Einfluss des Menschen und Ökosystemmanagement
Im Wattenmeer und hinter den Deichen der Nordseeküste wird heute über Meter-Fragen geplant, die erst in 50 Jahren relevant werden. Im Sauerland sterben Fichtenwälder, an der Emscher kehren Fische zurück, und an der Bachböschung wächst ein Riesen-Bärenklau. In der Abiturklausur bekommst du dazu Material (Text, Tabelle, Diagramm) und sollst analysieren, erläutern und bewerten. Diese Seite zeigt dir, wie du dabei vorgehst: erst die Daten lesen und rechnen, dann Zusammenhänge erklären, am Ende begründet Stellung nehmen.
Treibhauseffekt und Messreihen
Warum ist es auf der Erde im Mittel etwa 15 °C warm und nicht −18 °C? Die Antwort ist der natürliche Treibhauseffekt.
Die Sonnenstrahlung ist kurzwellig und kommt fast ungehindert durch die Atmosphäre. Sie erwärmt den Boden. Der Boden strahlt langwellige Wärmestrahlung ab. Treibhausgase wie $\mathrm{CO_2}$, Methan und Wasserdampf absorbieren einen Teil davon und geben sie auch zur Erde zurück. So bleibt mehr Energie im System.
Der anthropogene (vom Menschen verursachte) Treibhauseffekt entsteht, weil wir durch Verbrennung von Kohle, Erdöl und Erdgas, durch Rodung und Landwirtschaft zusätzliche Treibhausgase freisetzen. Mehr Treibhausgase bedeuten mehr zurückgestrahlte Wärme und eine steigende mittlere Temperatur.
Daten auswerten: absolute und prozentuale Zunahme
Messreihen wie die $\mathrm{CO_2}$-Konzentration in ppm (parts per million) sind typisches Abiturmaterial. Du musst sie beschreiben und die Veränderung berechnen.
Bei einer Beschreibung nennst du den Trend, mindestens zwei Zahlenwerte mit Einheit und den Zeitraum. Beispiel: „Die $\mathrm{CO_2}$-Konzentration steigt von 339 ppm (1980) auf 369 ppm (2000)." Eine Messreihe ist ein Beleg für die Zunahme, aber noch keine Erklärung. Die Ursache (Verbrennung fossiler Brennstoffe) folgt erst aus weiterem Material, zum Beispiel Eisbohrkernen oder Emissionsstatistiken.
Treibhauseffekt und CO₂-Messreihe Die Treibhausgase der Atmosphäre lassen kurzwellige Sonnenstrahlung zur Erdoberfläche durch und absorbieren einen Teil der von der Erde…
Treibhauseffekt und CO₂-Messreihe
Die Treibhausgase der Atmosphäre lassen kurzwellige Sonnenstrahlung zur Erdoberfläche durch und absorbieren einen Teil der von der Erde abgegebenen Wärmestrahlung. Ohne diesen natürlichen Treibhauseffekt läge die mittlere Temperatur der Erdoberfläche bei etwa −18 °C statt bei etwa +15 °C. Eine Messreihe der $\mathrm{CO_2}$-Konzentration der Luft zeigt: 1960 317 ppm, 1990 354 ppm, 2020 413 ppm.
- a) Erläutern Sie den natürlichen Treibhauseffekt.
- b) Berechnen Sie die absolute und die prozentuale Zunahme der $\mathrm{CO_2}$-Konzentration von 1960 bis 2020 (eine Nachkommastelle).
- c) Nennen Sie zwei menschliche Tätigkeiten, die zur Zunahme der $\mathrm{CO_2}$-Konzentration beitragen.
Folgen des Klimawandels und Rückkopplung
Im KLP wird verlangt, dass du geografische, zeitliche und soziale Auswirkungen des anthropogenen Treibhauseffekts erläuterst.
| Dimension | Frage | Beispiel |
|---|---|---|
| geografisch | Wo tritt die Folge auf? | Küsten und Inseln (Meeresspiegel), Dürre in Trockengebieten, Starkregen in Mitteleuropa |
| zeitlich | Wann wirkt sie, wie lange? | $\mathrm{CO_2}$ bleibt Jahrhunderte in der Atmosphäre; Deiche werden über Jahrzehnte geplant |
| sozial | Wen trifft sie, wer kann sich schützen? | Reiche Länder bauen Deiche, Inselstaaten im Pazifik fehlen die Mittel |
Zu Meeresspiegelszenarien rechnest du einfach: Anstieg = Rate $\cdot$ Zeitraum.
