sich nicht ein einzelner Verursacher feststellen, muss ein Massnahmenplan aufgestellt werden. Dieser sieht verschärfte Schülerheft 25 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Emissionsbegrenzungen vor. Davon sind alle Anlagen betroffen, die den entsprechenden Schadstoff austossen. Das Hauptinstrument der Luftreinhalteverordnung zur Bekämpfung der Luftverschmutzung sind die Grenzwerte. Sie bilden das Gerüst, an dem die Massnahmen "aufgehängt" werden. Werden sie eingehalten, besteht kein Grund einzugreifen. Werden sie aber überschritten, ist meist ein ganzes Bündel von Massnahmen nötig. Ein Grenzwert wird definiert als die Konzentration eines Stoffes, die als schädlich angesehen wird, falls sie über eine bestimmte Zeit andauert. Dazu ein Beispiel: Wird an einem schönen Sommertag der Ozongrenzwert von 120 µg/m3 über mehrere Stunden hinweg überschritten, leiden vorab empfindliche Personen bereits an Augenreizungen, Husten und anderen Beschwerden. Ein Grenzwert ist also nach wissenschaftlichen Erkenntnissen der Wert, der gerade noch auf Dauer keine Schäden hervorruft. Der Emissionsgrenzwert ist die maximal zulässige Konzentration eines Schadstoffes in den Abgasen einer Emissionsquelle. Der Immissionsgrenzwert trennt nach dem heutigen Wissensstand den unschädlichen Konzentrationsbereich vom schädlichen. Er bildet quasi die Schädigungsgrenze. Die Einhaltung der Grenzwerte muss überprüft werden. Dazu sind Messungen nötig, die oft über längere Zeit am selben Ort durchgeführt werden. Die andauernde Überschreitung der Grenzwerte löst bestimmte Massnahmen gegen die Luftverschmutzung aus. A12 A12.1 Welches ist das Hauptinstrument der LRV? A12.2 Wie wird das Hauptinstrument definiert? A12.3 Überlege Dir den Unterschied zwischen Emissions- und Immissions-grenzwerten. 4.2. Massnahmen Um die oftmals überschrittenen Grenzwerte einhalten zu können, sind konkrete Massnahmen nötig. Als Massnahme gilt dabei jede Handlung, die geeignet ist, einen Beitrag zur Verminderung der Luftverschmutzung zu leisten. Für die Vielzahl von Emittenten sind auch entsprechend unterschiedliche Massnahmen zu treffen. Wir beschäftigen uns hier mit folgenden Emittentengruppen: • • Feuerungen • Güterverkehr Personenverkehr • Industrie und Gewerbe Schülerheft 26 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ a) Massnahmen, die Feuerungen betreffen: Hier gilt es, die Emissionen an NOX und SO2 zu verringern. Die entsprechenden Grenzwerte der Luftreinhalteverordnung geben das Ziel vor. Es wird durch folgenden Massnahmen erreicht: Benützung schwefelarmer Brennstoffe Benützung von Brennern, die weniger NOX emittieren Einsparung von Heizenergie durch: die Isolation von Gebäuden die individuelle, verbrauchsabhängige Heizkostenabrechnung. (Wer weniger verbraucht, zahlt wenger!). finanzielle Anreize des Staates zur Förderung von Alternativenergien, wie Sonne und Erdwäme. Steuer-Abzugsmöglichkeiten von Energiesparinvestitionen an Gebäuden. richtige Wartung und Einstellung der Heizung. das Ersetzen alter Heizanlagen durch neue, abgasarme, richtig dimensionierte Anlagen. b) Massnahmen, die den Personenverkehr betreffen: Hier geht es vor allem darum, das Umsteigen auf die emissionsärmeren, öffentlichen Verkehrsmittel zu fördern. Dies kann durch verschiedene Massnahmen geschehen: • Steigerung der Reisegeschwindigkeit im öffentlichen Verkehr, Verbesserung von Zuverlässigkeit und Komfort. • Weniger Parkplätze in der Stadt anbieten. Die restlichen Parkplätze verteuern. • Zusätzliche 'Park+Ride'-Anlagen bei Bahnhöfen erstellen. Autofahrer können dort ihr Auto zu günstigen Preisen parkieren und auf die Bahn umsteigen. • Abgaben auf Treibstoffe erheben. Damit wird der Privatverkehr verteuert. Dies soll einen finanziellen Anreiz geben, das evt. billigere, öffentliche Verkehrsmittel zu benützen. • Um die Autos selbst abgasärmer fahren zu lassen, werden die Abgasvorschriften verschärft. Regelmässige Kontrollen sorgen für deren Einhaltung. c) Massnahmen, die den Güterverkehr betreffen: Wie beim Personenverkehr sollen auch hier die Abgasgrenzwerte eingehalten werden. Dazu müssen die technischen Sparmöglichkeiten ausgeschöpft werden. • Altfahrzeuge gilt es, so rasch als möglich durch abgasärmere Fahrzeuge zu ersetzen. Eine regelmässige Abgaskontrolle sorgt auch hier für die Einhaltung der Vorschriften. • Vermeidung von Leerfahrten. Umstellung des Transports von Gütern auf die Bahn. • Geschwindigkeitsreduktionen für Personen- und Güterfahrzeuge sollen bewirken, dass weniger Schadstoffe emittiert werden. d) Massnahmen, die die Industrie und das Gewerbe betreffen: Hier gelten dieselben Massnahmen wie bei den Feuerungen. Zusätzlich soll der Verbrauch von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) gesenkt werden. Dies kann mittels folgender Massnahmen erreicht werden: • Verteuerung oder Ersatz der VOC. • Verbilligung lösemittelarmer Produkte. • Freigesetzte VOC auffangen und in den Verarbeitungsprozess zurückführen. • Rauchgasreiniger einbauen. • Abfälle separat sammeln und rezyklieren, d.h. der Wiederverwertung zuführen. Dadurch werden Emissionen, die bei deren Verbrennung bzw. die bei der Neuproduktion des Stoffes anfallen würden, vermieden. Schülerheft 27 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ A13 Zähle zu folgenden Emittentengruppen alle Massnahmen auf, die Du kennengelernt hast. Feuerungen Personenverkehr Güterverkehr Industrie+Gewerbe 4.3. Was kann ich gegen die Luftverschmutzung tun Die Luftreinhalte-Ziele