Menschliche Eingriffe, Klimawandel und die globalen Systeme der Erde

Menschliche Eingriffe in natürliche Systeme

Der Homo sapiens hat eine rasante, technologiebasierte Entwicklung durchlaufen. Die Wissenschaft hat Technologien geschaffen, um die Natur unseren Bedürfnissen anzupassen. Der adaptive Erfolg unserer Spezies hat die kulturelle Evolution über die biologische Evolution gestellt. Die moderne Zivilisation ist gekennzeichnet durch:

• Verbrauch zunehmender Energiemengen.
• Ausbeutung und Degradierung regenerativer natürlicher Ressourcen.
• Belastung der Luft-, Wasser- und Bodenqualität durch Abfälle.

Systemtheorie und das Klima

Die Systemtheorie ist eine Untersuchungsmethode, die uns zum Verständnis komplexer Phänomene führt, wie etwa dem Betrieb des Klimas. Dies wird durch neue Technologien und Supercomputer mit Simulationsprogrammen unterstützt. Systemtheorie und Analysemethoden bieten eine makroskopische Sichtweise, die es uns ermöglicht, komplexe und weitreichende Zusammenhänge zu erfassen, beispielsweise das komplexe System der Umwelt. Wir verstehen, wie natürliche Systeme funktionieren und kennen die Zusammenhänge zwischen natürlichen und sozialen Systemen.

Die Gaia-Hypothese

Einige halten die Gaia-Hypothese, die 1969 vom Umweltschützer und Ingenieur James Lovelock formuliert wurde, für eine wissenschaftliche Metapher. Sie besagt, dass weltweit komplexe Beziehungen zwischen der Biosphäre und anderen Systemen bestehen, sodass Lebewesen in die regulatorischen Prozesse der Erde eingreifen.

Die Atmosphäre und das thermische Gleichgewicht der Erde

Die Atmosphäre fungiert als thermische Maschine. Die einfallende Lichtstrahlung liefert Energie, die Pflanzen für ihre Ernährung nutzen. Die von der Oberfläche reflektierte Energie kehrt als Infrarotstrahlung (IR) niedrigerer Energie in die Atmosphäre zurück. Da nicht alle Landflächen die gleiche Menge an Strahlung abstrahlen und die Sonneneinstrahlung nicht überall gleichzeitig erfolgt, entstehen Temperaturunterschiede, die zu Luftzirkulationen und Massenbewegungen führen, um die Temperatur zwischen verschiedenen Gebieten der Erde auszugleichen.

Der Treibhauseffekt

Die Überhitzung der Atmosphäre wird durch die Anwesenheit von Gasen in der Luft, den sogenannten Treibhausgasen, reguliert. Die wichtigsten Treibhausgase sind H₂O, CO₂, CH₄ und N₂O. Dieses Phänomen ermöglicht es, dass die Erde bewohnbar ist. Die fortlaufende Akkumulation und Emission dieser Gase durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe führt jedoch zu einer Überhitzung.

Definition und Ursachen des Klimawandels

Das Klima beschreibt die Wettermuster (Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Niederschlag) über einen langen Zeitraum und große Flächen. Beschleunigende Trends in diesen Mustern führen zum Klimawandel.

Ursachen des Wandels:

• Natürliche Ursachen:
  • Plötzlich (z. B. Vulkanausbrüche)
  • Kurzfristig (z. B. Sonnenflecken)
  • Mittelfristig (z. B. Schwankung der Erdachse)
  • Langfristig (z. B. Milanković-Zyklen)
• Anthropogene Ursachen:
  • Zufuhr von Gasen in die Atmosphäre (verstärkter Treibhauseffekt).
  • Landschaftszerstörung (Abholzung, Verstädterung, Bodenzerstörung).

Der anthropogene Einfluss auf das Klima

Die Konzentrationen von CO₂ in der Atmosphäre sind seit der industriellen Revolution um 30 % gestiegen und haben 270 ppm überschritten. Dieser Anstieg korreliert mit der Industrialisierung (fossile Brennstoffe) und dem Bevölkerungswachstum in den letzten 100 Jahren. Wir müssen uns Sorgen um die kumulative Wirkung menschlicher Handlungen machen, die CO₂ in die Atmosphäre freisetzen. Dies ist ein Experiment, dessen Auswirkungen noch nicht vollständig bekannt sind. Klimatologen arbeiten mit Simulatoren, die jedoch Effekte wie die globale Verdunkelung (Global Dimming) nicht immer berücksichtigen.