Die Eis-Albedo-Rückkopplung
Die Albedo ist der Anteil der einfallenden Strahlung, der reflektiert wird. Helles Eis reflektiert viel, dunkles Meerwasser wenig. Der nicht reflektierte Anteil wird absorbiert:
$$P_{\text{abs}} = (1 - \text{Albedo}) \cdot P_{\text{ein}}$$Daraus folgt eine positive Rückkopplung: Erwärmung → Eis schmilzt → Albedo sinkt → mehr Absorption → noch mehr Erwärmung. Eine positive Rückkopplung verstärkt die ursprüngliche Änderung. Eine negative Rückkopplung dagegen wirkt ihr entgegen und stabilisiert (Homöostase), wie bei der Körpertemperatur.
Meeresspiegelanstieg an der Nordseeküste Für einen Küstenabschnitt in Niedersachsen werden zwei Szenarien betrachtet: Anstieg des mittleren Meeresspiegels um 2 mm pro…
Meeresspiegelanstieg an der Nordseeküste
Für einen Küstenabschnitt in Niedersachsen werden zwei Szenarien betrachtet: Anstieg des mittleren Meeresspiegels um 2 mm pro Jahr (Szenario A, Klimaschutz) bzw. um 6 mm pro Jahr (Szenario B, ohne Klimaschutz). Deiche werden über Jahrzehnte geplant und gebaut. Etwa 60.000 Menschen leben hinter dem Deich, viele Inselstaaten im Pazifik haben dagegen kaum Mittel für Küstenschutz.
- a) Berechnen Sie den Meeresspiegelanstieg von 2025 bis 2100 in beiden Szenarien und die Differenz.
- b) Erläutern Sie geografische, zeitliche und soziale Auswirkungen des anthropogen bedingten Treibhauseffekts anhand des Materials.
- c) Entwickeln Sie drei Kriterien zur Bewertung von Maßnahmen (Klimaschutz im Vergleich zu Anpassung wie Deicherhöhung) und wenden Sie jedes Kriterium kurz auf beide Maßnahmentypen an.
Eis-Albedo-Rückkopplung Die Albedo gibt den Anteil der einfallenden Strahlung an, der reflektiert wird. Auf einer Polarfläche gelten: Meereis mit Schneeauflage 0,8;…
Eis-Albedo-Rückkopplung
Die Albedo gibt den Anteil der einfallenden Strahlung an, der reflektiert wird. Auf einer Polarfläche gelten: Meereis mit Schneeauflage 0,8; offenes Meerwasser 0,07. Die mittlere Einstrahlung im Sommer betrage 200 W/m². Der nicht reflektierte Anteil wird absorbiert und erwärmt die Fläche.
- a) Berechnen Sie die absorbierte Strahlungsleistung pro Quadratmeter für Eis und für Meerwasser.
- b) Erläutern Sie mithilfe der Berechnung, warum das Abschmelzen von Meereis die Erwärmung verstärkt.
- c) Erklären Sie, weshalb es sich um eine positive Rückkopplung handelt, und grenzen Sie diese von einer negativen Rückkopplung ab.
Biodiversität, Neobiota und Renaturierung
Biodiversität hat drei Ebenen:
-
genetische Vielfalt innerhalb einer Art (zum Beispiel verschiedene Apfelsorten),
-
Artenvielfalt (Zahl und Verteilung der Arten in einem Gebiet),
-
Vielfalt der Ökosysteme (zum Beispiel Auenwald, Moor und Wiese in einer Region).
Gründe für ihren Schutz: ökologische (stabile Ökosysteme, Stoffkreisläufe), ökonomische (Nahrung, Medikamente, Holz), soziale und ethische (Erholung, Eigenwert der Natur).
