Umweltwissenschaftliche Grundlagen

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1 Umweltwissenschaftliche Grundlagen Green Day, 12 November 2013 Dr. Martina Flörke

2 Das Sphärenmodell der Umwelt Die Erde als globales Ökosystem Quelle: 1

3 Die Atmosphäre Vertikale Schichtung Mit zunehmender Höhe p nimmt ab ρ wird geringer Die_ Stratosphaere_verstehen/- _Schichten_1ma.html T ändert sich mit der Höhe 2

4 Die Hülle der Erde Atmosphäre = Hülle der Erde Die Atmoshäre ist hauchdünn im Vergleich zum Durchmesser der Erde Zahlreiche Funktionen: Filter für UV- und Röntgenstrahlung der Sonne Durchlässigkeit von Sonnenlicht (Energiequelle) Schutz vor schneller Auskühlung und Überhitzung (Wärmeausgleich) Erhöhung der durchschnittlichen Oberflächentemperatur der Erde Energietransport (aus Äquatornähe zu höheren Breiten) Durch Zirkulation wird Niederschlagsverteilung bestimmt Hauptspeicher für Stickstoff Reservoir für Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff 3

5 Hydrosphäre Max-Planck-Institut für Meteorologie, 4

6 Der blaue Planet Schönwiese

7 Biosphäre Die Gesamtheit des Lebens wird auch Biosphäre genannt. Dünne Schicht, die die Erde von der tiefsten bis zur höchsten Stelle überzieht. Überall, wo es Wasser, organische Stoffe und eine Energiequelle gibt, gibt es Leben. Ein Merkmal des Lebens ist die Anzahl, die Vielfalt und die Verschiedenartigkeit der Lebewesen, auch Biodiversität genannt. 6

8 Biodiversität Grundlage für zahlreiche Dienstleistungen des Ökosystems Erde. Heute sind etwa 1,75 Millionen Arten bekannt Organismengruppe Beschriebene Arten Geschätzte Arten % Insekten Gefäßpflanzen Weichtiere Wirbeltiere Säugetiere >4.300? > 95? 7

9 Pedospähre 8

10 Die Haut der Erde Böden = Bodenhülle der Erde Mischung aus zerbröseltem Gestein, organischem Material, Luft und Wasser. Böden wandeln tote organische Materie wieder in Mineralien um, die den Pflanzen als Nährstoff dienen und so in den Kreislauf der Natur zurückkehren. Die Böden der Erde sind die Grundlage für die Erzeugung der meisten Nahrungsmittel. Artenreicher Lebensraum im Ökosystem Erde. 9

11 Lithosphäre Erdkruste, oberste Erdschicht km dick, bestehend aus Platten Die Platten schwimmen auf einer plastischen Astenosphäre Die Platten bewegen sich = Kontinentalverschiebungen (aufgeschmolzenes Gestein, obere Schicht des Erdmantels) Durch die Platenbewegungen entstehen Erdbeben und Vulkanausbrüche. Die Lithosphäre verbindet das Innere der Erde mit den äußeren Sphären. 10

12 Das Sphärenmodell der Umwelt Die Erde als globales Ökosystem Quelle: 11

13 Die besondere Rolle des Menschen IGBP 2004 Menschen bewirken Umweltveränderungen, die auf die natürlichen Regelkreise einwirken, die das Ökosystem steuern. Globale Umeltveränderungen wie z. B. Klimawandel und Überfischung der Weltmeere gehen auf eine wachsende Weltbevölkerung und zunehmenden Wohlstand eines Teils dieser Bevölkerung zurück. 12

14 Planetary Boundaries Gefährdung der Ökosysteme Verlust an Biodiversität Stickstoffkreislauf Klimawandel haben die Grenzwerte bereits überschritten Rockström et al

15 Ökölogischer Fussabdruck Ecological Footprint oder ökologischer Fußabdruck Quelle: SASI Group (University of Sheffield) and Mark Newman (University of Michigan) Die Länder der Welt entsprechend ihrem Einfluss auf die Umwelt: Die Fläche eines jeden Staates entspricht dem >>Ökologischen Fußabdruck<< seiner Bewohner. 14

16 Passen wir noch auf den Planeten? Heute nutzt die Menschheit Ressourcen von 1,5 Planeten. Ressourcen werden schneller in Abfälle verwandelt, als dass Abfälle wieder in Ressourcen umgewandelt werden können. 15

17 Klima Klimadaten aus dem Wostok-Eisbohrkern, Informationen Atmosphäre der letzten Jahre Temperaturverlauf (rot) Kohlendioxid-Gehalt (gelb) der Veränderungen der Exzentrizität der Erdumlaufbahn (weiß). Kohlendioxid Methan Distickstoffoxid 16

18 Erwärmung der Erde Beobachtete Änderung der durchschnittlichen Erdoberflächentemperatur (seit Beginn der flächendeckenden Temperaturmessung) IPCC 2007 Wird die Erde wirklich wärmer? Im Jahr 2011 wurden 1,6 Milliarden Temperaturmessungen aus 15 Datenbanken mit einer ganz neuen Methode ausgewertet (Universität Berkeley) Ergebnis: In den letzten 60 Jahren ist die Erde um 0,9 C wärmer geworden. 17

19 Abschmelzen der Inlandgletscher auf Grönland 1992 Boundary of ice melting 2005 boundary Source: Steffen und Hoff, 2006, University of Colorado 18

20 Meereissituation

21 Umweltveränderungen sind bereits heute zu beobachten 1904 Abschmelzen der Alpengletscher 2005 Veränderung der Verbreitungsgebiete von Pflanzen (in höhere Lagen, polwärts) Änderungen in der Phänologie von Pflanzen (früheres Einsetzen des Frühlings, verlängerte Wachstumsperiode) 20

22 Europaweite Auswirkungen Abnehmender Sommerniederschlag und zunehmende Wasserknappheit (Mittel-, Süd-, teilweise Nordeuropa) Zunehmende Häufigkeit von Hitzewellen (Mittel- & Südeuropa) Zunehmende Häufigkeit von Winterhochwasserereignissen 22

23 Ökonomische Folgen des Klimawandels Reduziertes Wasserkraftpotential Abnahme des Wintertourismus im alpinen Raum und Verschiebung des Sommertourismus nach Norden Erhöhtes Risiko von Ernteeinbußen in der Land- und Forstwirtschaft sowie erhöhte Bewässerungskosten im Süden und Osten Änderung des Wärmebedarfs und Kühlungsbedarfs 24

24 Botschaft Das Sphärenmodell ist komplex. Um Folgen unseres Handelns zu vermeiden müssen komplexe Wechselwirkungen erkannt und berücksichtigt werden. Bevölkerung, technischen Möglichkeiten und die materiellen Ansprüche der (reichen) Menschen bewirken Umweltveränderungen, die auf die natürlichen Regelkreise einwirken, die das Ökosystem steuern. Globale Umweltveränderungen haben zahlreiche negative Auswirkungen auf die menschliche Gesellschaft sowie die Natur. Die Gesellschaft kann und sollte auf diese Auswirkungen reagieren: Klimaschutz und Anpassungsmaßnahmen helfen den anthropogenen Nutzungsdruck zu verringern oder zu vermeiden. 26