|
Belegarbeit-Globale Umweltprobleme als Folgen gestörter Ökosysteme- Klimaentwicklung - Referat
Belegarbeit-Globale Umweltprobleme als Folgen gestörter Ökosysteme- Klimaentwicklung
Klimaentwicklung
1. Atmosphäre
1.1. Begriffserklärung Atmosphäre
Die Atmosphäre ist ein Gemisch aus Gasen, das einen Himmelskörper umgibt, dessen Gravitationsfeld stark genug ist, um die Gase vom Entweichen abzuhalten. Allgemein bezeichnet man damit die Lufthülle der Erde.
1.2. Bestandteile der Atmosphäre
Restbestandteile sind Wasserdampf, der von Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit abhängt, Wasserstoff, Ozon, Methan, Kohlenstoffmonoxid, Helium, Neon, Krypton und Xenon.
1.3. Entwicklung der Atmosphäre
Die Atmosphäre entstand vor ca. 4,5 Milliarden Jahren aus Vulkanausbrüchen, die Wasserdampf, Kohlendioxid, Schwefeloxid und Stickstoff, aber kaum Sauerstoff in die Umwelt schleuderten. Man nimmt an, dass die heutige Atmosphäre aus Kondensationen der Meere entstand, die sich nach der Abkühlung durch Absinken des Wasserdampfes bildeten. Ein Teil des Kohlendioxids (CO2) löste sich in den Meeren auf und es entstanden primitive Lebewesen, die durch Photosynthese Sauerstoff erzeugten. Der andere Teil des CO2 reagierte mit dem Felsengestein auf der Erde und erzeugte karbonhaltige Mineralien. Der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre erhöht sich immer mehr, sodass er vor 570 Millionen Jahren zur Entwicklung der Wassertiere und vor ca. 400 Millionen Jahren für Landtiere ausreichte.
1.4. Aufbau der Atmosphäre
1
Troposphäre: Sie ist die unterste Schicht, in der das sogenannte ,,Wetter" stattfindet. Es ist die dünnste Schicht, nur ca. 8- 17 km dick, je nach Region, trotzdem befinden sich hier 75-90 % der oben genannten Bestandteile der Atmosphäre. Hier nehmen die Temperaturen um ca. 5°C pro km ab.
Stratosphäre: Die Temperatur steigt hier anfangs nur sehr langsam an, nimmt jedoch sprunghaft in der Ozonschicht zu. Sie ist ca. 40 km dick und schließt sich der Tropopause an, die die Troposphäre von der Stratosphäre trennt. In der Stratosphäre befinden sich rund 90% des Gesamtozons und davon ca. ¾ in der Ozonschicht.
Die Ozonschicht bewirkt schützt das Leben auf der Erde vor ultravioletter Strahlung (UV-Strahlung), die Krebs verursachen können. Auf der Erde würde diese Menge an Ozon die Gesundheit der Menschen stark gefährden.
Mesosphäre: Sie reicht von 50 km bis 100 km und ist als die kalte Schicht bekannt, da hier die Temperatur und der Luftdruck drastisch sinken. Das UV- Licht ist hier so stark, dass ein Mensch sich hier schwerste Verbrennungen zuziehen würde. Über dieser Schicht liegt die Mesopause, in der sich Natrium- Atome, durch die hier verglühenden Meteoriten, befinden.
Über der Mesosphäre beginnt das, was wir das Weltall nennen.
2. Klima
2.1. Begriff Klima
(gr.), Zusammenfassender Begriff für die Gesamtheit der atmosphärischen Zustände und Erscheinungen, die an einem bestimmten Ort oder in einer bestimmten Gegend während längerer Zeiträume beobachtet worden sind. Charakterisiert wird das Klima durch Mittelwerte, Extremwerte, Streuungen und Häufungen der meteorologischen Elemente. Es wird in erster Linie durch die geographische Breite (Klimazonen), die Verteilung von Land und Meer, durch Oberflächenform und die Höhe des Beobachtungsortes bestimmt. Klimaschwankungen können durch natürliche Faktoren (zum Beispiel Änderung der Sonneneinstrahlung und der Meeresströmungen) oder durch den Eingriff des Menschen hervorgerufen werden, vor allem durch Abholzung der tropischen Regenwälder und die durch Umweltverschmutzung bedingte Veränderung der chemischen Zusammensetzung der Luft. Treibhauseffekt, Ozonloch.2
Die Klimaforschung bezieht sich auf Statistiken, die durch die ständigen Wetterbeobachtungen auf Meteorologiestationen erfasst werden. Dabei ist die Größe des untersuchten Gebietes wichtig. Man unterscheidet:
Makroklima: Klima großer Gebiete, für die Einteilung in Klimazonen
Mesoklima: kleinerer abgegrenzter Raum, z.B. ein Land
Mikroklima: Klima der bodennahen Luftschichten, zur Bestimmung, wie
eine Landschaft optimal genutzt werden kann.
