Schlüsselkonzepte: Umwelt, Medizin, Technologie & Kosmologie

Bewertung: Nachhaltigkeit und Umweltrisiken

Prinzipien der Nachhaltigen Entwicklung

• Grundsatz der Nutzung: Die Entnahme von Ressourcen darf die Regenerationsrate nicht überschreiten (Mehrentnahme oder geringere Regeneration).
• Nachhaltige Extraktion: Die Rate der Entnahme tragbarer Ressourcen muss der Rate der Schaffung von Ersatzressourcen (Energien) entsprechen.
• Prinzip der nachhaltigen Emission: Emissionen müssen unterhalb der Assimilationskapazität der Ökosysteme bleiben, welche die Abfälle aufnehmen.
• Null-Emissions-Prinzip: Null-Emissionen und keine bioakkumulierbaren Stoffe.
• Grundsatz der nachhaltigen Integration: Denken wie ein Ökosystem, um es nicht zu verändern.
• Prinzip der Auswahl nachhaltiger Technologien: Förderung effizienterer Technologien.
• Vorsorgeprinzip: Nutzungsmuster, die die Grenzen der Ökosysteme nicht überschreiten, um Katastrophen zu vermeiden.

Brackwasser

Das Eindringen von Salz in Brunnen.

Alternative Energien

• Sonnenenergie: Nutzung von Sonnenkollektoren zur Erzeugung von Warmwasser oder Solarzellen zur Stromerzeugung.
• Windenergie: Nutzung des Windes zur Stromerzeugung durch Windkraftanlagen.
• Energie aus Biomasse: Brennholz, landwirtschaftliche Abfälle etc., die zur Erzeugung von Wärme, Dampf oder Strom genutzt werden. Dazu gehören auch Biokraftstoffe (Biodiesel, Ethanol).
• Geothermie: Gewinnung von Wärme oder Strom durch die Nutzung von heißem Wasser oder Wasserdampf aus dem Erdinneren (Erdkruste).

Risikoanalyse und Planung

• Gefahr (Danger): Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Phänomens. Gemessen in Grad und der Wiederkehrzeit, in der das Ereignis wiederholt auftritt.
• Verwundbarkeit (Vulnerability): Der zu erwartende Schaden (verlorene Menschenleben und wirtschaftliche Verluste). (z. B. Japan hat gute Gebäude, daher geringe Vulnerabilität).
• Exposition (Exposure) oder Wert: Die Gesamtzahl der Personen oder Güter, die einer bestimmten Gefahr ausgesetzt sind. (z. B. Japan hat viele Menschen, daher hohe Exposition).

Vulkanische Gefahrengebiete

Gebiete in Subduktionszonen (wo es viele Vulkane gibt), Girlanden, Risse, ozeanische Rücken und Hot Spots.

Magnitude und Seismische Intensität

• Magnitude (M): Gemessener Wert, aus dem die durch ein Erdbeben freigesetzte Energie berechnet wird.
• Intensität (I): Beschreibt die Auswirkungen oder Schäden, die durch das Erdbeben entstehen.

Zyklon, Hurrikan und Taifun

Große Stürme, die sich um ein Gebiet mit niedrigem Luftdruck drehen und sich in den warmen Gewässern der tropischen Meere bilden. Winde ab 118 km/h werden als Hurrikan eingestuft. (Warme Luftmassen steigen auf, wenn sie heißer als kalte Luft sind. Die Freisetzung von Energie führt zur Bildung starker Winde und heftiger Regenfälle.)

Lokale Umweltthemen

SMOG

• Schwefelhaltiger oder feuchter Smog: Hoher Gehalt an Schwefel- und Kohlenstoffoxiden.
• Photochemischer Smog: Die Anwesenheit von oxidierenden Substanzen (z. B. PAN) in der Atmosphäre, die durch Reaktionen mit der UV-Strahlung der Sonne entstehen.

Thermische Inversion

Tritt auf, wenn die Lufttemperatur in einigen Teilen der Troposphäre mit der Höhe zunimmt, anstatt abzunehmen. Dadurch können gasförmige Schadstoffe aus den unteren Schichten nicht aufsteigen, was zur Bildung von Wärmeinseln führt.

Zerstörung der Ozonschicht

Die Ozonschicht fungiert als Filter für die UV-Strahlung der Sonne. Hauptursachen sind FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoffe, die Chlor, Fluor oder Brom enthalten) und werden in Spraydosen, Kühlschränken und Reinigungsmitteln verwendet.