Neobiota sind Arten, die erst nach 1492 durch den Menschen in ein Gebiet gelangt sind (Neophyten: Pflanzen, Neozoen: Tiere). Nur ein kleiner Teil wird zu invasiven Arten, die sich stark ausbreiten und heimische Arten verdrängen. Beispiele in NRW: Riesen-Bärenklau, Japanischer Knöterich, Waschbär.
Eine Schlüsselart hat einen größeren Einfluss auf das Ökosystem, als es ihrer Häufigkeit entspricht. Der Biber staut Bäche auf und schafft Tümpel und Feuchtflächen, die vielen Amphibien, Libellen und Fischen Lebensraum bieten. Verschwindet er, gehen viele dieser Lebensräume verloren.
Renaturierung
Bei der Renaturierung wird ein stark veränderter Lebensraum wieder naturnäher gestaltet. Beispiel Emscher: Statt einer Betonrinne gibt es nun ein Bett mit Windungen und Auen, das Abwasser fließt in unterirdischen Kanälen.
Zum Auswerten der Emscher-Daten brauchst du zwei Schritte: beschreiben (Trend mit Zahlen) und begründen (warum wirkt eine Maßnahme?). Der höhere Sauerstoffgehalt entsteht, weil weniger organisches Abwasser in den Fluss gelangt und weniger Sauerstoff bei dessen Abbau verbraucht wird. Windungen und Auen schaffen verschiedene Strömungen und Verstecke (mehr ökologische Nischen), sodass mehr Arten vorkommen.
Biodiversität und Neobiota Biodiversität umfasst die genetische Vielfalt, die Artenvielfalt und die Vielfalt der Ökosysteme. Der Riesen-Bärenklau, ursprünglich aus dem…
Biodiversität und Neobiota
Biodiversität umfasst die genetische Vielfalt, die Artenvielfalt und die Vielfalt der Ökosysteme. Der Riesen-Bärenklau, ursprünglich aus dem Kaukasus, wurde als Zierpflanze eingeführt. Er breitet sich an Bachufern in NRW aus, bildet dichte Bestände und verdrängt heimische Pflanzen. Sein Pflanzensaft kann bei Sonnenlicht Hautverbrennungen verursachen.
- a) Nennen Sie die drei Ebenen der Biodiversität und ordnen Sie dem Beispiel „Verschiedene Apfelsorten“ sowie „Auenwald, Moor und Wiese in einer Region“ jeweils die zutreffende Ebene zu.
- b) Erläutern Sie den Begriff invasive Art (Neobiota) am Beispiel des Riesen-Bärenklaus.
- c) Nennen Sie zwei Gründe für den Schutz der Biodiversität.
Renaturierung der Emscher Die Emscher im Ruhrgebiet diente lange als offener Abwasserkanal mit Betonsohle. Seit den 1990er-Jahren wird sie umgebaut: Das Abwasser fließt…
Renaturierung der Emscher
Die Emscher im Ruhrgebiet diente lange als offener Abwasserkanal mit Betonsohle. Seit den 1990er-Jahren wird sie umgebaut: Das Abwasser fließt in unterirdischen Kanälen, der Fluss erhält ein naturnahes Bett mit Windungen und Auen.
| Jahr | 1990 | 2005 | 2020 |
|---|---|---|---|
| Arten wirbelloser Bachtiere | 12 | 31 | 60 |
| Sauerstoff in mg/L | 2,0 | 5,5 | 8,0 |
- a) Beschreiben Sie die Veränderungen der Messwerte und berechnen Sie die prozentuale Zunahme der Artenzahl von 1990 bis 2020.
- b) Nennen Sie zwei Maßnahmen der Renaturierung und begründen Sie, wie sie die Lebensbedingungen verbessern.
- c) Erläutern Sie, warum Sauerstoffgehalt und Artenvielfalt zusammenhängen.
Handlungsoptionen bewerten
Viele Abituraufgaben enden mit „Bewerten Sie …" oder „Nehmen Sie Stellung …". Dann gilt: keine Meinung ohne Kriterien.