Das Klima hat direkte Auswirkungen auf das Leben der Erde: z.B. für Fruchtbarkeit, Wachstum, Gesundheit oder Krankheit eines Lebewesens.
2.2. Klimazonen
Klimazonen sind großräumige Gebiete, in denen das Klima relativ einheitlich ist. Wichtige Faktoren für die Zusammenfassung von Gebieten zu einer Klimazone sind u.a.. Temperatur und Niederschlag, sowie die Auswirkung des Klimas auf Vegetationen und Tierarten und die Berücksichtigung der Zirkulationen in der Stratosphäre und Troposphäre.
Einteilung der Klimazonen, auf Grund der Temperatur
Tropisch: Temperaturmittelwerte von monatliche und jährlich über 20°C
Subtropisch: 4-11 Monate über 20 °C, Jahresmittelwert 10°C- 20°C
Gemäßigt: 4-12 Monate 10°-20°C, sonst niedrigere Temperaturen
Kalt: 1-3 Monate 10°C- 20°C, sonst niedrigere Temperaturen
Polar: Temperaturmittelwerte von ganzjährig unter 10°C
Einteilung der Klimazonen auf Grund des Niederschlages
Äquatorial: Regen zu allen Jahreszeiten
Tropisch: Niederschläge im Sommer, trockene Winter
Semiarid-tropisch: leichte Niederschläge im Sommer
Arid: trocken zu allen Jahreszeiten
Trocken-mediterran: leichte Winterregen
Mediterran: Niederschläge im Winter, trockene Sommer
Gemäßigt: Niederschläge zu allen Jahreszeiten
Polar: geringe Niederschläge zu allen Jahreszeiten
Bewährte Aufteilung
Da die anderen Aufteilungen der Klimazonen nach Temperatur oder Niederschlägen zu ungenau sind hat sich die nachfolgende Aufteilung nach Vegetationszonen bewährt.
3
2.3. Klimafaktoren
Mit den Klimafaktoren kann man das tatsächliche Klima eines Ortes unter Berücksichtigung seiner Beschaffenheit genauer bestimmen kann. Solche Klimafaktoren sind z.B. Land- Meer- Verteilung, Meeresströmung, Relief, Höhenlage, Bodenbeschaffenheit, Hangneigung, Exposition, Bewuchs, Bebauung, Siedlungsdichte.
2.4. Strömung in der Atmosphäre
Vereinfacht kann man sich die Strömungen in der Atmosphäre folgendermaßen vorstellen: Warme Luft steigt in den äquatorialen Regionen auf, bewegt sich in der Höhe polwärts und sinkt über den Polargebieten wieder ab. Dadurch stehen die Regionen am Äquator meist unter Tiefdruckeinfluss, und es weht ein schwacher, äquatorwärts gerichteter Wind. Dieser Zustand wird oft durch intensive Konvektionsbewölkung in Verbindung mit schauerartigen Niederschlägen unterbrochen. An den Polen jedoch sinkt die Luft ab. Dies führt dort zur Entstehung von Hochdruckgebieten, aus denen trockene, kalte Polarwinde strömen.
Doch dieses einfache Bild wird durch die Erddrehung kompliziert. Sie führt zur Ablenkung des nördlichen und südlichen Luftkreislaufes, wodurch sowohl tropische als auch polare Windströmungen meist als Ostwinde auftreten. Auf jeder Erdhalbkugel bilden sich zwei Zwischengürtel, so liegt in den Bereichen um 30 Grad nördlicher sowie südlicher Breite ein Hochdruckgürtel, in dem die Luft absinkt, sich verteilt und in Richtung des tiefen Druckes, also zum Äquator hin fließt. Auf der Nordhalbkugel wehen beständig Passatwinde aus nordöstlicher Richtung, auf der Südhalbkugel Passatwinde aus südöstlicher Richtung.
Hochdruckgebiete sind einerseits durch Trockenheit auf dem Festland charakterisiert, andererseits jedoch aufgrund der Verdunstung durch Ansammlung von Feuchtigkeit über den Meeren gekennzeichnet. Wenn die Passatwinde auf Inseln oder Küstenregionen vor dem Festland stoßen, wird feuchte Luft besonders beim Auftreffen auf Gebirge in höhere, kältere Schichten verlagert, wodurch es zu starken Regenfällen kommen kann.