Klimawandel und Globale Erwärmung

Treibhauseffekt

1. Sonnenstrahlung dringt durch die Atmosphäre und erwärmt die Erdoberfläche (Land und Wasser).
2. Die Erde sendet langwellige Strahlung aus. Ein Teil davon wird von Treibhausgasen in der Atmosphäre absorbiert und zur Erde zurückgestrahlt.
3. Der Rest der Wärme entweicht in den Weltraum.
4. Treibhausgase: Wasserdampf, Kohlendioxid (CO₂), Methan, Stickoxide.

Globale Erwärmung

Eine Fortsetzung des Treibhauseffekts. Die Verbrennung fossiler Brennstoffe, Abholzung und Viehzucht erhöhen die Menge an Treibhausgasen. Die Atmosphäre speichert mehr Wärme und erwärmt die Erde.

Globale Verdunkelung (Global Dimming)

Die Atmosphäre wird dunkler, wenn die Strahlen durch Umweltverschmutzung blockiert werden und nicht eindringen können.

Mögliche Auswirkungen

Anstieg des Meeresspiegels, Auswirkungen auf die Gesundheit, Veränderungen in Wäldern und Naturgebieten.

Internationale Protokolle

• Kyoto-Protokoll (1997): Ziel: Reduzierung der Emissionen von sechs wichtigen Treibhausgasen. Reduzierung um mindestens 5 % im Zeitraum von 2008 bis 2012.
• Montreal-Protokoll (1987): Ziel: Verhinderung der Zerstörung der Ozonschicht (Reduzierung von FCKW).

Wasserverschmutzung: Eutrophierung

Übermäßiges Wachstum von Algen, das eine Barriere bildet, die den Durchgang von Licht verhindert. Dies führt zum Absterben von Algen und Pflanzen im Untergrund und zum Tod von Wildtieren.

Entwaldung

Ursachen: Abholzung für Landwirtschaft und Viehzucht, Übernutzung der Wälder für die Papier- und Holzindustrie, Urbanisierung, öffentliche Bauarbeiten, Aufgabe traditioneller Waldnutzung. Konsequenzen: CO₂-Senken verschwinden, was die globale Erwärmung verstärkt.

Verlust der Biologischen Vielfalt

Artensterben. Menschliche Einflüsse: Verlust von Lebensraum (Zerstörung), kommerzielle Jagd, Einführung fremder Arten, Einsatz von Pestiziden, Jagd zur Nahrungsbeschaffung.

Abfallwirtschaft: Die 3 R's

Reduzieren, Wiederverwenden, Recyceln.

Bewertung: Medizin und Biotechnologie

Das Immunsystem

Besteht aus Organen, Zellen und Molekülen, deren Funktion es ist, den Körper gegen Infektionen und entartete Zellen zu verteidigen.

Behandlung von Krankheiten: Chemotherapie

Einsatz chemischer Substanzen (Medikamente) zur Vorbeugung und Bekämpfung von Krankheiten:

• Desinfektionsmittel: Substanzen, die Mikroorganismen auf Objekten zerstören (z. B. Alkohol, Bleichmittel).
• Antiseptika: Eliminieren Mikroorganismen, die lebendes Gewebe wie die Haut besiedeln (z. B. Jod, Wasserstoffperoxid).
• Antibiotika: Töten Bakterien. Unterscheidung nach Typ:
  • Bakterizide: Töten Bakterien ab (z. B. Beta-Lactame und Aminoglykoside).
  • Bakteriostatika: Hemmen das Wachstum von Bakterien (z. B. Tetracyclin).
• Virustatika: Medikamente gegen Viren (z. B. Aciclovir, antiretrovirale Medikamente), die virale RNA-Informationen nutzen, um DNA herzustellen.
• Nicht-steroidale Antirheumatika (NSAR) und Entzündungshemmer: (z. B. Aspirin).
• Analgetika: Bekämpfen Schmerzen oder wirken entzündungshemmend (z. B. Morphin, Codein und Heroin – Suchtstoffe; Paracetamol – Nicht-Suchtstoff).
• Steroide: Hormone, die am Stoffwechsel beteiligt sind und entzündungshemmend wirken.
• Andere Medikamente: Antikoagulantien, Antihistaminika (entzündungshemmend).

Behandlung von Krebs

Krebs entsteht durch Zellen, die sich unkontrolliert vermehren.