sind vorgegeben. Wie Du gesehen hast, wurden dazu Vorschriften erlassen. Sie sollen helfen, das Gemeinwohl und jeden Einzelnen zu schützen. Besser als Vorschriften sind jedoch freiwillige Massnahmen. Jeder Einzelne oder jeder Betrieb sollte dabei seine Verantwortung für eine saubere Luft wahrnehmen. Es gilt, das eigene Verhalten wo nötig zu ändern. Dies umso mehr, als heute schon absehbar ist, dass technische Vorschriften und politische Massnahmen allein nicht ausreichen, die Luftreinhalte-Ziele innert nützlicher Frist erreichen zu können. Die freiwillige Beschränkung ist deshalb nötiger denn je. Dabei kannst auch Du mithelfen. Der Vorteil ist, dass Du selbst bestimmen kannst, wie Du Dein Verhalten änderst. Es bleibt Dir überlassen, mit welchen technischen und anderen Mitteln Du das Ziel "Saubere Luft" anstreben willst. In den folgenden Abschnitten wird kurz zusammengefasst, was Du gegen die Luftverschmutzung unternehmen kannst. a) Im Verkehr: Es gilt allgemein: weniger Auto und Motorrad fahren! Wo weniger gefahren wird, entstehen auch weniger Abgase. Unnötige Fahrten solltest Du vermeiden. Geh zu Fuss oder nimm das Velo auf kurzen Strecken. Benütze das Tram und die Bahn. Solltest Du das Mofa oder das Auto trotzdem benötigen: fahre weniger schnell und gleichmässiger. Spurtbeschleunigungen wirken zwar "toll", belasten die Luft aber unnötigerweise mit zusätzlichen Schadstoffen! Stelle den Motor im Stand ab. Benütze Autos mit Katalysator. Fahrt gemeinsam: ein Auto mit vier Personen belastet die Luft weniger als vier Autos mit einer Person! b) Beim Heizen (mit Holz, Öl, Gas): Reduziere die Raumtemperatur: Wo weniger geheizt werden muss, gibt es auch weniger Abgase. Die Zimmer solltest Du im Winter nur kurz, dafür kräftig lüften. c) In der Schule: Ersetze umweltbelastende Stoffe in Deinem Schulmaterial durch emissionsärmere: Umweltschutzpapier ist wiederverwertetes Altpapier und verbraucht bei seiner Herstellung weniger Energie und Rohstoffe. Dadurch werden auch weniger Abgase erzeugt. Das gleiche gilt für andere rezyklierbare (wiederverwertbare) Stoffe. Also: mach mit beim Recycling in der Schule. Wie beim Heizen gilt auch hier: Raumtemperatur senken, nur kurz und kräftig lüften. Schülerheft 28 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ d) Zu Hause: A14 Wenn Du weniger Abfall produzierst, erzeugst Du auch weniger Schadstoffe bei dessen Verbrennung! Achte schon beim Einkaufen auf überflüssiges Verpackungsmaterial. Küchen- und Gartenabfälle, Altglas, Altpapier, Pet-Flaschen, Aluminium und Altmetall sind wiederverwertbar. Sie gehören deshalb nicht in den Abfallkübel, sondern zur Sammelstelle. Batterien, Altöl, Leuchtstofflampen und Lösungsmittel müssen separat abgegeben werden. Bei deren Verbrennung würden giftige Schadstoffe entstehen. Um die Ozonschicht in der Stratosphäre zu schützen, solltest Du auf Spraydosen mit Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) als Treibmittel verzichten. Max ist eben erst von der Schule nach Hause gekommen. Der Lehrer hat sie wieder einmal mit einem Stoss Hochweisspapier eingedeckt, den sie übers Wochenende durcharbeiten sollen. Dabei wollte er doch Skifahren gehen! Seine Eltern wollten ihm sogar das Auto geben! Er hätte grosse Lust, den ganzen Stoss Papier in den Abfallkübel zu werfen. Ihm wird heiss vor Ärger. Er reisst das Fenster in seinem überheizten Zimmer auf. Die kühle Luft tut gut. Es wird Zeit zum Abendessen. Er lässt das Fenster offen und geht in die Küche. Seine Mutter möchte, dass er die Küchenabfälle entsorgt. Er schmeisst sie in den Abfallkübel. Zu allem Unglück brennt auch noch die Neonlampe in der Küche durch! Max erklärt sich bereit, sie auszuwechseln. Die durchgebrannte Röhre landet im Abfalleimer. "So", denkt er, "dieses Abendessen habe ich mir verdient." Deine Aufgabe ist es nun, Max auf seine Versäumnisse hinzuweisen. Was hätte er tun bzw. nicht tun sollen, damit nicht noch zusätzliche Schadstoffe in die Luft gelangen? Gib Deine Antwort in kurzen Stichworten. A15 Nachfolgend siehst Du einen Auszug aus dem Anhang 7 der Luftreinhalteverordnung. Die Immissionsgrenzwerte für Schwefeldioxid und Ozon sind angegeben. Schadstoff Immissionsgrenzwert Statistische Definition Schwefeldioxid 30 µg/m3 Jahresmittelwert 100 µg/m3 95% der 1/2-h-Mittelwerte eines Jahres _ 100 µg/m3 100 µg/m3 24-h-Mittelwert; darf höchstens einmal pro Jahr überschritten werden Ozon 100 µg/m3 98% der 1/2-h-Mittelwerte eines Monats _100 µg/m3 120 µg/m3 1-h-Mittelwert; darf höchstens einmal pro Jahr überschritten werden Schülerheft 29 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ (µg = Mikrogramm; 1 µg = 0.001 mg) Welchem Zweck dient das Aufstellen von Immissionsgrenzwerten? Gib Deine Antwort in kurzen Sätzen. A16 Stell Dir vor, Du wärst in Deinem Wohnkanton zuständig für den Verkehr. Messungen haben ergeben, dass die Immissions-Grenzwerte in letzter Zeit massiv überschritten werden. Deine Verwaltungsabteilung wird vom Regierungsrat aufgefordert, Massnahmen zur Senkung der Schadstoffe vorzuschlagen. Der Regierungsrat verlangt von Dir mindestens drei Massnahmen für den Verkehr, die in relativ kurzer Zeit realisierbar sind. Welche würdest Du vorschlagen? Begründe Deine Wahl. A17 a) Notiere unter diesem Kleinbuchstaben jene Massnahmen, welche Du bereits persönlich für eine saubere Luft triffst. b) Überlege Dir unter Kleinbuchstaben b), was Du noch zusätzlich tun könntest. Stelle diese Massnahmen einander gegenüber! Massnahmen aus a) Massnahmen aus b) Schülerheft 30 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Kapitel 5 Vielleicht ist die Klimakatastrophe nur ein Märchen Ulrich Giezendanner, Transportunternehmer, SVP, hat sich unterdessen zum Klimaspezialist gewandelt und hält die Warner vor einer Klimakatastrophe für falsch informiert. «Ich kenne eine Studie, die besagt, dass die Temperaturen in den letzten zehn Jahren gesunken sind, nicht gestiegen.