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Die Atmosphäre - Umweltproblem Luft - Referat
Die Atmosphäre - Umweltproblem Luft
Umweltproblem Luft
Das Klimasystem
Wetter und Klima
"Klima" wird gemeinhin definiert als das durchschnittliche Wetter (und seiner Extremwerte) eines bestimmten Gebietes in einem bestimmten Zeitraum. Das Gebiet kann klein oder groß sein, ein Küstenstreifen, ein Kontinent oder die ganze Erde.
Der Zeitraum muß groß genug sein, um aus den vielen ständig variierenden Klimafaktoren wie Temperatur, Wind, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck usw. einen statistischen Mittelwert zu bilden. Gewöhnlich werden 30 Jahre als Referenzzeit zugrundegelegt, z.Zt. sind es die Jahre 1961-1990.
Solange die Klimafaktoren in diesem Zeitraum um einen langjährigen Mittelwert pendeln, bleibt das Klima dasselbe. Erst wenn sich der Mittelwert erkennbar verschiebt, liegt eine Klimaänderung vor.
Das Klimasystem und seine Subsysteme
Um zu verstehen, wie es zu einer Klimaänderung - durch natürliche Einflüsse oder durch den Menschen - kommen kann, muß man eine Vorstellung von den Faktoren und ihren Wechselwirkungen haben, die das Klima bestimmen.
Das Klima ist zwar eine Erscheinung der Atmosphäre, unterliegt jedoch den Einwirkungen auch anderer "Sphären". Zusammen mit der Atmosphäre bilden sie die Subsysteme des gesamten Klimasystems.
Dazu gehören die
_ Hydrosphäre (Ozeane, Flüsse, Seen und der globale Wasserkreislauf),
_ die Kryosphäre (Land-, Meereis und Schnee),
_ die Biosphäre (Vegetation, auch der Mensch),
_ die Pedosphäre (Boden) und
_ die Lithosphäre (Gestein).
Sonnenenergie und Atmosphäre
Das gesamte Klimasystem ist eine riesige Wärmekraftmaschine, die ihre Energie von der Sonne bezieht. Der unterschiedliche Einfallswinkel, mit dem die Sonnenstrahlung auf die Erdkugel trifft, ist letztlich der Grund dafür, daß es verschiedene Klimazonen auf der Erde gibt (tropisches, subtropisches, gemäßigtes, kaltes und polares Klima).
Darauf weist auch die Bedeutung des Wortes "Klima", das dem Griechischen entstammt und "ich neige" bedeutet. In niederen Breiten ist der Neigungswinkel der Sonnenstrahlung steil, in höheren dagegen flach. Daher empfangen die niederen Breiten beiderseits des Äquators relativ viel solare Energie pro Flächeneinheit, die höheren Breiten zu den Polen hin zunehmend weniger, was einen Energieüberschuß in den tropischen Regionen und ein Defizit nördlich und südlich davon zur Folge hat.
Die sich daraus ergebenden kalten und warmen Zonen bedingen Unterschiede im Luftdruck, wodurch Winde und unter Einwirkung der Erddrehung das atmosphärische Zirkulationssystem entstehen, das im Mittel Energie von den tropischen in die höheren Breiten transportiert. Die Einstrahlungsunterschiede zwischen Tag und Nacht, Sommer und Winter, aber auch die Wechselwirkung der atmosphärischen Klimafaktoren untereinander und die mit den anderen Subsystemen haben zur Folge, daß das Klima ein äußerst dynamisches, nichtlineares chaotisches System darstellt.
Die Biosphäre
Das aus dem Meer entstandene Leben auf der Erde hat vor allem in der geologischen Vergangenheit für die Zusammensetzung der Atmosphäre eine entscheidende Bedeutung gehabt. Ursprünglich bestand die Atmosphäre im wesentlichen aus Kohlendioxid und Stickstoff. Erst die primitiven Algen der Urmeere ersetzten mit Hilfe der Photosynthese das Kohlendioxid soweit durch Sauerstoff, daß höheres Leben möglich wurde.
Auch heute liegt die klimatische Bedeutung der Biosphäre, zu der auch der Mensch gehört, vor allem in ihrem Einfluß auf die Chemie der Atmosphäre.
Das Phytoplankton der Meere und die Pflanzengemeinschaften auf dem Land steuern entscheidend den Kohlenstoffkreislauf. Bei der Photosynthese entziehen die Pflanzen der Atmosphäre bzw. dem Meereswasser ständig Kohlendioxid, das bei der Atmung und der bakteriellen Zersetzung der Pflanzen sowie durch Brände wieder frei wird bzw. durch Absinkvorgänge im Meer auch ganz der Atmosphäre entzogen werden kann.
