Lösung der Aufgaben

 

1  Lösen Sie die Aufgabe in Abbildung 1A!

3000[Liter/Jahr]*2,7[kg/Liter] = 8100  [kg  CO₂  / Jahr] 

8100 [kg CO_{2 /} Jahr]  / 20 [kg CO₂ / Baum]  = 405 [Baum]

 

2  Wie viel  CO₂   entsteht bei der Verbrennung von 1 Liter Heizöl?

Dichte ~ 0,85 kg/Liter, Kohlenstoffgehalt  ~85 %; 1Liter Öl ≡ 0,72 kg C

C + O₂ = CO₂              →    12 [kg C] + 32 [kg O₂ ] = 44 [kg CO₂  ]

 →    0,72 [kg C] = (0,72/12)*44  = 2,64 [  kg CO₂  ]

 

3  Was suggeriert die Aufgabestellung in Abbildung 1A?

Die Aufgabenstellung suggeriert, dass ca. 400 Bäume das freigesetzte Kohlendioxid der Heizungsanlage beseitigen.

 

4  Zu welchem Denkfehler verführt die Aufgabe in Abbildung 1A?

Die Tatsache, dass die von den Bäumen gebundene Kohlendioxidmasse beim Verrotten der Bäume (wieder) freigesetzt wird, wird bei der Aufgabenstellung nicht berücksichtigt.

 

5  Die auf dem Land biologisch gebundene Kohlenstoffmasse der Erde beträgt etwa 2000 GtC. Etwa 65 % davon ist unterirdisch im Boden Integriert. Die überirdische Biomasse beträgt ca. 30 %, der Rest, ca. 5%, ist die Streu.  Berechnen Sie anhand der in Abbildung 1B gezeigten Kohlenstoff-Massenströme, wie lange durchschnittlich der Kohlenstoff als Streu gebunden ist.

Siehe Aufgabentext	Siehe Abbildung 1B
Streu: 2000*0,05 = 100 [GtC]	55 [GtC / Jahr]	100 [GtC] / 55 [GtC / Jahr]  = 1,8  [Jahr]

 

                 

6  Vergleichen Sie die Aussagen der Abbildungen 2, 3 und 4! Wie hoch ist die CO2-Masse in der Atmosphäre, auf dem Land und in dem Ozean? Wie hoch sind die jährlichen Austauschmengen?

CO2-Masse

Land:                                 2050 bzw. 2000 GtC,                     

Ozean:                               (38100+1800) bzw. 39000 GtC

Atmosphäre:                     600 bzw. 750 GtC

 

CO2-Massenstrom

Land↔ Atmosphäre:        100 – 120 bzw. 100 GtC/a;            

Ozean↔Atmosphäre:      100 – 115 bzw. 74 GtC/a

 

7         Vergleichen Sie anhand Abbildung 3 die natürlichen und anthropogenen

CO2-Massenströme zwischen Atmosphäre und Land!

Natürlich ca.                                           anthropogen ca.

90 – 120 GtC/a;                                     (5,3 + 0,6 bis 2,6) = 6 – 8    GtC/a 

Anthropogener Anteil ca. 7 %

 

 

8         Wie hoch ist der anthropogene Anteil der CO₂-Zufuhr in die

Atmosphäre nach Abbildung 5?

anthropogen: 7 GtC/a ; 

natürlich  100 GtC/a (Land) + 100 GtC/a (Ozean) = 200 GtC/a

7 / 200 = 3,5 %

           

9        Warum ist die Zunahme der CO₂-Masse in der Atmosphäre geringer als die

anthropogene CO₂-Zufuhr?

Die C-Masse auf dem Land nimmt zu (Vegetation wird schneller);

Die C-Masse im Ozean nimmt zu (wegen der höheren Partialdruck der Atmosphäre);

D.h.: sowohl Land als auch Ozean ist eine Senke für C

 

10    Unter welchen Umständen könnte die Zunahme der CO₂-Masse in der

Atmosphäre höher sein als die anthropogene CO₂-Zufuhr?

Bei zu viel Waldbrand; bei einem plötzlichen Ausstoß aus dem tiefen Ocean; bei starken Vulkanischen Tätigkeiten; bei auftauchen von Permafrostböden etc.