“ Und: «Die Natur regelt das von selbst. Das war schon immer so.» (SF1, Club, 16.2.10). Unterdessen haben sich weltweit Interessenvertreter gegen „das Märchen von der Klimakatastrophe“. formiert. Aufgrund von ein paar Fehlern in einem mehrere Tausend Seiten umfassenden Bericht des IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) wird nun arg „geschnödet“. In der Schweiz giftet der alles andere als unabhängige Avenir Suisse-Ökonom Hans Rentsch über den Fernsehkanal: “Der Weltklimarat ist eine Art Klimavatikan, der ein Evangelium heraus gibt. Sein Sammelwerk des Wissens ist die Bibel. Die Skeptiker werden verunglimpft, sie verstünden nichts von der Materie.” (SF1, Club, 16.2.10). Die „Klimaleugner“ verlangen von Al Gore eine Entschuldigung für die veröffentlichten Fehler. In der NYT vom 27. 2. 2010 nimmt Al Gore Stellung. Zu dieser Stellungnahme bearbeitest Du ein paar Fragen. Die Antworten formulierst du auf ein separates Blatt in vollständigen Sätzen: A18 A18.1 Al Gore ist eine Art Symbolfigur für den Kampf gegen die Klimaerwärmung. Er arbeitet im Auftrag von Klimaschutz-Institutionen und verdient sein Geld damit, dass sich eine Klimakatastrophe anbahnen könnte. Trotzdem behauptet er, er wäre erleichtert, wenn sich seine Warnungen als falsch herausstellen würden. a) Glaubst du ihm? b) Warum (nicht)? A18.2 Mit welchem Satz entschuldigt Al Gore Fehler im Bericht der IPPC? Zitiere den Wortlaut schriftlich. A18.3 Leuchtet dir die Entschuldigung ein? (Nur JA oder NEIN antworten) A18.4 Al Gore zerpflückt die Argumente der „Klimaleugner“. Was bringt er vor? (Stichworte genügen). A18.5 Erkläre, wie du die nachstehenden Begriffe verstanden hast: Markt-Triumphalismus / regulatorische Reformen / Markt-Fundamentalisten. A18.6 Al Gore nennt zwei Gründe, die schuld seien, dass der Klimagipfel in Kopenhagen nicht erfolgreicher war. Welche? (Ganze Sätze) A18.7 Wie könnte die NZZ-Grafik anders gemacht werden, so dass man die Veränderungen auf eine Blick sieht? Machen Sie eine skizzenhafte Darstellung einer wirkungsvollen Alternative. Text Wir können uns den Klimawandel nicht wegwünschen Al Gore2, New York Times, 27. 02. 2010 Es wäre eine enorme Erleichterung, wenn die jüngsten Angriffe auf die Wissenschaft der globalen Erwärmung tatsächlich darauf hinweisen würden, dass wir nicht vor einer unvorstellbaren Katastrophe stehen. Dies gäbe uns die Möglichkeit, auf präventive Massnahmen zum Schutz der menschlichen Zivilisation, wie wir sie kennen, zu verzichten. Natürlich, ein paar Probleme würden uns erhalten bleiben. Wir müssten weiterhin mit den nationalen Sicherheitsrisiken unserer wachsenden Abhängigkeit von einem globalen Ölmarkt, von schwindenden Reserven in den instabilen Regionen der 2 Al Gore, der Vize-President von 1993 bis 2001, ist der Gründer der Alliance for Climate Protection und der Autor des Buches "Unsere Wahl: Ein Plan zur Lösung der Klimakrise." Als Unternehmer ist er ein Anleger in alternative Energieunternehmen. Schülerheft 31 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Welt umgehen. Und dann wären da noch die wirtschaftlichen Risiken für die Entsendung hunderter von Milliarden Dollar pro Jahr ins Ausland als Gegenleistung für das Öl. Auch würden wir China trotzdem in ein Rennen jagen, das unabhängig von der Diskussion um die Klimakatastrophe stattfindet. In diesem Rennen geht es um die „intelligenten Stromnetze“, den sogenannten Smart Grids, um Schnellzüge, um Solarenergie, um die Wind-, und Geothermie und anderen erneuerbaren Energiequellen. Es geht in diesem Rennen um die wichtigsten Quellen für neue Arbeitsplätze im 21. Jahrhundert. Aber trotzdem: Eine riesige Last wäre von uns genommen. Wir würden uns nicht darum sorgen müssen, dass unsere Enkelkinder eines Tages auf uns als eine Generation zurückblicken, die sträflich, egoistisch und sorglos deutliche Warnungen ignoriert hat, als wir ihr künftiges Schicksal in unseren Händen hielten. Wir könnten uns, zusammen mit den Kritikern des Klimawandels, freuen, dass jene beharrlich geblieben sind und nun bewiesen haben, dass alle wichtigen nationalen Akademien der Wissenschaften einen grossen Fehler gemacht haben. Ich für meinen Teil, würde es mir wirklich wünschen, dass die Klimakrise eine Illusion ist. Aber leider ist die Gefahr, der wir ausgesetzt sind, real. Sie kann auch nicht nur deshalb weggewischt werden, weil man mindestens zwei Fehlern in der tausende von Seiten umfassenden sorgfältigen wissenschaftlichen Arbeit, die in den letzten 22 Jahren von einer zwischenstaatlichen Sachverständigengruppe über Klimaänderungen (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) erstellt worden ist, gefunden hat. Tatsache ist, dass sich die Krise immer noch verschärft, weil wir damit fortfahren, täglich 90 Millionen Tonnen belastende Stoffe in die Atmosphäre zu pumpen, wie wenn sie eine Abfallgrube wäre. Es ist wahr, dass die Sachverständigengruppe eine fehlerhafte Überschätzung der Schmelz-Rate von Schutt bedeckten Gletschern im Himalaya veröffentlicht und verwendet hat und ebenso