Die Intensität des natürlichen Treibhauseffektes ist daher wesentlich von den Pflanzengemeinschaften abhängig. In jüngster Zeit ist der Mensch dabei, die nacheiszeitliche Stabilität des natürlichen Kohlenstoffkreislaufs empfindlich zu stören.
Externe und interne Klimafaktoren
Die Vielzahl der Klimaeinflußfaktoren läßt sich in zwei Gruppen gliedern:
1. Die externen Klimafaktoren besitzen eine Wirkung auf das Klima, ohne daß sie von diesem beeinflußt werden. Hierzu gehören die Sonneneinstrahlung, die durch Aktivitäten auf der Sonne und durch Veränderungen der Erdbahnparameter variiert werden kann, und vulkanische Aktivitäten.
2. Die internen Klimafaktoren stehen in Wechselwirkung miteinander, innerhalb und zwischen den Subsystemen.
Zeitskalen
Die Veränderungen und Wechselwirkungen der Komponenten, die das Klima bestimmen, folgen sehr unterschiedlichen Zeitskalen. Darin liegt eine der Schwierigkeiten, das Klimageschehen zu erfassen.
Am schnellsten ändern sich die Phänomene in der Atmosphäre. Wichtige Vorgänge wie etwa der Wechsel von Hoch- und Tiefdruckgebieten in den mittleren Breiten erfolgen in wenigen Tagen, Wolkenkonstellationen wandeln sich sogar in Stunden.
Beim Ozean ist die in Zeiträumen von Wochen bis Monaten reagierende Deckschicht von der Tiefsee zu unterscheiden, in der die typischen Vorgänge Jahrzehnte bis mehrere Jahrhunderte brauchen.
Die oberen 50-100 m des Ozeans sind unmittelbar an die Vorgänge in der Atmosphäre gekoppelt, weshalb Temperatur, Salzgehalt und Strömungen in relativ kurzen Zeitskalen ihren Zustand modifizieren können.
Veränderungen in der Tiefsee laufen dagegen weitgehend getrennt von den Vorgängen in der Deckschicht ab und erfolgen wegen der großen beteiligten Wassermassen nur sehr langsam.
Nur in den wenigen Absinkzonen der Weltmeere, im Nordatlantik und im Bereich des Antarktischen Zirkumpolarstroms, besteht ein Austausch zwischen Deckschicht und Atmosphäre auf der einen und der Tiefsee auf der anderen Seite.
Allgemeines
Anthropogene Einflüsse auf das Klima machen sich immer mehr bemerkbar.
Anthropogen bedeutet vom Menschen verursacht.
Für einen Großteil der negativen Veränderungen ist die Nutzung fossiler Brennstoffe verantwortlich. Etwa 90 % der gesamten Energieproduktion werden durch die Verbrennung fossiler Energieträger gewonnen. Fossile Energieträger sind Kohle, Erdöl und Naturgas. Sie zeichnen sich durch einen relativ hohen Energiegehalt aus, der bei der Verbrennung abgegeben wird. Fossile Brennstoffe sind Kohlenstoffverbindungen bei deren Verbrennung das Gas Kohlendioxid freigesetzt wird.
_ Innerhalb eines Tages verbraucht der Mensch mehr an fossiler Energie, als tausend Jahre Erdgeschichte bilden konnten.
_ Bei gleichbleibendem Verbrauchsanstieg werden die Erdölquellen in 40 Jahren versiegen, der Vorrat an Erdgas und Kohle wird in 70 bzw. 100 Jahren erschöpft sein.
_ Ein US-Bürger verbraucht stündlich 11 Kilowatt Primärenergie, ein Österreicher 5 Kilowatt und ein Inder 0,3 Kilowatt. Europa müßte seinen Energiebedarf so rasch wie möglich auf ein Viertel herabschrauben. Stattdessen wird gewirtschaftet wie bisher.
_ Zu schwerfällig reagiert die Politik auf warnende Zurufe aus Wissenschaft und Umweltbewegung. Bis zum Jahr 2050 müßten die CO2-Emissionen der Industrieländer um 80 Prozent gesenkt werden.
_ Umstieg auf erneuerbare Energie: Bei der Umwandlung von fossilen Energieträgern (Kohle, Gas, Erdöl) in Strom gehen bis zu 70 Prozent an Energie verloren. Das dabei entstehende Kohlendioxid belastet das Klima durch den Treibhauseffekt.
_ Die Zukunft der Energiegewinnung liegt in der Biomasse, Sonnenenergie und Windkraft.
_ Binnen 15 Minuten strahlt die Sonnne eine Energiemenge auf die Erde ab, wie die Menschheit in einem ganzen Jahr verbraucht.
Weitere Verursacher der klimatischen Veränderungen sind die Chemische Industrie und die Landwirtschaft durch Methanemission sowie die Brandrodung der Regenwälder.