Im Bereich zwischen 50. und 60. Grad nördlicher sowie südlicher Breite erstreckt sich ein Tiefdruckgürtel mit überwiegend aus westlicher Richtung strömenden Winden, die auf der Nordhalbkugel in südwestliche Richtung und auf der Südhalbkugel in nordwestliche Richtung gelenkt werden. Diese Strömungen äußern sich in verhältnismäßig schwachen, feuchten Winden, die jedoch häufig zu wirbelsturmartigen Niederschlägen in Gebieten höherer geographischer Breite entlang der Westküsten des Festlandes führen. Die Niederschläge entstehen, wenn polare Kaltluft aus östlicher Richtung und subtropische Warmluft aus westlicher Richtung an der Polarfront zusammentreffen und beim Abkühlen ihre Feuchtigkeit abregnen. Im Winter ist dies die Hauptursache für Schneefälle auf den Kontinenten.
2.4. Meeresströmungen
Meeresströmungen beeinflussen das Klima der angrenzenden Festländer nachhaltig, da sie ihre thermischen Eigenschaften auch über größere Entfernungen weitgehend beibehalten. Eine warme Meeresströmung entsteht, wenn das Ursprungsgebiet einer Strömung nahe dem Äquator liegt, z.B. Golfstrom, Kuroshio und Brasilstrom. Diese beeinflussen auch die Eigenschaften der sie überlagernden Luftmassen und bewirken höhere Lufttemperaturen als der geographischen Breite entspricht. Umgekehrt verhält es sich bei Strömungen, die aus Polargebieten äquatorwärts fließen, wie etwa Humboldtstrom, Kalifornischer Strom und Oyashio.
3. Klimaänderungen
3.1. Begriffserklärung
Klimaänderungen sind Veränderungen des allgemeinen Klimacharakters, das sich auf einen weiten Zeitraum erstreckt.
Erdgeschichtliche Klimaveränderungen lassen sich u.a. in Sedimentfolgen, Vereisungsspuren und in Eisbohrkernen nachweisen. Seit 1,8 Milliarden Jahren wechseln sich Kalt- und Warmzeiten ab. Sie Dauern jeweils ungefähr 100 000 Jahre. In den Kaltzeiten bedeckten riesige Eismassen den Nordeuropäischen Kontinent. Die mittlere Jahrestemperatur betrug rund 15°C unter den heutige Temperaturen. In den Warmzeiten lag die mittlere Jahrestemperaturen 3°C über der heutigen Temperatur.
3.2. natürliche Ursachen
Für das unterschiedliche Klima ist die unterschiedliche Sonneneinstrahlung mit verantwortlich. Diese wird durch die gewaltigen Eruptionen der Sonne beeinflusst. Weitere Ursachen außerhalb der ,Erdoberfläche sind die in der Erdbahn befindlichen Elemente, wie Meteoriten und die Bewegung des Sonnensystems in der Milchstraße
Auf der Erdoberfläche spielt die Verschiebung der Platten eine wichtige Rolle. Dadurch wird die Lage des Kontinents in polaren Regionen und die Herausbildung von Gebirgen sehr beeinflusst, was wiederum auf das Klima Einfluss nimmt. Die Wärmeverteilung in den Weltmeeren wird durch das Auseinanderbrechen oder Kollidieren von Platten durcheinander gebracht, denn dadurch schließen oder öffnen sich Meeresarme und es Entstehen neue Meeresströmungen oder diese werden Abgelenkt.
3.3. Durch den Menschen verusachte Klimaänderung
Luftverschmutzung ist der Hauptgrund für die Erwärmung der Erde und die erhöhte UV- Belastung. Als Luftverschmutzung bezeichnet man die Verunreinigung der Atmosphäre durch luftfremde gasförmige, flüssige oder feste Abfallstoffe oder Nebenprodukte, die für das Leben von Menschen, Tieren und Pflanzen schädlich sein können, verschiedene Materialien und die Bausubstanz angreifen, die Sicht trüben und unerwünschte Gerüche erzeugen.