• Chemotherapie: Einsatz von Substanzen mit zytotoxischer Aktivität gegen Krebszellen.
• Immuntherapie: Impfstoffe, monoklonale Antikörper, radioaktive Isotope (Radioimmuntherapie).
• Strahlentherapie: Einsatz ionisierender Strahlung zur Abtötung von Krebszellen (externe Bestrahlung und interne photodynamische Therapie).

Chirurgie (Cirugía)

• Allgemeine Chirurgie: Bezieht sich auf den Magen-Darm-Trakt.
• Kardiochirurgie: Herz und Gefäße.
• Neurochirurgie: Gehirn oder Rückenmark.
• Gefäßchirurgie: Operationen an Gefäßen oder Knoten.
• Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie: Von der Nase bis zum Hals.
• Plastische und Wiederherstellungschirurgie: Behebung von Schäden oder Verletzungen sowie ästhetische Veränderungen.
• Orthopädie: Knochen und Muskeln.
• Pädiatrische Chirurgie: Chirurgie bei Kindern.

Neue Medizin: Zelltherapie

Behandlung durch Implantation differenzierter Zellen und Kultivierung von Stammzellen.

Anwendungsbereiche der Zelltherapie

• Herz-Kreislauf-Erkrankungen: Differenzierung von Herzmuskelzellen (Kardiomyozyten) oder Myoblasten zur Stärkung des Muskels.
• Erkrankungen des Nervensystems: Bei Krankheiten, die durch den Verlust von Nervenzellen gekennzeichnet sind (z. B. Alzheimer).
• Autoimmunerkrankungen (z. B. Diabetes): Das Immunsystem greift die Insulin absondernden Inselzellen der Bauchspeicheldrüse an.

Assistierte Reproduktion

Hilft Paaren mit unerfülltem Kinderwunsch.

• Künstliche Befruchtung (Insemination): Ablagerung des Samens in der Gebärmutter nach Stimulation der Eierstöcke (zur Auslösung des Eisprungs).
• In-vitro-Fertilisation (IVF): Eine Gruppe von Eizellen wird nach Stimulation gewonnen und im Labor mit Spermien in Kontakt gebracht, um den Befruchtungsprozess zu fördern.
• Intrazytoplasmatische Spermieninjektion (ICSI): Technik der Wahl bei männlicher Unfruchtbarkeit. Ein Spermium wird direkt in eine Eizelle injiziert, die dann zur Entwicklung in die Gebärmutter der Frau übertragen wird.
• Gameten-Intrafallopian-Transfer (GIFT): Ähnlich wie IVF, aber die Gameten werden mittels Laparoskopie direkt in die Eileiter übertragen.

Grundlagen der Computerarchitektur

Central Processing Unit (CPU)

• Steuereinheit: Synchronisiert die anderen Komponenten und entschlüsselt die Anweisungen, die ausgeführt werden müssen.
• Arithmetisch-Logische Einheit (ALU): Führt die mathematischen Operationen aus, die vom Mikroprozessor benötigt werden.

Speicher und Peripherie

• Hauptspeicher (RAM): Verantwortlich für die Speicherung von Daten und Software, die der Computer verwaltet.
• Busse: Kommunikationselemente, die Informationen zwischen verschiedenen Komponenten übertragen.
• Input/Output-Einheiten (Peripherie): Tastaturen, Maus, Bildschirm. Zur Steuerung sind Treiber erforderlich.

Kosmologie: Das Universum und seine Zukunft

Hubble-Gesetz

Stellt fest, dass die Fluchtgeschwindigkeit einer Galaxie direkt proportional zu ihrer Entfernung ist.

Die Zukunft des Universums

• Big Chill (Große Abkühlung): Der Raum dehnt sich auf unbestimmte Zeit aus, verlangsamt durch die Gravitation. Das Universum ist zum Tod in Dunkelheit und Kälte verurteilt.
• Big Crunch (Große Kontraktion): Die Gravitation ist so stark, dass sie die Expansion verlangsamt und schließlich umkehrt, wodurch das Universum in sich zusammenfällt.
• Big Rip (Großes Zerreißen): Die abstoßende Kraft der Dunklen Energie übersteigt die Gravitation. Dies verursacht eine sehr schnelle Expansion, bei der das Universum auseinanderfliegt.

Entstehung des Sonnensystems

(Abschnitt unvollständig)