wahr ist, dass die niederländische Regierung Informationen über die Niederlande geliefert hat, die ungenau sind, wie später festgestellt wurde. Darüber hinaus zeigen EMail-Nachrichten, die der University of East Anglia in Grossbritannien gestohlen worden sind, dass Wissenschaftler, eingedeckt von einem Ansturm feindlicher Arbeitsbeschaffungs-Anfragen von Klimaskeptikern, möglicherweise nicht ausreichend die Anforderungen des britischen Gesetzes zur Informationsfreiheit befolgt haben. Aber ein wissenschaftliches Unternehmen ist nie völlig frei von Fehlern. Wichtig ist, dass der überwältigende Konsens über die globale Erwärmung unverändert bleibt. Es ist auch erwähnenswert, dass das Gremium von Wissenschaftler – in gutem Glauben auf die aktuellsten Informationen – wahrscheinlich die Ausmasse des Meeresspiegel-Anstiegs in diesem Jahrhundert, die Geschwindigkeit, mit der die Eiskappe der Arktis verschwindet und die Geschwindigkeit, mit der einige der grossen Gletscher in der Antarktis und auf Grönland schmelzen und deren Eismassen ins Meer stürzen, sogar unterschätzt haben. Da diese und andere Auswirkungen der globalen Erwärmung jedoch über die ganze Welt verteilt sind, sind sie an einem bestimmten Ort schwer zu identifizieren und zu interpretieren. So war es zum Beispiel im Januar in weiten Teilen der Vereinigten Staaten ungewöhnlich kalt. Doch aus einer globalen Perspektive betrachtet, war es der zweitheissesten Januar seit vor 130 Jahren erstmals die Oberflächentemperaturen gemessen wurden. Gleichfalls war das letzte Jahrzehnt das wärmste Jahrzehnt seit überhaupt Aufzeichnungen gemacht werden. Die KlimaLeugner machen, dessen ungeachtet, geltend, dass es in den letzten zehn Jahren keine Erwärmung gegeben habe. Die schweren Schneefälle in diesem Monat wurden zum Futter für Spott jener, die behaupten, dass die globale Erwärmung ein Mythos sei, doch die Wissenschaftler haben schon seit langem darauf hingewiesen, dass die wärmeren globalen Temperaturen die Verdunstungsrate der Ozeane erhöht habe. Das heisst also, dass bei höheren Temperaturen mehr Feuchtigkeit aus den Ozeanen in die Atmosphäre gelangt. Dies führt in gewissen Regionen, z. B. im Nordosten der Vereinigten Staaten, zu höheren Regen- und Schneemengen. So, wie ist es wichtig ist, den Wald vor lauter Bäumen nicht zu übersehen, sollten wir das Weltklima nicht wegen eines Schneesturms aus den Augen verlieren. Hier sei aufgelistet, was die Wissenschafter zu unserem Klima herausgefunden haben: Die vom Menschen produzierten Schadstoffe fängt die Wärme der Sonne in der Atmosphäre ein, was die atmosphärischen Temperaturen steigen lässt. Diese Schadstoffe - vor allem Kohlendioxid - nehmen parallel mit der Zunahme der Verbrennung von Kohle, Erdöl, Erdgas und der Wälder zu. Die Temperaturen steigen. Fast alle eisbedeckten Flächen der Erde schmelzen und die Meere steigen. Die Hurrikane werden voraussichtlich stärker und destruktiver, obwohl ihre Zahl sich voraussichtlich verringern wird. Die Dürreperioden werden immer länger und die Dürre dringt tiefer in vielen Regionen des mittleren Kontinents ein. Andererseits steigen die Zahl und die Schwere von Überschwemmungen. Die Vorhersehbarkeit der saisonalen Niederschläge und Temperaturen wird schwieriger, was eine ernste Bedrohung für die Landwirtschaft darstellt. Das Artensterben in Tier- und Pflanzenwelt beschleunigt sich auf ein gefährliches Niveau. Schülerheft 32 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Trotz beeindruckender Anstrengungen vieler Geschäftsleute, Hunderter von Millionen von Individuen und Familien in der ganzen Welt, von zahlreichen nationalen, regionalen und lokalen Regierungen scheitert unsere Zivilisation kläglich bei der Reduktion der Emissionen. Im Gegenteil: die Emissionen nehmen weiter zu. Und trotz der Bemühungen Präsident Obama's am Kopenhagener Gipfel im Dezember, haben die Anführer dieser Welt es nicht geschafft, mehr zu entscheiden, als "zur Kenntnis zu nehmen", dass man handeln müsse. Weil die Welt auf die Führungsrolle der Vereinigten Staaten vertraute, war das Versagen des Senats bei der gesetzlichen Limitierung der amerikanischen Emissionen vor der Tagung in Kopenhagen ein fatales Zeichen. Es bewirkte welches, dass das Ergebnis weit hinter dem notwendige Mindestmass zurückblieb und dass eine sinnvolle Lösung verhindert wurde. In Washington macht sich eine politische Lähmung schmerzlich bemerkbar. Sie hat bisher verhindert dass der Senat die notwendigen Massnahmen beschloss – nicht nur beim Klima und in der Energiepolitik. Auch bei der Reform des Gesundheitswesens, bei der Reform der Finanzaufsicht und bei einer Reihe von anderen drängenden Fragen fehlen die nötigen Rechtsvorschriften. Dieser Zustand erzeugt schmerzhafte Kosten. China, heute die weltweit grösste und am schnellsten wachsende Quelle jener Verschmutzung, die an der Klimaerwärmung schuld ist, hatte anfangs des letzten Jahres signalisiert, dass man einem wirksamen Vertrag beitreten würde, wenn die Vereinigten Staaten ihrerseits ein wirksames Gesetz verabschieden würden. Der Senat versäumte es, dem Abgeordnetenhaus zu folgen und zwang den Präsidenten nach Kopenhagen zu gehen, ohne ein neues Gesetz in der Hand. Natürlich sträubten sich nun die Chinesen. Weil aber die beiden grössten Verschmutzer sich weigerten zu handeln, lähmten sie dadurch die Weltgemeinschaft. Einige Analysten bezeichnen das Versäumnis von Kopenhagen allerdings eher als Folge eines Konstruktionsfehlers. Der