 

11    Wie hoch ist die verbleibende CO₂-Zunahme der Atmosphäre im Vergleich zur

jahreszeitlicher Zunahme im Zeitraum 1959 – 1963 laut Abbildung 6?

Jahreszeitliche Zunahme:            Jahr:59 – 60 = 7ppm,          Jahr:60 – 61 = 6,5 ppm       

Jahr:61 – 62 = 6,2 ppm   Jahr:62 – 63 = 6ppm            ∑ = 25,7 ppm

Verbleibende Zunahme   Minimalstellen = 2,2 ppm, Maximalstellen = 2,8 ppm

Mittelwert = 2,5 ppm

Die jahreszeitliche Zu- und Abnahme ist zehnmal so groß wie die verbleibende

Zunahme. Abbildungen 3 und 5 lassen noch größere Unterschiede erwarten. Die Werte in den Abbildungen 3 und 5 sind globale Werte, die Messung nach Abbildung 6 ist eine lokale Messung! Die verbleibende Zunahme ist für die Klimaerwärmung verantwortlich!

 

12    Warum ist die Jahreszeitliche Zunahme in Abbildung 6 höher als die

Verbleibende Zunahme?

Der natürliche Kreislauf ist eine Größenordnung höher als der anthropogene

(siehe Abbildungen 3 und 5)

 

 

13   Erklären Sie die jährlichen Schwankungen der CO₂-Konzentration der

Atmosphäre in Abbildung 6!

Von ca. November bis ca. April ist das Wachstum der Pflanzen auf der Nordhemisphäre gering, CO₂ wird nicht verbraucht, die Verrottung der Pflanzen setzt CO₂  frei, die CO₂-Konzentration steigt. Von ca. Mai bis ca. September verursacht das intensive Pflanzenwachstum die Senkung der -Konzentration der Atmosphäre

 

14    In Abbildung 8 zeigt Egbeck, dass bei den Klimasprüngen der letzten 400000

Jahre stets zuerst die Temperatur anstieg und erst danach die CO₂-Konzentration. Hieraus zieht Egbeck die Schlussfolgerung, dass der durch die Sonnenstrahlung verursachte Temperaturanstieg die  CO₂-Konzentration ansteigen lässt.  Zeigen Sie anhand der Diagramme 7,  9 und 11, dass Egbecks Behauptung falsch ist.

Diagramm 7 zeigt die Zunahme der CO₂-Konzentration der Atmosphäre von ca. 270 auf ca. 370 ppm. Diagramm 11 zeigt den Temperaturanstieg um ca. 0,8 K im gleichen Zeitraum. Trägt man beide Schwankungen in Diagramm 9 ein, so sieht man, dass sich die Temperaturschwankungen im natürlichen Bereich bewegen, während die CO₂-Konzentration Werte annimmt, die in den vergangenen 400000 Jahren nie erreicht wurden. Die CO₂-Zunahme kann also nicht die Folge der Temperaturerhöhung sein, sondern nur die Ursache.

 

15   Um welchen Betrag hat sich die Erdtemperatur seit 1965 durch menschliche

Einflüsse erwärmt, wenn man voraussetzt, dass die CO₂–Zunahme in diesem Zeitraum durch Verbrennung verursacht wurde. Benutzen Sie für die Lösung Tabelle 1 und Abbildung 6.

CO₂–Zunahme 1965 – 2000 (Abb. 6)  365 – 315 = 50 ppm

Tabelle 1: CO₂–Anteil am Treibhauseffekt ~8,6 K (Jahr 2000)

CO₂–Anteil am Treibhauseffekt Jahr 1965  ~8,6 ∙ 315  /365  ≈ 7,4 K

Von CO₂–Zunahme verursacht: ≈ 8,6 – 7,4 ≈ 1,2 K

 

16   Wie oft war in den vergangenen 10tausend Jahren die globale Erdtemperatur

höher als heute?

