Dynamik der Biosphäre. Der menschliche Einfluss auf die Biosphäre

Transkript

1 Dynamik der Biosphäre Der menschliche Einfluss auf die Biosphäre Wintersemester 2006/2007 Wolfgang Cramer Lehrstuhl "Globale Ökologie" -> "Teaching"

2 Letzte Woche... Biologisch, chemisch, physikalische R. Global Kohlenstoffkreislauf Regional Strahlungshaushalt Wasserkreislauf Die menschliche Gesellschaft einbeziehende Rückkopplungen Klimawandel Extremereignisse

3 Heute... Nutzung der Biosphäre Nahrung Fasern Andere Nutzungen

4 Bevölkerungszuwachs Jahr Weltbevölkerung <0.1% 0.3% 0.6% 1.1% 1.4% 1.4%

5 Weltbevölkerung

6 Weltbevölkerung

7 Bevölkerungszuwachs Stabilisierung bei ? Wachstumsrate nimmt seit 1967 ab (damals 2%)

8 Weltbevölkerung

9 Nahrungsbedarf Menschen in reichen Ländern nutzen 25-50% mehr Nahrung als für gesundes Leben notwendig In Europa und Nordamerika wird pro Jahr mehr als das eigene Körpergewicht an Fleisch gegessen werden pro Jahr bis zu 30 kg Fett und bis zu 60 kg Zucker verzehrt Energieaufnahme MJ/Tag (Bedarf 11 MJ/Tag)

10 Nahrungsbedarf In den meisten armen Ländern wird der Nahrungsbedarf gerade gedeckt Typische Nahrung besteht aus Getreide, wenig Fett, Gemüse, Obst, sehr wenig Zucker, selten Fleisch

11 Energiebedarf Basal metabolic rate (BMR): Männer 6-9 MJ/Tag Frauen 5-7 MJ/Tag Zum Überleben notwendig: >25% mehr Schwangerschaft: 20% mehr Stillzeit: 30-50% mehr Leichte Arbeit: BMR Schwere Arbeit: 6-8 BMR Geistige Arbeit: 10% mehr (1.1 BMR)

12 Änderung der Diät bei steigendem Lebensstandard Rückgang des Verzehrs von Getreide und Gemüse Zunahme des Verzehrs von Fleisch, Zucker und Obst

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15 Landwirtschaftliche Produktion Zuwachs im 20. Jahrhundert extrem Nutzflächenzuwachs: 1900: Mha 1990: 1500 Mha Intensivierung: Ertragsleistung mindestens verfünffacht

16 Landwirtschaftliche Nutzfläche Verlust landwirtschaftlicher Nutzfläche durch Degradation und Urbanisierung Z.B. China : 1 Mha/Jahr Bevölkerungswachstum kann nur durch Intensivierung (insbes. N-Düngung) kompensiert werden

17 Reisproduktion (Smil 2004) Eine Schätzung: Bei unveränderter Ernährung würden 2025 nur 25% mehr Reis gebraucht als heute Heute gehen ca 15% der Reisernte als post harvest loss verloren Diätumstellung führt voraussichtlich zum Rückgang der Nachfrage um 20% Aber: Nachfrage nach tierischem Protein steigt weiter!

18 Mögliche weitere Entwicklung Potenzieller weiterer Anstieg der Nutzfläche (bis zu Verdopplung gegenüber 1990?) Weitere Intensivierung: Bewässerung, Düngung, Mechanisierung, erhöhter Energieeinsatz, Züchtung Traditionelle Landwirtschaft ernährt ca Menschen / km 2 Hochtechnisierte Landw. bis zu 2000 Menschen / km 2

19 Intensivierung...führt zu Arbeitskräfteabbau in der Landwirtschaft......zu weiterer Urbanisierung......zu weiterer Intensivierung Jahr Anteil urbane Bevölkerung 5% 15% 40%

20 Bevölkerungsdichte Zentral-Hongkong: Menschen/km 2 (3.6 kg/m 2 )

21 Intensivierung unausweichlich Im 21. Jahrhundert wird die Düngemittelproduktion ansteigen (Energie, Phosphat und Pottasche ausreichend) Begrenzender Faktor: Wasser 1 kg Getreide benötigt kg Wasser