Handel mit Emissionszertifikaten3 (Cap-and-Trade-Ansatz) sei zu unhandlich und schwer umzusetzen. Darüber hinaus meinen diese Kritiker, die Finanzkrise, die im Jahr 2008 begann, hätte weltweit das Vertrauen in marktbasierte Lösungen erschüttert. Aber es gibt zwei grosse Probleme bei dieser Kritik: Erstens gibt es keine unmittelbar erkennbare Alternative, die politisch umsetzbar wäre. Es ist schwierig, sich eine weltweit harmonisierte Kohlendioxid-Steuer oder eine koordinierte multilaterale Regulierung vorzustellen. Eine Politik, welche die Flexibilität eines globalen Marktes zulässt – ergänzt durch Regulierung und durch aufwandneutrale steuerpolitische Massnahmen ist die Option, welche weitaus die beste Aussicht auf Erfolg hat. Die Tatsache, dass sie extrem schwierig ist, bedeutet nicht, dass wir den Gedanken einfach aufgeben sollen. Zweitens sollten wir uns keine Illusionen machen über die Schwierigkeit und den Zeitaufwand um den Rest der Welt davon zu überzeugen, einen völlig neuen Ansatz zu verfolgen. Weitere Verzögerungen bedeuten, dass wir Bedingungen schaffen würden, welche die grossen und zerstörerischen Folgen unvermeidlich machen – schon lange bevor ihre schrecklichen Erscheinungen wie Umsiedlung von hunderten von Millionen Klima-Flüchtlingen, Unruhen, Chaos, Zusammenbruch der Regierungen in vielen Entwicklungsländern, grosse Missernten und Ausbreitung tödlicher Krankheiten sich zeigen. Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass die Vereinigten Staaten in ihrer Untätigkeit nicht allein sind. Globale politische Lähmung hat bisher auch nicht nur die Klimapoilitik ergriffen, sondern auch den Handel und andere drängende Fragen, die internationale koordinierte Massnahmen erfordern würden. Die Gründe dafür sind in erster Linie wirtschaftlicher Natur. Die Globalisierung der Wirtschaft, verbunden mit der Auslagerung von Arbeitsplätzen aus den Industrieländern, hat gleichzeitig erhöhte Ängste vor einer weiteren Verlust von Arbeitsplätzen in der industriellen Welt erzeugt und erzeugt zunehmend Erwartungen in den Schwellenländern. Das Ergebnis? Verschärfte Opposition, gegen jede Einschränkung bei der Verwendung von kohlenstoffbasierten Brennstoffen, die unsere wichtigste Energiequelle bleiben – sowohl in den Industrie- als auch in den Entwicklungsländern. 3 Die Grundidee für den Emissionsrechtehandel wurde 1968 von dem kanadischen Ökonomen J. H. Dales in seinem Buch Pollution, Property and Prices dargestellt (…). Dales schlug vor, einen Markt für Verschmutzungsrechte einzurichten, um Gewässerverschmutzung durch Industrieabwässer zu begrenzen. Das revolutionär Neue an dieser Idee war, dass die Politik eine konkrete Obergrenze der Gesamtemission als Umweltziel direkt vorgeben kann. Dafür muss zuerst eine Obergrenze für bestimmte Emissionen (z. B. Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Stickoxid) innerhalb eines konkreten Gebiets (regional, national, international) und eines konkreten Zeitraums (z. B. Kalenderjahr) politisch festgelegt werden. Dann werden (…) sogenannte Umweltzertifikate ausgegeben, die zur Emission einer bestimmten Menge berechtigen. Wird z. B. für eine bestimmte Region eine Obergrenze von 100 Millionen Tonnen Kohlendioxid innerhalb eines Jahres festgelegt, so werden Zertifikate, die insgesamt zur Emission von 100 Millionen Tonnen Kohlendioxid berechtigen, ausgegeben. Diese Obergrenze kann in den folgenden Jahren schrittweise gesenkt werden. Da diese Zertifikate frei handelbar sind, wird der Preis für diese Zertifikate durch die Nachfrage bestimmt. Emissionen, die ohne Emissionsrecht erfolgen, werden mit einer Strafe belegt. Im englischen Sprachgebrauch spricht man auch von cap and trade. Schülerheft 33 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Der klare Sieg des demokratischen Kapitalismus über den Kommunismus in den 1990er Jahren führte weltweit zu einer philosophischen Dominanz der marktwirtschaftlichen Ideen und zur Illusion einer unipolaren Welt. Es führte auch in den Vereinigten Staaten zu einer hybriden "Blase" eines Markt-Fundamentalismus. Die Gegner regulatorischer Beschränkungen wurden bei ihrem aggressiven Versuch ermutigt, die Grenze zwischen der Sphäre der Demokratie und der Markt–Sphäre zu verschieben. Märkte würden die meisten Probleme effiziener lösen, argumentierten sie. Gesetze und Verordnungen seien Eingriffe in die Vorgänge des Marktes und würden ausserdem den Geruch des diskreditierten staatlichen Gegners tragen, der gerade besiegt worden war. Diese Periode des Markt-Triumphalismus fiel zusammen mit der Bestätigung durch die Wissenschaftler, dass die früheren Befürchtungen über die globale Erwärmung grob unterschätzt worden seien. Aber der politischen Kontext, in dem die KlimaDebatte Gestalt annahm, war stark durch die Ansichten der Markt-Fundamentalisten bestimmt, welche sich gegen jede bestehende Beschränkungen wendeten. Sie spotteten über Mahnungen, dass globale Zwänge erforderlich wären, um die gefährliche Verschmutzung der Atmosphäre und somit die globale Erwärmung zu stoppen. Im Laufe der Jahre, als die Wissenschaft immer klarer durchblickte, verschanzten sich einige Branchen und Unternehmen, deren Geschäft von der hemmungslosen Verschmutzung der Atmosphäre abhängig war, immer mehr. Deren Vertreter bekämpften die mildesten Verordnungen ebenso wild, wie damals die Tabakunternehmen, welche vier Jahrzehnte lang jede Beschränkung der Vermarktung von Zigaretten bekämpfte, nachdem die Wissenschaft den