Die wichtigsten Luftschadstoffe sind Schwefeldioxid (SO2), Stickoxide (NOx), Kohlenmonoxid (CO), Staub und organische Verbindungen. Aber auch die zunehmende Konzentration von Kohlendioxid verändert die atmosphärischen Bedingungen für alle Lebewesen.
Klimakonferenzen
1992 wurde beim UN-Erdgipfel in Rio de Janeiro eine Konvention zum Klimaschutz unterzeichnet.
Konkrete Reduktionsziele wurden in Rio jedoch nicht genannt, auf diese hat man sich nach hartem Ringen erst Ende 1997 im japanischen Kyoto einigen können. Die USA verpflichteten sich damals, den Ausstoß der sechs Treibhausgase zwischen 2008 und 2012 um sieben Prozent zu verringern und Japan um sechs Prozent.
Die EU muß ihre Emissionen um acht Prozent drücken, Österreich hat sich im EU-internen-Lastenausgleich für ein Minus von 13 Prozent verpflichtet.
Seit 1992 haben nur Großbritannien, Deutschland, Luxemburg und die Schweiz eine Verminderung der Treibhausgase erreicht.
Die USA fordern einen unbeschränkten Handel mit Emissionsrechten, das sogenannte emission-trading. Das heißt, die USA wollen freie Kontingente von Entwicklungsländern und vor allem von Russland aufkaufen, um ihre Industrie weiter anzukurbeln.
Ein anderer Vorschlag ist der ,,Clean Development Mechanism". Das ist die Vergabe von Gutschriften für Reduktionsverpflichtungen für diese Länder, die Klimaschutzprojekte in anderen Ländern fördern.
Kohlenstoffkreislauf
Jährlich werden etwa einhundert Milliarden Tonnen CO2 zwischen der Atmosphäre und den Meeren ausgetauscht.
Der Ozean enthält etwa sechzigmal so viel Kohlendioxid wie die Atmosphäre. In den kalten hohen Breiten nimmt der Ozean CO2 aus der Atmosphäre auf, das aus warmem Oberflächenwasser, hauptsächlich im Pazifik, wieder entweicht. Insgesamt ist der Ozean - ebenso wie die terrestrische Biosphäre - eine Senke für CO2.
In einigen tropischen Gebieten ist Freisetzung von CO2 durch Brandrodung klar zu erkennen. Zusammen nehmen Meere und Pflanzen auf dem Festland nur etwa die Hälfte des CO2 auf, das die Menschen erzeugen, der Rest verbleibt in der Atmosphäre.
Im Hamburger Kohlenstoffmodellnimmt das Wachstum der Pflanzen bei gesteigertem CO2-Gehaltder Atmosphäre zu. Hierdurch bindet die Biosphäre an Land mehr atmosphärisches CO2. Dieser sogenannte CO2 -Düngeeffekt setzt aber genügend Nährstoffe und Wasser voraus.
Sind diese begrenzt, führt weiter zunehmendes atmosphärisches CO2 daher nicht notwendigerweise zu vermehrter CO2-Aufnahme in terrestrischer Biomasse.
Die Atmosphäre
Photographien der Erde, die von einem Raumschiff aus aufgenommen wurden, zeigen einen dünnen blauen Saum am Rande des Planeten. Diese Schicht ist die Atmosphäre, deren dichterer Teil nur ca. 100 km dick ist und deren Ausläufer oberhalb von 600 km kaum noch vorhanden sind. Im Vergleich zum Durchmesser der Erde von grob 12.600 km handelt es sich also bei der Atmosphäre nur um eine hauchzarte Hülle. Und dennoch wäre Leben, wie wir es verstehen, auf der Erde ohne diese Lufthülle völlig unmöglich.
Die Atmosphäre dient in vielfältiger Weise als Schutzschicht. Ohne sie wäre z.B. die mittlere Jahrestemperatur nicht +15 °C, sondern eher -18 °C. Der natürliche Treibhauseffekt der Atmosphäre ist für die Anhebung der Temperatur und für die Einhaltung eines Temperaturgleichgewichtes um 15 °C verantwortlich. Ohne eine Atmosphäre gäbe es keine Ozeane, die - wenn sie sich überhaupt hätten formen können - schon früh eingefroren wären. Und ohne sie würde die Erdoberfläche durch die energiereiche UV-Strahlung der Sonne so bombardiert, daß sich uns bekannte Lebensformen auf dem Festland nie hätten entwickeln können. Diese Strahlung wird durch eine Schicht von Ozonmolekülen in der Atmosphäre so weit unterdrückt, daß sie nicht mehr lebensbedrohend wirken kann.