SCHADSTOFFE
HAUPTVERURSACHER
HINWEISE
Kohlenmonoxid (CO)
Abgase von Kraftfahrzeugen, einige Industriezweige
Gesundheitliche Richtwerte: 10 mg/m3
(9 ppm) in 8 Stunden, 40 mg/m3 in 1 Stunde (35 ppm)
Schwefeldioxid (SO2)
Heiz- und Elektrizitätskraftwerke, die mit Öl oder Kohle (bei entsprechendem Schwefelgehalt) betrieben werden, Fabriken, die Schwefelsäure verwenden
Gesundheitliche Richtwerte: 80 µg/m3
(0,03 ppm) pro Jahr, 365 µg/m3 in 24 Stunden (0,14 ppm)
Ausgestoßene Materieteilchen (TSP)
Abgase von Kraftfahrzeugen, Industrie, Verbrennungsrückstände, Heiz- und Elektrizitätskraftwerke, Reaktion von Abgasen in der Atmosphäre
Gesundheitliche Richtwerte: 75 µg/m3 pro Jahr, 260 µg/m3 in 24 Stunden, zusammengesetzt aus Kohlenstoff, Nitraten, Sulfaten und vielen Metallen, einschließlich Blei, Kupfer, Eisen und Zink
Blei (Pb)
Abgase von Kraftfahrzeugen, Bleischmelzen, Batteriefabriken
Gesundheitliche Richtwerte: 1,5 µg/m3 in 3 Monaten, am meisten Blei enthält TSP
Stickstoffoxide (NO, NO2)
Abgase von Kraftfahrzeugen, Heiz- und Elektrizitätskraftwerke, Salpetersäure, Explosivstoffe, Herstellung von Kunstdünger
Gesundheitliche Richtwerte: 100 µg/m3
(0,05 ppm) pro Jahr für NO2; reagiert mit Kohlenwasserstoffen und Sonnenlicht, wobei photochemische Oxidanten entstehen
Photochemische Oxidanten (überwiegend Ozon [O3], auch Peroxyacetyl-Nitrate [PAN] und Aldehyde)
Bildet sich durch die Reaktion von Stickoxiden, Kohlenwasserstoffen und Sonnenlicht in der Atmosphäre
Gesundheitliche Richtwerte: 235 µg/m3
(0,12 ppm) in 1 Stunde
Nichtmethanische Kohlenwasserstoffe (einschließlich Ethan, Ethylen, Propan, Butan, Pentan, Acetylen)
Abgase von Kraftfahrzeugen, Verdunstung von Lösungsmitteln, Industrie, Abfallbeseitigung, Treibstoffverbrennung
Reagiert mit Stickoxiden und Sonnenlicht, wobei sich photochemische Oxidanten bilden
Kohlendioxid (CO2)
Alle Verbrennungsmethoden
Mögliche Gesundheitsschäden bei Konzentrationen höher als 5 000 ppm in 2-8 Stunden, die atmosphärische Belastung ist von über 280 ppm vor einem Jahrhundert auf heutige 350 ppm angestiegen, diese Entwicklung trägt vermutlich zum Treibhauseffekt bei
4
Es gibt natürliche Quellen, die sich nur bedingt Einschränken lassen können, wie z.B.:
Sand- und Staubstürme
großflächige Brände in Wäldern und Steppen
kosmische Stäube
Vulkanausbrüche
und radioaktive Gase, wie Radon, dass durch den Zerfall von Uranmineralien in bestimmten Gesteinsarten entsteht
und unnatürliche Quellen, die die Industrieländer zumeist hervorrufen, wie z.B.:
Industrie
Energieerzeugung
Atomwaffenversuche
Kraftfahrzeuge
Private Haushalte
Ein Teil dieser Abfälle, meist die natürlichen, werde von Bakterien auf biologische Weise verarbeitet, aber der weitaus größere Teil steigt in die Atmosphäre und verursacht noch nach Jahren Schäden in der Lufthülle. Die Belastung ist dabei von den Wetterbedingungen, Temperatur, Windgeschwindigkeit und Wanderung von Hoch- und Tiefdruckgebieten, sowie den lokalen Begebenheiten abhängig.
Smog entsteht, wenn die atmosphärische Vermischung verhindert wird, also wenn die kalte Luft unter der warmen Luft liegt. Die kälteren bodennahen Luftschichten könne nicht aufsteigen und die Schadstoffe sammeln sich in Bodennähe an. Die gefährdesten Gruppen sind dabei: Kleinkinder, alte Menschen, Raucher, Arbeiter, die mit giftigen Materialien arbeiten, sowie Personen mit Herz- und Lungen Lungenerkrankungen. Eine weitere Gefahr durch Smog besteht dadurch, das das giftige Ozon, dass sich aus der Reaktion von Kohlenwasserstoff und Stickstoffoxid entsteht, ebenfalls am Boden bleibt und die Gesundheitsgefahr noch weiter beeinflusst.
4. Folgen der Klimaveränderung
4.1. globale Erwärmung
Der Anstieg der Temperatur auf der Erde und in der Atmosphäre ist auf die Luftverschmutzung und vor allem auf die Verbrennung fossiler Energieträger aber auch anderer industrieller Prozesse zurückzuführen. Dadurch steigert sich der Gasanteil in der Atmosphäre besonders bei CO2, aber auch bei Methan, Stickstoffoxide und Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKWs).