Zusammenhang zwischen Zigarettenrauchen und der Erkrankungen von Lunge und Herz bestätigt hatte. Gleichzeitig verliehen Veränderungen im politischen System der USA – unter anderem die Verdrängung von Zeitungen und Zeitschriften durch das Fernsehen als wichtigstes Medium der Kommunikation – starke Vorteile den vermögenden Verfechtern des ungezügelten Marktes. Die Befürworter der gesetzlichen und regulatorischen Reformen wurden im gleichen Masse geschwächt. Einige der neuen Medien beschäftigen regelrechte Showmen, getarnt als politischer Denker, die Hass und Zwietracht als Unterhaltung tarnen. Wie vergangenen Zeiten bewiesen haben, ist dies ein starkes Gift für die Venen des politischen Körpers. Diese Leute hängen jedem Vorschlag gegen ausbeuterisches Verhalten das Label "sozialistisch" an und wollen so jede Reform abblocken. Aus der Sicht der Staatsführung steht einiges auf dem Spiel. Es geht darum, ob wir die Möglichkeit behalten, die Kraft des Gesetzes als ein Instrument der menschlichen (demokratischen) Problemlösung zu benützen. Nach all dem vielen, was gesagt und nach dem wenigen was getan wurde, muss die Wahrheit über die Klimakrise - unbequem wie eh und je – klar geäussert werden. Der Weg zum Erfolg ist noch offen aber wir werden alles aufwenden müssen, zu was wir fähig sind. Es beginnt mit der Möglichkeit, dass die USA ein Gesetz erlassen, welches die Abgaben für die Verschmutzung der Atmosphäre regelt. Das Repräsentantenhaus hat, mit Unterstützung einiger Republikaner, bereits ein Gesetz verabschiedet, welches erste Schritte zur Eindämmung der Treibhausgas-Emissionen in die Wege leitet. Noch diese Woche werden die Senatoren John Kerry, Lindsey Graham und Joe Lieberman einen Gesetzesvorschlag zum Emissionshandel (cap-and-trade-Gesetzgebung) vorstellen.Ich hoffe, dass damit eine wirksame Massnahme gegen den Kohlendioxidausstoss beschlossen und und dass ein Anreiz für die rasche Entwicklung von kohlenstoffarmen Energiequellen geschaffen wird. Wir haben vor, eine existentielle Bedrohung zu überwinden. Winston Churchill wird allgemein mit dem Satz zitiert: "Manchmal ist es nicht genug, Ihr Bestes zu tun. Manchmal müssen Sie tun, was erforderlich ist." Jetzt ist die Zeit dazu gekommen! Volksvertreter müssen tun, was erforderlich ist, und die Öffentlichkeit muss verlangen, dass sie dies tun - oder sie müssen ersetzt werden. Quelle: NZZ am Sonntag vom 7. 3. 2010 Schülerheft 34 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Schlusswort Herzliche Gratulation! Du bist am Ende des Leitprogramms angelangt und damit ein kleiner Experte in Sachen Luftverschmutzung geworden. Sicher wirst Du die komplexe Problematik der Luftverschmutzung jetzt mit andern Augen betrachten. Du bist nun fähig, die durch die Massenmedien täglich verbreiteten LuftInformationen kritisch zu beurteilen und selber "luftschonender" zu handeln. Gib Dein Wissen weiter und erkläre interessierten Freunden und Nachbarn die Zusammenhänge. Probleme wie Treibhauseffekt, Ozonloch, Waldsterben, Smogalarm können leider nicht von heute auf Morgen aus der Welt geschaffen werden. Durch die Prozessverständnisse, die Du beim Durcharbeiten dieses Leitprogramms gewonnen hast, kennst Du aber die Ursachen und Wirkungen der Vorgänge. Mit diesem Verständnis kann die Luftverschmutzung zumindest gebremst und gezielte Änderungen unserer Lebensweise in Angriff genommen werden. http://www.toonpool.com/cartoons/Knuts%20Scholle_67383#img9 Schülerheft 35 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ANHANG Abb. 2-2 Abb. 2-3 Schülerheft 36 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Anhang: Grafiken 4-7 und 4-8 Abb.4-7: Modellsimulation des durchschnittlichen globalen Temperaturanstieges von 1850 - 2100. (Houghton et al. 1990, xxii). Die Berechnungen von 1850 - 1990 beruhen auf der beobachteten Konzentrationszunahme der Treibhausgase in der Atmosphäre. Die Voraussage des Temperaturanstieges von 1990 - 2100 basiert auf dem Business-as-Usual-Szenario. best estimate = geschätzter mittlerer Temperaturanstieg low estimate = niedrige Schätzung high estimate = hohe Schätzung Abb.4-8: Prognostizierter Meeresspiegelanstieg unter Annahme des Business-as-Usual-Szenarios. (Houghton et al. 1990, xxx) best estimate = geschätzter mittlerer Temperaturanstieg low estimate = niedrige Schätzung high estimate = hohe Schätzung Schülerheft 37 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Glossar zur Klimaerwärmung 2. Hauptsatz der Thermodynamik Wärme fließt immer vom wärmeren zum kälteren Körper 18 Sauerstoffisotop, das als Maß für die Temperatur verwendet wird. Das Verhältnis der stabilen Isotope 18O und 16O in den Meeren und der Atmosphäre ist eine Funktion der Temperatur. Wassermoleküle mit dem leichteren 16O verdampfen schneller als die mit dem schwereren 18O. In Schnee und Eis wird ein kleineres Verhältnis als in Meerwasser gefunden. Deshalb reflektieren die Verhältnisse in den Eisbohrkernen die Temperatur der Atmosphäre im Lauf der Zeit. Absorption Aufnahme von elektromagnetischer Strahlung durch Atome und Moleküle. Dabei werden Elektronen in einen angeregten Zustand gehoben. Aerosol fein verteilte Tröpfchen einer Flüssigkeit in der Luft angeregter Zustand energiereicher Zustand eines Teilchens durch Energieaufnahme Aquifere wasserführenden Schichten im Boden Svante Arrhenius spekulierte, ob die mittlere Erdtemperatur, die er auf +15°C schätzte von wärmeabsorbierenden Gasen wie CO2 abhängig sei. Arctic- Ocean-Modell Ist der arktische