22 Landnutzung und Biosphäre Verlust landwirtschaftlicher Nutzfläche durch Degradation und Urbanisierung Z.B. China : 1 Mha/Jahr Bevölkerungswachstum kann nur durch Intensivierung (insbes. N-Düngung) kompensiert werden

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24 Ein Energieszenario für die Landwirtschaft 5% verringerter Ertragszuwachs 10% Zunahme des Proteinverbrauchs in armen Ländern 10% Verlust an Nutzfläche...ergäbe einen zusätzlichen Bedarf von 30Mt N-Dünger 2010 (20%)...das wäre ein 70% Zuwachs innerhalb einer Generation Energieverbrauch GJ/a Ansteigende Nitratfracht in Gewässern

25 Weitere Konsequenzen Synthetischer N-Dünger führt zu Abbau des Bodenkohlenstoffs nachlassender Bodenfruchtbarkeit verringerter Regenwurmzahl vermehrter Erosion

26 Pro-Kopf-Energiebedarf Vor Industrialisierung: GJ/Jahr Verbrauch (Holz, Holzkohle) Nutzleistung davon ca 3-6 GJ/Jahr Industrieländer 1990: 150 GJ/Jahr Verbrauch Nutzleistung ca 60 GJ/Jahr Ungleiche Verteilung (1990): Industriestaaten (25% Weltbev.) 75% USA (5% Weltbev.) 25% Ärmste Staaten (25% Weltbev.) < 3%

27 Holz oder fossile Energiequellen? Seit ca 1890 wird mehr Energie aus fossilen Quellen genutzt als aus nachwachsenden Ressourcen Fossile Energienutzung steigt: : 4.3%/Jahr : <3%/Jahr : 4.5%/Jahr Seit 1974: <1%/Jahr

28 Energie aus Biomasse Schätzungen unsicher, global ca 10% der Primärenergie Nutzung Zentralafrika 80% Indonesien 50% Indien 30% Mangel an Biomasse China bis zu 20% Saisonal und regional oft viel mehr

29 Veränderungen der grossen Biome durch Nutzungswandel

30 Wald, Grasland, Feuchtgebiete Entwaldung fand bis 1900 in Europa, China und Nordamerika statt Seit 1900 primär in den Tropen Global stabil ca 7 Mha/Jahr Entwaldung in der temperierten Zone führt zu Landwirtschaft...in den Tropen vielfach zu degradierten Böden ohne Nutzwert

31 Konsequenzen der Entwaldung Biodiversitätsverlust Kohlenstoff-Freisetzung Bodenerosion Änderung des Wasserkreislaufes

32 Wiederbewaldung Schweiz : 70% Frankreich : 40% Ungarn : 50%

33 1900

34 1984

35 1900

36 1986

37 Grasland Erlaubt die höchste natürliche Dichte von Säugetieren Lebensgrundlage von pastoralen Kulturen in Afrika und Asien

38 Hohe Produktivität Feuchtgebiete Wichtig im Lebenszyklus vieler Fische und Vögel Reduzieren Hochwasserrisiken Potenzielle Kohlenstoffsenke

39 Nutzwert der Biosphäre Nahrungsgrundlage Versorgung mit Fasern (Holz, Baumwolle) Klimaregulierung Erholung Biodiversität Wert nicht quantifizierbar

40 Produktivität der Landbiosphäre (NPP) Potenzielle Vegetation Tatsächliche Vegetation Differenz Ernte Feuer Verbleibend Änderung durch den Menschen Gt C / Jahr % 100.0% 90.4% 9.6% 11.0% 1.7% 77.6% 22.4% (Haberl et al)

41 Take home message Die menschliche Nutzung der Biosphäre ist zur entscheidenden Kraft der Biosphärendynamik geworden Viele nicht-lineare Prozesse spielen zusammen deshalb sind einfache Extrapolationen ausgeschlossen Nachhaltige Bewirtschaftung muß alle Ökosystemfunktionen bewerten und einbeziehen