Kursthemen

  • Allgemeines

    Klima in Städten. Basis

    Seit Beginn des 19. Jahrhunderts sind die Städte stark gewachsen. Im 20. Jahrhundert nahm dieser Trend weiterhin zu. Mega-cities mit mehr als 10 Millionen Einwohnern sind heute keine Ausnahme mehr. Die dichte Bebauung auf einem relativ kleinen Raum verändert verschiedene Klimafaktoren. Hierzu zählen Temperatur, Windgeschwindigkeit und Windrichtung. Gleichzeitig wird das Stadtklima aber auch von den natürlichen Klimafaktoren geprägt, der geographischen Breite, der Landschaftsgestalt, Landnutzung und der Nähe von Gewässern.

    Das Stadtklima wird nicht nur durch die Gebäude, sondern auch durch die menschliche Aktivität beeinflusst, insbesondere durch Industrie und Verkehr. Beide Faktoren sind in den städtischen Ballungsräumen besonders konzentriert und beide führen zur Emission verschiedenster Verschmutzungen. Luftverschmutzung hat negative Auswirkungen auf die natürliche Umwelt, die Wirtschaft und auf die menschliche Gesundheit. Zu diesen Auswirkungen gehören z.B. Smog und saurer Regen. Die Ursachen und Auswirkungen von Luftverschmutzung sowie Vermeidungsmöglichkeiten und die speziellen Eigenschaften des Stadtklimas werden hier besprochen.

    Klima in Städten

  • Abschnitt 1

    Einheit 1:
    Luftverschmutzung durch menschliche Aktivität

    Die Luftverschmutzung durch menschliche Aktivität ist gerade im städtischen Raum ein ernsthaftes Problem. Sie verändert das städtische Klima und mindert den Wert der natürlichen Umwelt. Sie wirkt sich negativ auf die Wirtschaft und auf die menschliche Gesundheit aus. Die Ballung von Industrie und hohes Verkehrsaufkommen bewirken den großen Eintrag von Luftverschmutzung in der Stadtluft. Das Auftreten von Smog und der Niederschlag von Stäuben und Ruß sind typische Auswirkungen der Luftverschmutzung.

    Neben der 'Grundbelastung' können Unfälle in der Industrie oder Fehlfunktionen in Herstellungsprozessen auch zu einer plötzlichen starken Erhöhung der Verschmutzung führen. Die Folge kann eine dauerhafte Umweltzerstörung und eine gefährliche Belastung für die menschliche Gesundheit sein. Verschmutzungsprobleme sind oft international. Ein typisches Beispiel war und ist teilweise immer noch das sogenannte 'Schwarze Dreieck' in der Grenzregion von Ostdeutschland, Südpolen und der Tschechischen Republik. Hier werden große Kohlelagerstätten abgebaut und industriell verwertet.

  • Abschnitt 2

    Einheit 2:
    Stadtklima

    Das Klima einer bestimmten Stadt wird zunächst von vielen natürlichen Faktoren bestimmt. Hierzu gehören die geographische Breite, die Gestalt der umgebenden Landschaft und die Nähe zu großen Gewässern bzw. zum Meer. Je mehr eine Stadt wächst, desto mehr bestimmen weitere Faktoren (vom Menschen erzeugte Wärme, Luftverschmutzung, ...) das lokale Klima und tragen so zu einem besonderen 'Stadtklima' bei.

    Die große Zahl der Einwohner und die durch den Energieverbrauch erzeugte Wärme tragen ebenso dazu bei, dass die Stadt wärmer ist, als das Umland, wie auch die Bebauung mit Beton, Ziegeln, Stein und die Bodenversiegelung mit Asphalt. Die große Dichte der Gebäude trägt zu Veränderungen im Wind bei. Es kommt zu einer besonderen Luftzirkulation, die wir als Stadtwind (engl.: urban breeze) bezeichnen können.

    Großraum Kobe Osaka

    1.Das Satellitenbild zeigt in grau-braun Tönen die ineinanderwachsenden Städte im Großraum Kobe / Osaka in Japan. Die Darstellung in Echtfarben (Vegetation in Grün) zeigt, wie sehr die Megacities das natürliche Umfeld verändern.
    Quelle: NASA visible Earth

  • Abschnitt 3

    Einheit 3:
    Saurer Regen

    Ohne Wasser wäre Leben auf der Erde nicht möglich. Seine Qualität ist für uns und die Natur von großer Bedeutung. In der Luft enthaltene Säuren können das Regenwasser belasten. Sinkt sein pH-Wert unter 5,6, so sprechen wir von saurem Regen. Hauptverantwortlich für dieses Phänomen sind die Luft verunreinigenden Gase, vor allem Stickoxide (NO, NO2) und Schwefeldioxid SO2. Während diese Emissionen, insbesondere das Schwefeldioxid, in Europa in den letzten Jahrzehnten stark gesunken sind, geht der Trend in Asien noch nach oben.