Ozean gefroren wie heute, verhindert er die Verdunstung des Wassers in die Atmosphäre und dessen Rückkehr als Schnee. Wenn dann weniger Schnee vorhanden ist um die arktische Eiskappe wiederaufzufüllen schrumpft diese. Dies ist wahrscheinlich der Grund für die derzeitige Situation. Schmilzt die Eiskappe, wenn sich die Erde erwärmt, öffnet sich wieder der arktische Ozean. Dadurch kann mehr Strahlung absorbiert werden und die Temperatur steigt weiter (=Albedo/Temperatur feedback loop) . Irgendwann ist dann wieder genügend Wasser für die Verdunstung da und das Wasser kommt als Schnee wieder zurück, die Eiskappe vergrößert sich wieder. Azidose/Alkalose Übersäuerung bzw. Überschreitung des normalen Blut-pH-Wertes von 7,4 Blutpuffer Stoffe, die im Blut H+-Ionen abfangen wie z.B. HCO3-. Bodenatmung Zellatmung der Bodenlebewesen Ludwig Boltzmann James Clerk Maxwell (1831-1879) und Ludwig Boltzmann (1844-1906) entwickelten eine Theorie, die beschreibt, wie sich Teilchen in einem idealen Gas bewegen: die Kinetische Gastheorie. CO2-Begasung Erhöhung der CO2-Konzentration in einem Gärtner-Treibhaus Dodekaeder geometrische Figur mit 12 Flächen; 12- Flächner dynamisches Gleichgewicht = umkehrbare Reaktion mit Hin und Rückreaktion Eisbohrkerne zylindrische Säulen als Ergebnis von Eisbohrungen elektromagnetische Strahlung elektromagnetische Strahlung ist eine Form des Energietransfers über elektromagnetische Wellen. El Niño Wird die zyklische Erwärmung des Ostpazifischen Meeres gestört, führt das zu bedeutenden Wetteränderungen in den USA und weltweit. Man nennt dies El Niño. Dies tritt dann auf, wenn warmes Wasser vom Äquator Richtung Südamerika einströmt und das kalte Wasser des Humboldt Stroms ersetzt und zu einer Unterbrechung des Verdunstungsprozesses führt. Emission Abstrahlung von Energie durch ein Atom oder Molekül Fourier, Jean Baptiste spekulierte als erster über die Existenz eines wärmenden atmosphärischen Effekts vor, die die Erde wärmer hielt als sie sonst wäre. Man schreibt im die Erfindung des Begriffs Treibhauseffekt zu. geothermische Wärme Wärme aus der Erde; heiße Quellen usw. Geschwindigkeitsverteilung alle Geschwindigkeiten der Teilche eines Mediums aufgelistet nach Größe Gesteinszyklus jahrmillionenlanger zyklischer Vorgang der Umbildung von Gesteinen; Durch die Kollision der Platten werden Gebirge gebildet. Durch Verwitterung gelangen bestandteile wie Sandkörner, Lehm und Kalkstein in die Flüsse und Meere. Dort sinken Sie an den Boden, bilden Sediment, das von den marinen wirbellosen Organismen aufgenommen wird und in deren Kalkschalen gespeichert wird, die beim Tod wieder O Schülerheft 38 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Sediment bilden. Gleichgewichtskonstante Dynamische Gleichgewichtsreaktion besitzen Hin und Rückreaktion. Für diese kann nach dem Massenwirkungsgesetz eine Gleichgewichtskonstante formuliert werden. Die Gleichgewichtskonstante fürdas Lösungsgleichgewicht von CO in Wasser ist : K = p(CO2)/c(CO2). Global Warming Als Global Warming wird die aktuelle Erwärmung der Erde (Erdatmosphäre) bezeichnet. Erwärmung der Erde durch gesteigerte Sonnenaktivität oder größere Nähe zur Sonne; Harnstoffzyklus Harnstoff wird in der Leber der meisten Landwirbeltiere im sogenannten Harnstoffzyklus gebildet. Henrysche Konstante Gleichgewichtskonstante der Wasserlöslichkeit von CO2 CO2 + H2O ----> H2CO3 ----> H+ + HCO3- ----> 2 H+ + CO32H2CO3 + CaCO3 ----> Ca(HCO3)2 = Kalziumbicarbonat bzw. H+ + HCO3- + CaCO3 ----> Ca2+ + 2 HCO3- Kalkgleichgewicht Kalziumcarbonat = Kalk Keeling, David David Keeling baute eine CO2-Meßstation auf einem Lavafeld eines aktiven Vulkans in Hawaii a (siehe Mauna Loa Meßstation) und sammelte zunächst bis 1970 Meßdaten, die dann veröffentlicht wurden und als Keeling-Kurve in die Klimageschichte eingingen. Kirchhoff, Gustav begründete die Spektralanalyse, formulierte die Kirchhoffschen Strahlungsgesetze und definierte den schwarzen Körper als optimal absorbierendes und emittierendes Gebilde. Kirchhoffsches Gesetz Das Kirchhoffsche Gesetz stellt den Zusammenhang zwischen einem schwarzen Strahler und einem realen Strahler her. kinetische Energie = Bewegungsenergie kinetische Gastheorie (Ideale) Gase bestehen aus sich bewegenden Gasteilchen, dern Eigenschaften man berechnen kann kleine Eiszeit ca. 1600- 1700, ca. 1-2° kälter als heute Kohlensäure CO2 löst sich wegen des pH von ca. 8 viel besser in Meerwasser als im Süßwasser. Dabei geschieht u.a. die Reaktion zu Kohlensäure: CO2 + H2O ----> H2CO3 (Kohlensäure) ca. 1% Kohlenstoffzyklus zyklische Umwandlung von Kohlenstoff in seine verschiedneen Erscheinungsformen (CO2, CaCO3, usw.) in der Lithosphäre Kontinentalverschiebung die Platten der Erdkruste bewegen sich langsam auf der plastischen Asthenosphäre Lake Nyos Die Ausgasungen ( 2,3 Mt/Jahr) am Kratersee Lake Nyos, Kamerun, Afrika töteten 1986 mehr als 1700 Menschen. Ein künstliches Ausgasungsprojekt der UNESCO schaffte Abhilfe. LeChatelier Stellte für dynamische Gleichgewichte Prinzipien auf, nach den eine Störung des Gleichgewichts verläuft Linienspektren Spektren von fehlenden Wellenlängen in einem Absorptionspektrum Lithosphäre Erdkruste, oberste Erdschicht, 75-250 km dick, besteht aus Platten Lithosphären/Plattenzyklus Durch Subduktion wird Erdkruste in di Asthenosphäre geschoben deren Mterial durch Vulkaneruptionen samt GAse wieder an die Oberfläch gelangt. Durch das "Sea-floorspreading" an den ozeanischen Rissen wird durch