Etwa in den letzten 50 Jahren dieser langen Zeit haben die menschlichen Aktivitäten - zunächst noch unbewußt - diese sensiblen Gleichgewichte schädlich beeinflusst. Die Atmosphäre wurde unwiederbringlich durch Chemikalien verschmutzt, die die beschriebenen Gleichgewichte behindern und vielleicht sogar zerstören.
Aufbau der Atmosphäre
Die Atmosphäre ist ein Gemisch aus Gasen und winzigen festen Substanzen. Obwohl sie eine solch luftige Konsistenz ist , ist sie kein Leichtgewicht. Sie bringt ca. 1,5 Billarden Tonnen auf die Waage. Die Zusammensetzung der Atmosphäre ist äußerst kompliziert.
Die Zusammensetzung der Atmosphäre in Bodennähe sieht in etwa so aus:
_ Bestandteil Konzentration
_Stickstoff 78,11%
_ Sauerstoff 20,953%
_ Argon 0,934%
_ Kohlenstoff 0,035%
_ Neon 0,0018%
_ Helium 0,0005%
_ Methan 0,00017%
_ Krypton 0,00011%
_ Wasserstoff 0,00005%
_ Ozon 0,000001%
_ Wasser variable Menge (abhängig von der Luftfeuchtigkeit)
Zu beachten ist der kleine Anteil chemisch aktiver Stoffe. Wichtig ist, daß nicht die Gase mit dem höchsten Anteil an der atmosphärischen Zusammensetzung klimawirksam sind , sondern einige Spurengase, deren Anteil bei jeweils weniger als 0,1% liegt. Sie absorbieren die kurzwellige Solarstrahlung und vor allem die terrestrische Infrarotstrahlung und tragen somit über diesen natürlichen Treibhauseffekt zur Erwärmung der Atmosphäre bei.
Ohne die Wirksamkeit dieser Spurengase wäre es in Bodennähe ca.33°C kälter. Das bedeutet wenn wir 20°C haben wäre es ohne diesen Effekt -13°C.
Die wichtigsten dieser natürlichen Treibhausgase sind:
Gase: Beitrag zum natürlichen Treihauseffekt in °C:
_ Wasserdampf(H2O): 20,2
_ Kohlendioxid(CO2): 7,2
_ bodennahes Ozon(O3): 2,4
_ Distickstoffoxid(N2O): 1,4
_ Methan(CH4): 0,8
Die einzelnen Sphären
Die Einteilung in "Sphären" richtet sich nach dem Temperaturverlauf in der Atmosphäre und den dadurch bedingten unterschiedlichen dynamischen Eigenschaften der verschiedenen Höhenbereiche. Insofern ist diese Einteilung also nicht willkürlich.
Troposphäre:
Sie ist der unterste Bereich, in dem sich jene Prozesse abspielen, die wir unter dem Begriff "Wetter"zusammenfassen. Obwohl sie die dünnste Schicht ist, befinden sich hier 75-.90 Prozent der Gesamtmasse der Atmosphäre.
Die Troposphäre, in der die Temperaturen mit zunehmender Höhe um rund 6,5°C pro Kilometer abnehmen, reicht bis zur Tropopause, die in Höhen zwischen 8 und 18 Kilometern liegt. Darüber befindet sich die
Stratosphäre:
Hier steigt die Temperatur mit der Höhe an und erreicht ihr Maximum in etwa fünfzehn Kilometern Höhe (Stratopause). Sie enthält rund 90 Prozent des Gesamtozons, davon befinden sich rund dreiviertel in der sogenannten Ozonschicht, dem Höhenbereich zwischen 15 und 50 Kilometern.
Mesosphäre:
(meso= mittel; mittlere Sphäre) Sie reicht von 50 km bis zu 100 km. Sie ist als die kalte Schicht bekannt, da hier Temperatur und Luftdruck dramatisch sinken. Da sich diese Sphäre über der Ozonschicht befindet, ist das UV-Licht hier so stark, dass ein menschlicher Körper schwerste Verbrennungen zuziehen würde.Über ihr liegt die Mesopause.
Sie enthält etwa eine Schicht von Natrium-Atomen, die durch hier verglühende Meteoriten dort deponiert werden. An der oberen Grenze der Mesosphäre beginnt für Raumschiffe die Rückkehr in die dichtere Atmosphäre.
Thermosphäre:
In der Thermosphäre, die sich bis zu 250 km Höhe erstreckt, steigen die Temperaturen auf 1300°F. Bei 100-200 km sind die Hauptbestandteile der Atmosphäre immer noch Nitrogen (Stickstoff) und Oxygen (Sauerstoff).
Ionosphäre:
Diese Schicht, die einen grossen Ionengehalt hat, ist ein Teil der Meso- und der Thermosphäre. Radiowellen und Licht werden von hier reflektiert. Diese Reflexionen verursachen die an den polaren Regionen sichtbaren Nordlichter.