    Saurer Regen löst eine Kette von Wirkungen aus, die die gesamte Umwelt betreffen. Das mit Säure belastete Wasser des Niederschlages geht in das Oberflächenwasser und das Grundwasser über. Im Boden aktiviert es Aluminiumionen und wäscht die Nährstoffe aus. Dies führt zur Schädigung oder zum Absterben von Bäumen. Der saure Regen führt aber auch zu direkten Schäden. Die Pflanzenvielfalt (Biodiversität) der betroffenen Gebiete ist gefährdet.
    Saurer Regen trat oder tritt vor allem in Europa, den USA und Südost-Asien (insbes. China) in der Nähe stark verstädterter und industrialisierter Gebiete auf. Durch den Ferntransport von Luftverschmutzung kann der saure Regen aber auch relativ weit entfernt von der Quelle der Emission niedergehen.

  • Abschnitt 4

    Das CO2 Problem

    Die vom Menschen verursachten Kohlendioxidemissionen sind nicht nur ein Problem der Luftverschmutzung in Städten sondern ein globales Problem. Seine Lösung stellt die Weltgemeinschaft vor eine der größten Herausforderungen unserer Zeit. Warum ist dies so?

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    Kohlendioxid aus fossilen Quellen

    Der vom Menschen verursachte Treibhauseffekt treibt die Erwärmung des Weltklimas an, die mit erheblichen überwiegend negativen Folgen für alle Regionen der Welt, die Ökosysteme, die Menschen und die Weltwirtschaft einhergeht. Kohlendioxid (CO2) ist das wichtigste vom Menschen erzeugte Treibhausgas. Das meiste in die Atmosphäre entlassene Kohlendioxid stammt aus der Verbrennung fossiler Energieträger (Kohle, Öl, Erdgas). Die Reduktion der CO2 Emissionen ist ein erklärtes Ziel der Regierungen dieser Welt seit dem Klimagipfel 1992 in Rio de Janeiro. Bisherige Versuche, die weltweiten Emissionen zu reduzieren, sind jedoch bislang gescheitert. Die folgenden Diagramme geben eine Übersicht über die globalen Emissionen von CO2 aus der Verbrennung fossiler Energieträger. Nicht berücksichtigt sind Emissionen aus der Umwandlung von Land, insbesondere durch Rodung oder Waldbrand.

    weltweite CO2 Zunahme

    1. Die Grafik belegt den kontinuierlichen Anstieg der CO2 Emissionen über die letzten 25 Jahre seit 1980. Die Volksrepublik China überholt derzeit die USA als größten Emittenten von Kohlendioxid.
    Daten: IEA (Werte für 2005 aus separater Quelle.)

    21 Länder emittieren über 80% allen Kohlendioxids

    Die folgende Grafik zeigt die Anteile von 21 Staaten an den globalen CO2 Emissionen im Jahr 2004.

    CO2 Emissionen 2004 - 21 führende Staaten

    2. Anteil der Staaten mit mehr als 300 Mio. Tonnen CO2 Ausstoß am Gesamtausstoß. Daten: IEA

    Innerhalb von 25 Jahren haben sich die Gewichte im Energiekonsum stark verschoben. Die Grafik rechts zeigt dieselben Staaten (mit Ausnahme der jetzt aufgelösten UdSSR) mit ihren Anteilen an den CO2 Emissionen im Jahr 1980. Auch zu dieser Zeit stellten sie schon über 80% des Gesamtausstoßes, doch haben sich die Gewichte innerhalb der Gruppe verschoben. Die USA, UdSSR, Japan, China und die europäischen Staaten dominierten. Im Jahr 2004 hat sich der Anteil der Schwellenländer insbesonder in Asien deutlich vergrößert.