3mal, vor ca. 1 – 2000, vor ca. 4 – 7000 und vor ca. 9000 Jahren

 

17   Wenn lediglich die Abbildungen 7 und 11 betrachtet werden, entsteht der

Eindruck, dass der Temperaturanstieg seit Beginn der Industrierevolution durch den Anstieg der CO₂-Konzentration verursacht wird. Betrachtet man lediglich die Abbildungen 11 bis 14, entsteht der Eindruck, dass sich der Temperaturanstieg der vergangenen 200 Jahre im Rahmen der natürlichen Schwankungen bewegt. Worauf basiert die Hypothese, dass dieser Temperaturanstieg auf die Wirkung der Treibhausgase zurückzuführen ist?

Seit 420000 Jahren war die  CO₂-Konzentration der Atmosphäre nie so hoch wie heute (Abb. 7 und 9). Dies ist ein sehr starkes Indiz, dass die Temperaturerhöhung der vergangenen ca. 100 Jahren in erster Linie auf die Wirkung der Treibhausgase zurückzuführen ist.

18 Die Solarkonstante beträgt 1370 W/m². Laut Abbildung 18 empfängt die Erde einen mittleren Strahlungsstrom  von lediglich 342 W/m². Warum?                        Kugeloberfläche: ;     Kreisoberfläche: ;       1370 / 4 = 342,5

19   Wie hoch ist nach Abbildung 18 die theoretisch höchstmögliche Strahlungsausbeute (in [kWh/m²a]) von Solarkollektoren auf der Erde?

Ohne Reflektion: (168+30)*24*365/1000 = 1734 kWh/(m²a

20   In Deutschland beträgt die Sonneneinstrahlung je nach Region zwischen ca. 950 und 1100 kWh/m²a, der Kollektorertrag jedoch lediglich 440 – 520 kWh/m²a. Warum?

Beispiel: Außentemperatur 0°C, die Sonne erwärmt den Kollektor auf 20°C, die Wärme auf diesem Temperaturniveau ist für die Heizung nicht verwertbar. Mit zunehmender Absorbertemperatur nehmen die Verluste überproportional zu. Wegen optischen Verlusten des Kollektors und Wärmeverlusten des Gesamtsystems kann die theoretisch mögliche Ausbeute nie erreicht werden!

21    Vergleichen Sie die globalen Temperaturmessungen der Abbildungen 11 und 19  im Zeitbereich 1860 bis 2000. Wie erklären Sie die Unterschiede?

Beide Diagramme zeigen von ca. 1860 bis ca. 1900 einen einigermaßen konstanten Temperaturverlauf. Von ca. 1900 bis ca. 1940 ist in beiden Diagrammen ein Temperaturanstieg von ca. 0,4 K zu sehen. Von ca. 1940 bis ca. 1970 kam in beiden Abbildungen ein Temperaturrückgang von ca. 0,1 K (Nuklearer Winter???) Seit ca. 1970 ist in beiden Diagrammen ein steiler Temperaturanstieg zu beobachten: In Abb. 11 beträgt der Anstieg ca. 0,4 K, in Abb. 14 ca. 0,6 K. Dieser Unterschied kann darauf basieren, dass Abb. 11 den Temperaturverlauf der ganzen Erdoberfläche, während Abb. 19 der Nordhemisphäre darstellt.

22    Charakterisieren Sie die in Abbildung 20 dargestellten Messungen. Unterteilen Sie dabei die Erdoberfläche in drei Regionen a) Äquator-Region, b) Südhemisphäre und c) Nordhemisphäre.

a)      Die Äquator-Region zeigt die geringste Temperaturänderung mit einer schwachen Tendenz zur Temperaturerhöhung.

b)      Die Südhemisphäre eine etwas höhere Temperaturänderung auf als die Äquator-Region. Einige Gebiete zeigen eine Absenkung der Temperatur, andere eine deutliche Erhöhung.

c)       Die Nordhemisphäre zeigt die stärkste Temperaturerhöhung. Die Temperaturerhöhung ist besonders stark über dichtbesiedelten Gebieten wie Westeuropa, Nordamerika und China.

 

23  Wie wirken sich die Tiefseeströmungen auf das globale Klima aus?

Wenn die Tiefseeströmung mehr CO₂ von der Ozean-Oberfläche in das Tiefsee transportiert, kühlt sich das Klima ab. Wenn hingegen der CO₂ –Transport zur Meeresoberfläche dominiert, erwärmt sich das Klima. Die Unsicherheit in diesem Transport ist sehr groß, deren Wirkung ist schwer abschätzbar.