Globale Erwärmung: Symptom und Unsicherheit

Globale Erwärmung bedeutet nicht, dass die Temperatur überall steigt, sondern beschreibt eine statistische Tendenz der Atmosphäre, ihre Durchschnittstemperatur zu erhöhen. Die Erwärmung ist ein Symptom, das eine Reihe von Veränderungen anzeigt, deren wahres Ausmaß und deren genaue Interpretation den Wissenschaftlern noch nicht vollständig bekannt sind. Es ist unsicher, wie sich das Klima entwickeln wird und welche Auswirkungen die bekannten Ursachen haben werden.

Urbane Atmosphären und Luftverschmutzung

Städte sind von einer dichteren und wärmeren Luftschicht umgeben (Wärmeinsel-Effekt). Dies liegt an der Anwesenheit von festen und flüssigen Partikeln (Aerosolen) in der Schwebe sowie an der Strahlung von heißem Asphalt und Gebäuden, die Wärme absorbieren und langsam abgeben. Während früher die Industrie die Hauptursache für Luftverschmutzung war, ist heute der Verkehr die primäre Quelle. Die Reaktion, die zur Bildung von bodennahem Ozon führt, ist vereinfacht:

Abgase (organische Verbindungen) + N₂, O₂ (Luft) + Wärmeenergie → Stickoxide (NOx) → O₃ (Ozon in der Troposphäre)

Die Hydrosphäre und der Wasserkreislauf

Die Hydrosphäre umfasst das gesamte Wasser des Planeten und bedeckt drei Viertel der Erdoberfläche. Wasser ist in Ozeanen, Eiskappen, Gletschern, Grundwasser, Flüssen, der Atmosphäre und in Lebewesen gespeichert.

Schlüsselkonzepte der Wasserbewegung

• Verweildauer: Die durchschnittliche Zeit, die eine bestimmte Menge Wasser in einem Reservoir der Hydrosphäre verbleibt (z. B. Aquifer: Hunderte von Jahren; Fluss: 10–20 Jahre).
• Umschlagshäufigkeit: Die Anzahl, wie oft ein bestimmtes Reservoir pro Jahr erneuert wird.

Der hydrologische Kreislauf

Die Wechselwirkungen zwischen Hydrosphäre und Atmosphäre bilden den hydrologischen Kreislauf. Durch Transportprozesse werden jährlich rund 40.000 km³ Wasser von den Ozeanen zu den Kontinenten und zurück mobilisiert. Der Wasserhaushalt ist ausgeglichen (0), da Wassermoleküle nicht verloren gehen. Da zirkulierendes Wasser durch die Atmosphäre strömen muss, sind die Ozeanzirkulation (Meeresströmungen) und die atmosphärische Zirkulation gekoppelt. Sie sind Teil eines globalen Systems, das konvektive Wärme von der tropischen Zone zu den Polen transportiert.

Die Rolle der Tropenwälder

Die Transpiration der Pflanzen in Tropenwäldern lädt die Atmosphäre mit Wasserdampf auf und verlangsamt die Erwärmung des Bodens und des Meeres. Wenn Waldbäume abgeholzt werden, zieht das Regenwasser Bodenmaterial in Flüsse und Ozeane, was zu Verlusten führt und das globale atmosphärisch-hydrosphärische Zirkulationsmuster verändert.

Die Biosphäre und der Verlust der Biodiversität

Die Biosphäre besteht aus organisierten Lebewesen und Ökosystemen.

Biologische Vielfalt (Biodiversität)

Die biologische Vielfalt spiegelt die Anzahl der lebenden Arten an einem bestimmten Ort im Verhältnis zur Gesamtzahl der Individuen in der Gemeinschaft wider. Sie repräsentiert die Menge und Variabilität lebender Organismen. Die Zahl der Individuen wird durch Faktoren wie die Verfügbarkeit von Nahrungsmitteln oder das Fehlen von Raubtieren bestimmt. Die Artenzahl wird durch den Grad der Reife und Entwicklung des Ökosystems bestimmt.

Bedrohung durch die Zivilisation

Die menschliche Zivilisation wurde auf Kosten der anhaltenden Besetzung neuer Gebiete und des Zugangs zu neuen Ressourcen aufgebaut. Mit dem Fortschritt der Zivilisation wird die Natur anfälliger, und die biologische Vielfalt geht verloren.

Der Randeffekt (Effect Border)

Der Rand eines Waldes ist anfälliger für äußere Einwirkungen. Wenn der Umfang der Randzone zunimmt, wird dieser Wald anfälliger für äußere Einflüsse, und die biologische Vielfalt geht verloren.

Internationale Gesetzgebung zum Artenschutz

• UNEP (UN-Umweltprogramm) verwaltet den Vertrag CITES (Convention on International Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora).
• CITES regelt den Handel mit exotischen Arten zwischen verschiedenen Ländern und verbietet den Handel und Verkehr von mehr als 35.000 Arten (Flora und Fauna).
• IUCN (International Union for Conservation of Nature) führt eine Rote Liste aller bedrohten Arten.