Exosphäre:
Sie ist extrem dünn und am weitesten von der Erde entfernt. Diese Sphäre ist die Übergangszone zwischen Erdatmosphäre und Weltraum.
Nutzen der Atmosphäre
Die Atmosphäre ist von entscheidener Bedeutung für unsere Lebensbedingungen :
Sie
_ liefert uns Luft zum Atmen
_ schützt alles Leben vor der schädlichen Sonneneinstrahlung
_ schützt uns vor dem Bombardement durch Meteore und andere durch den Weltraum rasende Körper
_ hat Einfluß auf unser Wettergeschehen
Ohne die schützende Hülle der Atmosphäre könnten wir gar nicht existieren , sie ist lebensnotwendig für uns.
Da liegt auch schon das Problem , da wir dabei sind unsere Atmosphäre zu zerstören.
_ Ozonloch,
_ Luftverschmutzung,
_ Treibhauseffekt
_ Saurer Regen und
_ globale Erwärmung
sind Folgen menschlicher Aktivitäten.
Außerdem hat der typisch vertikale Aufbau einen wesentlichen Einfluß darauf, wie Wetter- und Klimaprozesse ablaufen. Die Wettervorgänge wie Wolkenbildung, Niederschlag und auf- und absteigende Luft usw. spielen sich ebenfalls in einem Teil der Atmosphäre ab, und zwar im untersten Teil , der sogenannten "Troposphäre".
Der Treibhauseffekt
Man versteht darunter die Erwärmung bodennaher Luftschichten. Er wird von sechs Treibhausgasen in der Atmosphäre, das sind Kohlendioxid, Methan, Lachgas, Fluorkohlenwasserstoff, Perfluorkohlenwasserstoff und Schwefel-Hexafluorid, verursacht, die das einfallende Sonnenlicht durchlassen, jedoch einen Teil der von der Erde abgegebenen Wärmestrahlung absorbieren.
Vereinfacht dargestellt tragen folgende Vorgänge zum Treibhauseffekt bei:
_ Licht von der Sonne gelangt zur Erde. Ein Teil wird an den Wolken reflektiert, ein weiterer in der Atmosphäre absorbiert. Etwa die Hälfte gelangt zur Erdoberfläche und wird dort absorbiert.
_ Die Erdoberfläche erwärmt sich durch die absorbierte Sonnenstrahlung.
_ Die Erdoberfläche sendet entsprechend ihrer Temperatur langwellige Infrarotstrahlung aus; sie gibt in wesentlich geringerem Maße auch Wärme durch Luft und Wasserdampf ab, die in die Höhe steigen.
_ Sogenannte Treibhausgase in der Atmosphäre (H 2O, CO2, CH4, N2O, O3, FCKW) absorbieren den größten Teil der Infrarotstrahlung von der Erdoberfläche und erwärmen dadurch die Atmosphäre; der Rest wird direkt in den Weltraum emittiert.
_ Die Atmosphäre strahlt ihrerseits entsprechend ihrer Temperatur in alle Richtungen Infrarotstrahlung aus.
_ Ein kleiner Teil dieser Strahlung geht in den Weltraum, der größere gelangt wiederum zur Erdoberfläche zurück und erwärmt diese zusätzlich.
_ Es stellt sich ein stationärer Zustand von Temperaturen und Energieflüssen ein, in dem jeder Teil des Systems genausoviel Energie abgibt, wie er empfängt.
_ Wird die Konzentration der Treibhausgase z.B. durch menschliche Aktivitäten erhöht, so wird ein höherer Anteil der von der Erdoberfläche ausgehenden Infrarotstrahlung in der Atmosphäre absorbiert und entsprechend mehr auch zur Erdoberfläche reemittiert. Es stellt sich ein neuer stationärer Zustand bei höheren Temperaturen der Erdoberfläche und der unteren Atmosphäre ein.
Der Treibhauseffekt im natürlichen Sinne wirkt als Wärmeregulator der Erde. Ohne diese Regulation würde die mittlere Erdtemperatur nicht bei 15 °C sondern bei -18°C liegen.
Erst die Anreicherung der Atmosphäre mit Kohlendioxid und anderen Treibhausgasen, wie Methan, FCKW, N2O, verstärkt den natürlichen Treibhauseffekt.
Der CO2-Gehalt in der Atmosphäre ist vor allem seit Beginn der Industrialisierung stark gestiegen (um ca. 27 %). Die Konzentration von Methan hat sich sogar verdoppelt und die von Distickstoffoxid hat besonders in den letzten drei Jahrzehnten zugenommen. FCKWs waren vor 1930 überhaupt nicht in der Atmosphäre vorhanden.
Trotz internationaler Vereinbarungen bei Klimakonferenzen konnte keine Reduktion der CO2 Emissionen erreicht werden. Fast 90 % dieses zusätzlichen Kohlendioxids entsteht bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe.