den Austritt von AsthenosphärenMaterial die durch Subduktion verlorengegangene Kruste wieder ersetzt. Dieser Zyklus der Platten samt Sediment wird Lithosphären/Plattenzyklus genannt. Lösungsgleichgewicht dynamische Lösung und Ausgasung von Gasen in Flüssigkeiten relative Luftfeuchtigkeit Die relative Luftfeuchtigkeit ist das Verhältnis der tatsächlichen Dampfdichte zur Sättigungsdichte. Schülerheft 39 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Mammoth Mountain Am Horseshoe Lake, Mammoth Mountain USA wurden so hohe CO2-Ausgasungen gemessen, daß die Bäume rund um den See eingingen. Massenwirkungsgesetz Gesetz zur Bestimmung der Gleichgewichtskonstanten bei dynamischen Reaktionen Maxwell, James Clerk James Clerk Maxwell (1831-1879) und Ludwig Boltzmann (1844-1906) entwickelten eine Theorie, die beschreibt, wie sich Teilchen in einem idealen Gas bewegen: die Kinetische Gastheorie. Mesosphäre Mesosphäre: Vermischungszone, mittlere Schicht der Erdatmosphäre Milankovitsch-Zyklen Dies sind zyklische Änderungen der Wärme auf der Erde verursacht durch zyklische Änderungen des Abstandes der Erde zur Sonne. Der serbische Astrophysiker Milutin Milankovitch lieferte 1941 Formeln zur Berechnung dieser zyklischen Vorgänge, die 35 Jahre später bewiesen wurden. mittelalterliche Warmzeit ca. 900 - 1350, damals war es etwa 2-4° wärmer als heute nichtvulkanische Bodenausgasung Die Emissionen der Vulkane, die meist mit 0,6 GT C/Jahr angegeben wird entsprechen kaum der Realität, da bis heute erst 24 von ca. 550 aktiven Vulkanen vermessen sind und die Bodenausgasungen um die Vulkane kaum berücksichtigt sind. Hinzu kommen die nichtvulkanischen Ausgasungen, die noch höher sind. Allein die gemessenen Bodenausgasungen in Süditalien von Neapel bis Sizilien betragen in Form von CO2 ca. 0,4 x 108 Tonnen/Jahr. Max Planck Max Planck (1858 - 1947) revolutionierte die Physik mit der Quantentheorie (Nobelpreis 1918) und stellte neben vielen anderen Erkenntnissen das Strahlungsgesetz für schwarze Körper auf. Plattentektonik = Kontinentalverschiebung Plinianische Eruption Plinianische Eruptionen sind grosse, explosive Ereignisse, die gewaltige, dunkle Aschewolken bis in die Stratosphäre (also mindestens 11km hoch) ausschleudern.) Polarlichter Polarlichter entstehen durch die Wechselwirkung zwischen dem Erdmagnetfeld und geladenen Teilchen von der Sonne, dem Sonnenwind Proxy-Daten Um Klimadaten der Vergangenheit zu erhalten, greift man auf sogenannte Proxydaten zurück. Diese erhält man durch die Analyse natürlicher klimaabhängiger Vorgänge wie: Jahresringe von Bäumen, Eisbohrkerne, fossile Pollen, marine Sedimente, Korallen und historische Daten. Quantensprung Geschieht genau die Aufnahme eines Quants, werden die Elektronen eines Atoms auf eine energiereichere Bahn angehoben (n=1,2,3..) (=Quantensprung). RUBISCO Enzym, das CO2 an Ribulose-1,5-Diphosphat bindet schwarzer Strahler Man bezeichnet eine Gaswolke oder einen Stern im Weltraum bzw. ein Wärmestrahlung abgebendes Objekt als schwarzen Strahler, wenn sein Emissionsgrad nahezu 1.0 ist Sonnenflecken Die Oberflächentemperatur der Sonne variiert cyklisch durch das Auftreten magnetischer Stürme. Während des Ablaufs solcher Stürme ist die Temperatur dort um ca. 2000°C geringer, es treten Sonnenflecken auf, der Bereich ist dunkler. Sonnenwind Aufgrund der hohen Temperatur der Sonnenkorona können die in ihr enthaltenen Teilchen eine so hohe Geschwindigkeit erreichen, dass sie dem Gravitationsfeld der Sonne entfliehen. Das Gas, das auf diese Weise aus der Sonne austritt, wird als Sonnenwind bezeichnet. Sättigungsdampfdruck In einem geschlossenen Gefäß geschieht die Verdampfung so lange, bis ein Gleichgewicht zwischen der Anzahl Moleküle, die die Flüssigkeit verlassen und der die wieder eintreten herrscht. Diesen Zustand bezeichnet man als gesättigt und der Dampfdruck in (mmHg) wird Sättigungsdampfdruck genannt. Stefan/Boltzmannschen Gesetz Stefan/Boltzmannschen Gesetz (schwarzer Körper): E=sT4. Strahlungstemperatur Temperatur nach dem Stefan/Boltzmannschen Strahlungsgesetz bei der eine Abstrahlung möglich ist Strahlungsspektrum Das Strahlungsspektrum ist die Verteilung der Strahlungsenergie über verschiedene Wellenlängen. Stratosphäre 2. unterste Schicht der Atmosphäre; Bereich der Ozonbildung durch Absorption der UVStrahlung ( 11-50 km Höhe) Subduktion untereinander sich schiebende Kontinentalplatten (= Subduktion) Schülerheft 40 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Thermosphäre oberste Schicht der Erdatmosphäre. O2-Moleküle absorbieren die kurzwellige Sonnenstrahlung was zur Temperaturerhöhung führt Troposphäre unterste Schicht der Atmosphäre (0 -11 km) John Tyndall baute das erste Differenzspektrometer und bewies die Behauptung Fouriers, daß Gase in der Atmosphäre die Wärme absorbieren können. Verweildauer In den angeregten Zuständen verweilen die Elektronen kurze Zeit (typischerweise 10-6 bis 10-9) Sekunden. Vibrationsenergie Anregungsenergie eines Moleküls bei der Teile des Moleküls schwingen Vukaneruption Ausbruch eines Vulkans Wärme Teilchenbewegung Wärmeleitung Weitergabe der Energie der Teilchen durch Zusammenstoß Wärmestrahlung IR-Strahlung die sich bei Absorption in Wärme umwandelt Wärmeströmung (Konvektion) Bewegung von Teilchenmengen unterschiedlicher Dichte Wiensches Verschiebungsgesetz Man stellt fest, daß sich das Strahlungsmaximum bei höheren Temperaturen zu niedrigeren Wellenlängen verschiebt. Zellatmung Stoffwechselvorgang