    CO2 Emissionen 1980

    3. Anteil der CO2 Emissionen der 21 heute wichtigsten Emittenten im Jahr 1980. Daten: IEA, Grafik: Elmar Uherek

    Die Entwicklung in China ist besonders augenfällig. Der bevölkerungsreichste Staat der Erde weist ein rasantes Wirtschaftswachstum auf. China geht mit einem großen Bedarf an Energie einher. Es verfügt nur über geringe Öl- und Gasressourcen, wohl aber über große Kohlevorräte. Kohle belastet die CO2-Bilanz stärker als Öl und Gas. Durch die Dominanz Chinas wird oft übersehen, dass mehrere andere asiatische Staaten ihre Kohlendioxidemissionen seit 1980 mehr als verdreifacht haben. Sie verbergen sich in der Grafik links hinter der stark ansteigenden Kurve der "restlichen Welt".

    Entwicklung der Emissionen: China, USA, Europa

    4. Entwicklung der CO2 Emissionen Europas (ohne vormalige UdSSR), der USA, Chinas und der restlichen Welt im Vergleich. Daten: IEA

    1980 und 2004 im Vergleich

    5. Vergleich der absoluten Emissionen 1980 und 2004 (Russland im Vergleich zu den Emissionen der ehemaligen UdSSR). Mehrere asiatische Schwellenländer oder ehemalige Schwellenländer haben ihre CO2 Emissionen innerhalb von 24 Jahren verdreifacht: China, Indien, Südkorea, Taiwan und Indonesien.

    Anteile an der Weltbevölkerung

    6. Anteil der 21 größten Emittenten an der Weltbevölkerung (in Reihenfolge der CO2 Emissionen). Mehrere Staaten gewinnen bei allmählich wachsender Wirtschaft auch deshalb an Bedeutung, weil ihr Anteil an der Weltbevölkerung hoch ist. Zu ihnen gehören China, Indien, Brasilien und Indonesien.

    Das veränderte Bild der emittierenden Welt

    Steigende Weltbevölkerung, Wirtschaftswachstum und zunehmender Konsum in vielen Schwellenländern, zögerliche Einführung neuer Technologien und weiterhin ansteigender Energiebedarf in den alten Industrieländern und ein unverändertes Verhalten der Verbraucher in der "reichen Welt" führen dazu, dass die globalen Emissionen an Kohlendioxid entgegen allen dem Weltklima dienenden Zielen bisher gestiegen sind. Die extremen Unterschiede in der Wirtschaftskraft werden insbesondere zwischen asiatischen Staaten einerseits und europäischen und nordamerikanischen Staaten andererseits geringer. Man strebt aber in punkto Emissionen bislang nicht auf die Mitte zu, sondern die Schwellenländer steuern das Niveau der Industrieländer an.

    Emissionen 2004 pro Kopf

    7. Pro Kopf Emissionen in Tonnen CO2 pro Jahr: Zwischen den großen Emittenten gibt es deutliche Unterschiede. Klimaneutral wären Emissionen in der Größenordnung von ca. 2 Tonnen pro Jahr. Daten: IEA, US Census

    Lediglich 3 Staaten unter den 21 führenden haben überhaupt Emissionen eingespart: Deutschland, Frankreich und Großbritannien. Hierbei konnte Deutschland (1980 noch BRD + DDR) in seiner Bilanz vom Zusammenbruch ostdeutscher Industrien profitieren. Frankreich hat für westeuropäisches Niveau relativ niedrige CO2 Emissionen, ist aber auch einer der weltgrößten Produzenten von Kernenergie.

    Die heutige Situation und der Trend der letzten Jahre stehen im Kontrast zu einer immer dringlicher notwendigen Energiewende. Die in der OECD organisierten alten Industriestaaten haben in vielen Fällen das Know-how für alternative Technologien. Ihre Anwendung jedoch muss in einer weit größeren Gruppe von wirtschaftlich aufstrebenden Staaten erfolgen. Da die weltweite Einführung technischer Lösungen mehr Zeit benötigen wird, als das Klimasystem erlaubt, sind für die Zukunft drei parallele Prozesse zu erwarten.

    1. Moderne Technologien werden schneller eingeführt als bisher und staatlich gefördert.
    2. Einsparpotentiale werden verschärft gesucht und Verschwendung härter bestraft.
    3. Der Klimawandel wird stärker ausfallen als wünschenswert.

    Daten zur Seite

    8. Daten zu den auf dieser Seite verwendeten Grafiken. Quelle: International Energy Agency; US Census
    Alle Diagramme wurden von Elmar Uherek erstellt.

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    Autor: Elmar Uherek - Max-Planck-Institut für Chemie, Mainz
    Erstpublikation: 05.09.2007