Den Hauptteil dabei machen der Verkehr und die Raumheizung aus. Eine Senkung des CO2-Ausstoßes kann durch geringeren Energieverbrauch, bessere Nutzung der Primärenergie und den Einsatz nachwachsender Energieträger (zB Holz) erreicht werden.
Zurzeit steigt der atmosphärische Kohlenstoffgehalt jährlich um etwa 3 Gigatonnen (zur Erklärung: 1 Gt = 1 Milliarde Tonnen) an.
Verdoppelt sich der CO2-Gehalt der Atmosphäre, wird die Temperatur in den mittleren Breiten um 2 - 3 °C und an den Polen um 5 - 10 °C angestiegen sein. Dies wird gravierende Veränderungen zur Folge haben.
Folgen sind
_ ein Anstieg des Meeresspiegels um 30 bis 90 cm
_ eine Verschiebung der Klimazonen um 200 bis 400 km polwärts
_ Rückgang der Gletscher bis zum Schmelzen des Polareises
_ großräumiges Waldsterben
_ Beeinträchtigung der Wasserressourcen vieler Gebiete und
_ eine Verschlechterung der landwirtschaftlichen Produktion durch Klimaanomalien wie Dürren und Überschwemmungen
Für Österreich würde das laut Österreichischer Akademie der Wissenschaften folgendes bedeuten:
_ Temperaturanstieg mit Schwerpunkt im Winter
_ mehr Niederschläge im Winter (allerdings häufiger in Form von Regen)
_ weniger Niederschläge im Sommer
_ geringere Bodenfeuchte im Sommer
_ weniger Tage mit Schneedecke, vor allem im Flachland
Ein derartiges Klimaszenarium würde sich vor allem auf die österreichischen Wälder negativ auswirken. Die wirtschaftlichen Folgen werden in den Auswirkungen auf Land- und Forstwirtschaft, Tourismus und Energiewirtschaft deutlich.
Ozon
Seit etwa einer Milliarden Jahren hat die irdische Atmosphäre etwa die gleiche Struktur, wie sie heute vorliegt. Davor hat es mehrere (sogenannte primordinale) Entwicklungsstufen gegeben. An deren Ende wurde durch das Auftreten von maritimen Lebensformen Sauerstoff gebildet und in die Atmosphäre abgegeben.
Aus dem molekularen Sauerstoff wurde unter Einwirkung der UV-Strahlung der Sonne Ozon gebildet. Da durch natürliche Prozesse Ozon auch wieder zerstört wird, hat sich ein sensibles Gleichgewicht zwischen natürlicher Zerstörung und Bildung von Ozon eingestellt, bei dem als Resultat immer eine bestimmte Menge Ozons in der Atmosphäre vorhanden ist.
Die Ozonschicht in einer Höhe von 30 bis 40 km über dem Erdboden schirmt die Erdoberfläche vor energiereichen, kurzwelligen Sonnenstrahlen ab, die unter anderem Krebs erregend wirken. Ozon entsteht in dieser Höhe durch Einwirkung von UV-Strahlung auf die obere Atmosphäre.
Der Bestand der Ozonschicht wird vorwiegend durch das Entweichen von FCKWs und Stickoxiden in der Atmosphäre gefährdet. Diese Gase steigen, ohne zerstört zu werden, bis in die Höhe der Ozonschicht auf und gehen dort chemische Reaktionen ein. Dabei wird mehr Ozon abgebaut, als durch die UV-Strahlung neu gebildet wird.
Und nun ein kleiner Ausflug in die Chemie
- nun folgt die Erklärung des Ozonabbaus durch FCKWs:
FCKWs werden in der Stratosphäre instabil, die UV-Strahlung bricht die Moleküle auf, und frei werdenes Chlor reagiert mit dem Ozon.
UV CFCl3 _ CFCl2 + Cl
Cl + O3 _ ClO + O2
Chlormonoxid reagierd mit einem weiteren Sauerstoffatom unter Wiederfreisetzung von Chlor. Dieses reagiert erneut mit Ozon und der Zyklus beginnt von vorne.
ClO + O _ Cl + O2
Cl + O3 _ ClO + O2
Das antarktische Ozonloch hatte bereits 1986 eine Fläche von der Größe der Vereinigten Staaten erreicht. Die veränderte Ozonschicht führt zu einer zusätzlichen Verstärkung des Treibhauseffekts, da ihre verdünnten Stellen mehr Strahlung als bisher passieren lassen.
Das vermehrt einfallende kurzwellige UV-Licht (UV-B) erhöht das Krebsrisiko beim Menschen (besonders das Hautkrebsrisiko der weißen Erdbevölkerung), führt zu Augenerkrankungen und schwächt das Immunsystem.