Das CO2 trägt deutlich zum Treibhauseffekt bei. Der Kohlenstoffkreislauf soll dies verdeutlichen.
Der Treibhauseffekt bezeichnet den Einfluss der Atmosphäre auf den Wärme- und Strahlungshaushalt der Erde. Dabei ist die Atmosphäre für kurzwellige Strahlung durchlässig, die auf der Erde auftreffen. Diese wird dann von der Erdoberfläche absorbiert und als langwellige Wärmestrahlung in das Weltall abgegeben. Die Treibhausgase halten dabei einen Teil der Wärmestrahlung zurück. Sie dienen dabei als Mantel der Erde und schützen sie vor dem Auskühlen. In dieses raffiniert ausgeklügelte System der Natur greift nun der Mensch ein und produziert so viele Treibhausgase, das fast keine Wärmestrahlung mehr ins Weltall abgegeben wird. Auf der Erde wird es immer wärmer!
5
Folgen des Treibhauseffektes und somit der globalen Erwärmung währen:
- Verstärktes Abschmelzen der Eismassen in Polargebieten und der Gletscher·Anstieg des Meeresspiegels· weltweite Überschwemmungen· Verlust großer landwirtschaftlicher Nutzflächen
- Verschiebung des Klimagürtels Richtung Norden
- Ausweitung der Gebiete mit wüsten- oder steppenartigen Bedingungen
- Verlust von Siedlungs- und Agrarflächen · massive Bevölkerungsbewegung
- weltweite Ernteverluste durch Dürren oder Überschwemmungen
4.2. Das Ozonloch
Bezeichnung für einen Bereich in der Atmosphäre, in dem die Ozonschicht zerstört ist. Die Ozonschicht schützt die Lebewesen vor der kurzwelligen UV-Strahlung, welche die Erbsubstanz in den Zellen der Körperoberfläche schädigt. Erstmals wurde dieses Phänomen Mitte der 80′ger über der Antarktis festgestellt. Heute ist es bereits mehr als 20 Millionen Quadratkilometer groß und breitet sich immer weiter aus. Für diesen Abbau des Ozons ist der Mensch verantwortlich. Vor allem die FCKWs haben diese Schädigung vollbracht. Sie wurden als Treibmittel in Spraydosen, zum Aufschäumen von Kunststoff und als Kühlmittel in Kühlschränken verwendet. Diese Gase steigen nur sehr langsam auf und erreichen erst nach einigen Jahren die Stratosphäre. Durch die UV- Strahlung werden die Molekühle gespalten und es wird ein Chloratom freigesetzt, dass dann die Ozonmolekühle zerstört.
Die folgende chemische Formel soll dies beweisen:
Durch UV-Strahlung: CFCl3·CFCl2 + Cl
Cl + O3·ClO + O2
Freiwerdendes Chlor reagiert mit dem Ozon. Chlormonoxid reagiert nun mit einem weiteren Sauerstoffatom unter Freisetzung von Chlor. Dieses reagiert erneut mit Ozon und der Zyklus beginnt von vorne.
ClO + O·Cl + O2
Cl + O3 ·ClO +O2
5. Reaktionen der Länder
1992 wurde beim UN-Gipfel in Rio de Janeiro eine Konvention zum Klimaschutz unterzeichnet. Dabei wurden jedoch konkrete Reduktionsziele noch nicht genannt, dies wurde 1997 nach harten Kämpfen im japanischen Kyoto nachgeholt. Die USA verpflichtete sich darin ihren Ausstoß an Treibhausgasen um 7% bis 2012 zu verringern. Dennoch sind die USA noch heute der weltweit größte Luftverschmutzer und zu keiner Einsicht bereit. Die EU muss Emission um 8% drücken. Seit 1992 habe Großbritannien, Deutschland, Luxemburg und die Schweiz eine Verminderung der Treibhausgase erreicht.
Die USA fordern einen unbeschränkten Handel mit Emissionsrechten, das sogenannte emission- trading. Sie wollen freie Märkte von Entwicklungsländern und vor allem Russland abkaufen, um ihre Industrie weiter anzukurbeln.
Ein anderer Vorschlag ist der ,,Clean- Development- Maschism". Das ist die Vergabe von Gutschriften für Reduktionsverpflichtungen für diese Länder, die die Klimaschutzprojekte in anderen Ländern fördern.
Kommentare zum Referat Belegarbeit-Globale Umweltprobleme als Folgen gestörter Ökosysteme- Klimaentwicklung:
|