 

24  Wie wirkt sich die globale Temperaturerhöhung auf das Meeresspiegel aus?

Meeresspiegel steigt, große Landstriche werden überflutet, Migration mit vielen Flüchtlingen

 

25  Wie wirkt sich die globale Temperaturerhöhung auf die Wasserversorgung aus?

Trinkwasserknappheit bei Dürreperioden, Trinkwasserknappheit in Gebieten, wo Gletscher-Schmelzwasser Trinkwasserreservoire darstellt (z.B. Alpen)

 

26   Wie wirkt sich die globale Temperaturerhöhung auf Nahrungsmittelversorgung aus?

Ernteausfall bei Dürrekatastrophen

Ernteausfall bei übertrieben nasser Witterung

 

27  Wie wirkt sich die globale Temperaturerhöhung auf internationale Konflikte aus?

Mit Zunahme von Kriegen, Flüchtlingsströmen, Terroranschlägen  und Kriegen muss gerechnet werden

28  Nach dem Kyoto-Protokoll ist Deutschland verpflichtet, seinen Ausstoß an den Treibhausgasen bis 2012 um 21 Prozent gegenüber dem Stand von 1990 zu senken. Die Werte für den Stand von 1990 können aus Tabelle 2 entnommen werden. Das Wirtschaftsministerium und das Umweltministerium haben sich in März 2004 in der CO₂-Reduktion darauf geeinigt, die Kohlendioxidemissionen für Industrie und Energiewirtschaft bis 2012 auf 495 Millionen Tonnen zu begrenzen. Um welchen Betrag muss in Deutschland die CO₂-Emission im nicht-industriellen Bereich von  Haushalt, Gewerbe und Verkehr reduziert werden, damit das Kyoto-Protokoll erfüllt wird?

Gesamtemission  1990 (temperaturbereinigt) :     1038,7*10⁶ t / a

21 % von 1038,7*10⁶ t / a                          =           218,1*10⁶ t / a

Energie und Industrie:

646,4*10⁶ t / a  -  495*10⁶ t / a                   =           151,4*10⁶ t / a                              

Haushalt, Gewerbe und Verkehr:

218,1*10⁶ t / a  -  151,4*10⁶ t / a               =             66,7*10⁶ t / a

 

29 Wo liegt die Schwierigkeit für Deutschland, das Kyoto-Protokoll zu erfüllen? Interpretieren Sie in dieser Hinsicht Tabelle 2!

 

Während die Summe der Emissionen für Energie und Industrie von 1990 bis 2002 über 20 % gesunken ist, sank die Summe der anderen Sektoren (Gewerbe, Verkehr und Haushalt) lediglich um ca. 5 %. Die Industrie hat ihre Kyoto-Verpflichtung  bereits bis 2002 erfüllt. Von den „anderen Sektoren“ haben Gewerbe, Handel und Dienstleistungen ihre Kyoto-Verpflichtung  mit über 30 % Emissionsminderung ebenfalls erfüllt. Die Reduktion der Emission durch die Haushalte beträgt von 1990 bis 2002 lediglich etwa 4 %. Hier müssen noch sehr große Anstrengungen unternommen werden. Besonders problematisch ist der Sektor Verkehr, bei dem die

Emission im betroffenen Zeitraum ca. 10 % zunahm. Kann dieser Zuwachs nicht eingedämmt werden, muss in allen anderen Sektoren eine überdurchschnittliche Abnahme erfolgen, um die Verpflichtungen des Kyoto-Protokolls zu erfüllen.

 

30  Warum zeigt in Tabelle 2 die „Temperaturbereinigung“ einen stärkeren Einfluss auf die CO₂-Emission der Haushalte als auf die der anderen Sektoren?

 

Der Temperaturanstieg von 1990 bis 2002 führte zu einer deutlichen Reduktion der erforderlichen Heizleistung. Die Temperaturbereinigung ist die Zurückführung des Heizenergieverbrauchs auf das gleiche Temperaturniveau.