Zum Schutz der Ozonschicht bestehen internationale Abkommen von Wien, Montreal und Berlin für die Reduktion des Verbrauchs ozonschädigender Gase.
Bodennahes Ozon ist die Leitsubstanz im fotochemischen Smog, der bei gleichzeitigem Auftreten von Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen unter Sonneneinstrahlung gebildet wird.
Es entsteht unter starker Sonneneinstahlung und wird aus Treibhausgasen (z.B. FCKW) gebildet. Deshalb gibt es im Sommer in Städten meist Sommersmog (auch Los-Angeles-Smog genannt).
Dieser entsteht durch starke Sonneneinstrahlung und mit Hilfe von Gasen die durch Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehen. Diese Gase sind sehr wichtig für den Treibhauseffekt.
FCKW
FCKW′s sind chemisch sehr stabil, nicht brennbar und werden als Kältemittel für Kühl- und Gefriergeräte, Wärmepumpen und Klimaanlagen, als Schäumungsmittel für Kunststoffe, als chemische Reinigungsmittel und als Treibgase verwendet.
Bereits seit 1974 stehen sie in Verdacht, die Ozonschicht in der Stratosphäre zu zerstören, wofür die in den FCKW enthaltenen Chloratome verantwortlich sind;
durch die UV-Strahlung werden die Chlorverbindungen gespalten und Chlor-Radikale freigesetzt, welche die Ozonmoleküle zerstören ;
die Folge ist eine erhöhte UV-Einstrahlung auf die Erde. Die Verwendung von vielen Substanzen dieser Klasse wurde bereits gesetzlich verboten bzw. limitiert)
Die Auswirkungen vom Ozon, wenn der Mensch es atmet:
Konzentration Auswirkung
0,04 mg/m3
Geruchsschwelle
0,10 mg/m3
Auftreten von Kopfschmerzen (bei empfindlichen Personen)
0,12 mg/m3
Bei empfindlichen Personen Auftreten von Hustenreiz und Augenbrennen Besonders Asthmatiker beginnen unter Atemnot zu leiden.
0,16 mg/m3
Lungenfunktionsstörungen können auch bei gesunden Personen auftreten.
0,20 mg/m3
Schleimhautreizungen, Augenreizungen, Lungenfunktionsstörungen bei 10% der Empfindlichen und bei 5% der Gesamtbevölkerung. Amerikanische Studien stellten bei einem Drittel der untersuchten Kinder Atembeschwerden und ein um 16% verringertes Atemvolumen fest . Weitere Symptome: Druckgefühl unter dem Brustbein
0,24 mg/m3
Zunahme von Asthmafällen
0,30 mg/m3
Risikogruppen erleiden bleibende Gesundheitsschäden
0,40 mg/m3
Bleibende Gesundheitsschäden auch bei Gesunden, Einschränkung der Augenmuskeltätigkeit
Nicht nur beim Menschen und in der Tier- und Pflanzenwelt, sondern auch an Gebäuden verursacht Ozon schwere Schäden.
Eine Senkung des erhöhten Ozongehalttes der unteren Luftschichten könnte man nur durch eine drastische Emissionsminderung von Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen erreichen.
Im österreichischen Ozongesetz ist eine Verpflichtung der stufenweisen Emissionsminderung für Stickoxide bis zum Jahr 2002 um 70 % enthalten. Es wurden zwar Rückgänge verzeichnet, die allerdings nicht so hoch waren, wie erwartet.
Zum Schutz der Bevölkerung vor kurzfristigen Ozon-Spitzenbelastungen sind Warnstufen festgelegt worden, bei deren Überschreitung die Landeshauptleute Maßnahmen zur Reduktion der Emissionen setzen können.
Smog
Der Ausdruck Smog setzt sich aus den englischen Bezeichnungen für Rauch (smoke) und Nebel (fog) zusammen.
Besonders ungünstige Ausbreitungsbedingungen herrschen bei geringer Luftbewegung. Wird der horizontale und vertikale Luftaustausch durch Windstille und Temperaturumkehr (Inversion) behindert, kann es zu einer gesundheitsbedrohenden Anreicherung von Luftschadstoffen kommen, zu Smog.
Begünstigt wird die Entstehung von Smog durch eine ungünstige geographische Lage, wie zum Beispiel die Beckenlage von Linz oder Graz, oder durch meteorologische Besonderheiten wie hohe Luftfeuchtigkeit (Nebelbildung).
Auswirkungen sind zum Beispiel eine Überreizung der Schleimhäute, und auch Herz und Kreislauf sind gefährdet.
Um die große Fülle von Messwerten beurteilen zu können, werden so genannte Beurteilungswerte berechnet. Zum Beispiel wird aus den laufend gemessenen Immissionskonzentrationen eines Schadstoffes nach jeweils 30 Minuten ein Mittelwert errechnet, der so genannte Halbstundenmittelwert. Auch über längere Zeiträume bildet man Mittelwerte, z.B. 3-Stundenmittelwerte, Tagesmittelwerte, Monatsmittelwerte und Jahresmittelwerte.
Um die Luftbelastungen in Grenzen zu halten, schreibt der Gesetzgeber Notmaßnahmen bei Erreichen bestimmter Belastungswerte vor. Diese Werte sind in den letzen 10 Jahren immer wieder verschärft worden, was zur Folge hat, dass die heute österreichweit gültigen Werte in der Geschichte der Smogalarmdiskussion die strengsten sind.
Smogalarm-Grenzwerte
Dieses Gesetz enthält im Wesentlichen den Auftrag, Smogalarmpläne zu erlassen, Smoggebiete festzulegen, bestimmte Maßnahmen bei Überschreitung näher definierter Grenzwerte zu setzen und schließlich die Grenzwerte, die anzuwenden sind, zu definieren.
Folgende Grenzwerte sind definiert (als 3-Stunden-Mittelwert in mg/m³):
Schadstoff Vorwarnstufe Alarmstufe 1 Alarmstufe 2
Schwefeldioxid 0,4 0,6 0,8
Schwefeldioxid+Staub 0,6 0,8 1,0
Stickstoffdioxid 0,35 0,6 0,8
Kohlenmonoxid 20 30 40
Maßnahmen bei Smogalarm
Für die Alarmstufen 1 und 2 sind Maßnahmen vorgesehen. Viele Betriebe führen jedoch bereits bei Erreichen der Vorwarnstufe freiwillige Produktionsdrosselungen durch. Außerdem wird bereits an die Bevölkerung zum freiwilligen Verzicht auf das Auto appelliert.
Alarmstufe 1 Alarmstufe 2
Zeitliche, räumliche und sachlich begrenzte Beschränkungen oder Verbote für den KFZ-Verkehr
Wie bei Alarmstufe 1
Drosselung der Leistung von Anlagen, von denen die für den Smogalarm maßgeblichen Luftschadstoffe ausgehen.
weitere Drosselung oder Stillegung von Anlagen
Verwendung schadstoffarmer Brennstoffe in Anlagen
Wie bei Alarmstufe 1
Einschränkung des Hausbrandes
weitere Einschränkung des Hausbrandes einschließlich des Verbotes der Verwendung bestimmter Brennstoffe, Einschränkung der maximal zu mäßigen Raumtemperatur
Untersagung von Massenveranstaltungen
Was die Drosselungen von Anlagen betrifft, so sind diese mit den Betrieben abgesprochen und für die betreffenden Anlagen auch bescheidmäßig festgelegt, sodass bei Erreichen der jeweiligen Smogalarmstufe unverzüglich reagiert werden kann.
Saurer Regen
Alle Abgase, die bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe freigesetzt werden, enthalten Schwefeldioxid und Stickoxide. Durch Reaktionen mit der Luftfeuchtigkeit und mit Sauerstoff setzt sich SO2 über Zwischenstufen in Schwefelsäure und NOx in Salpetersäure um.
Diese Säuren sind die Hauptschadstoffe des sauren Regens, der besonders Pflanzen durch die Chlorophylzerstörung und Gebäude schädigt. Auch Boden- und Wasserqualität werden stark beeinträchtigt.
Durch Versauerung verliert der Boden die Fähigkeit, Nährsalze zu speichern. Durch Unterversorgung mit Mineralsalzen kommt es zu erheblichen Wachstumsstörungen und erhöhter Anfälligkeit der Pflanzen gegenüber Schädlingen.
Reduktion der Luftschadstoffe in Österreich
Zu den wirksamen Umweltschutzmaßnahmen zählen vor allem
_ die Reduktion des Schwefelgehalts in Treibstoffen und Heizölen,
_ die Einführung der Katalysatorpflicht für benzinbetriebene Kraftwagen,
_ der vermehrte Einsatz umweltfreundlicher Brennstoffe wie Gas und
_ das Luftreinhaltegesetz für Dampfkesselanlagen.
Auch der Einsatz von FCKWs wurde mittels Verordnungen zum Chemikaliengesetz schrittweise eingeschränkt bzw. verboten.
Der Rückgang der Luftverschmutzung lässt sich unter anderem auch an der Verbesserung des Waldzustandes ablesen.
Nun bleibt es nur zu hoffen, dass nach zahlreichen Aktionen und den bisherigen Klimakonferenzen der gesunde Menschenverstand anfängt zu wirken und wir alle zu schützen beginnen, was am uns Leben hält.
Kommentare zum Referat Die Atmosphäre - Umweltproblem Luft:
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