Vorgehen bei der Bewertung:
-
Situation und Interessen klären: Wer ist betroffen?
-
Kriterien aufstellen: ökologisch (Wirkung auf Arten, Ökosystem), ökonomisch (Kosten, Nutzen), sozial (Gerechtigkeit, Akzeptanz), zeitlich (Dauer bis zur Wirkung, Langfristigkeit), rechtlich und technisch (Machbarkeit).
-
Optionen prüfen: Jede Option wird anhand der Kriterien beurteilt, möglichst mit Daten.
-
Abwägen und entscheiden: Begründe, welche Kriterien du höher gewichtest, und nenne eine mögliche Gegenposition.
Im Biber-Beispiel stehen Biodiversitätsschutz (Schlüsselart, Feuchtflächen) und Landnutzung (Ernteausfälle) im Konflikt. Eine Option wie „Entschädigungsfonds und Pufferstreifen" berücksichtigt beide Seiten, ein Abschuss löst den Konflikt nur auf Kosten des Naturschutzes. Bei Klimaschutz unterscheidest du außerdem Vermeidung (Treibhausgase senken) und Anpassung (zum Beispiel Deiche, Mischwald). Beides ist nötig, denn Anpassung allein bekämpft nicht die Ursache.
Biber und Landwirtschaft Der Biber, im 19. Jahrhundert in NRW ausgerottet, ist heute wieder verbreitet. Er staut Bäche mit Dämmen auf. Dadurch entstehen Tümpel und…
Biber und Landwirtschaft
Der Biber, im 19. Jahrhundert in NRW ausgerottet, ist heute wieder verbreitet. Er staut Bäche mit Dämmen auf. Dadurch entstehen Tümpel und Feuchtflächen mit vielen Amphibien, Libellen und Fischen; man bezeichnet ihn als Schlüsselart. Auf angrenzenden Äckern kommt es aber zu Überschwemmungen und Ernteausfällen. Ein Landwirt meldet Verluste von 4.800 € pro Jahr auf 6 ha.
Folgende Handlungsoptionen werden diskutiert: (1) Abschuss der Biber, (2) Entschädigungsfonds und Pufferstreifen ohne Ackernutzung, (3) Technische Dammdrainagen.
- a) Erläutern Sie, weshalb der Biber als Schlüsselart gilt.
- b) Berechnen Sie den Verlust pro Hektar und Jahr.
- c) Bewerten Sie die drei Handlungsoptionen anhand von Kriterien der Nachhaltigkeit (ökologisch, ökonomisch, sozial) und begründen Sie eine Entscheidung.
Fichtenmonokulturen im Sauerland Nach dem Sturm Kyrill (2007) und den Dürrejahren ab 2018 vermehrte sich der Borkenkäfer in den Fichtenwäldern des Sauerlands stark. Eine…
Fichtenmonokulturen im Sauerland
Nach dem Sturm Kyrill (2007) und den Dürrejahren ab 2018 vermehrte sich der Borkenkäfer in den Fichtenwäldern des Sauerlands stark. Eine Forstverwaltung erfasste den Anteil der Schadfläche (durch Sturm und Borkenkäfer) in 500 ha je nach Bestandstyp.
| Bestandstyp | Anteil Schadfläche |
|---|---|
| reine Fichte | 38 % |
| Fichte-Buche-Mischung | 14 % |
| Laubmischwald | 5 % |
Der Umbau eines Hektars zu Mischwald kostet etwa 9.000 €.
- a) Berechnen Sie die Schadfläche in Hektar für jeden Bestandstyp, wenn je 500 ha betrachtet werden, und die Kosten für den Umbau von 500 ha.
- b) Analysieren Sie die Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge zwischen Anbau, Klimawandel, Borkenkäfer und Schaden.
- c) Begründen Sie Erhaltungs- bzw. Umbaumaßnahmen und beurteilen Sie sie anhand von Kriterien (ökologisch, ökonomisch, sozial).
Klimaschutzmaßnahmen im Vergleich Eine Landesregierung prüft vier Maßnahmen. | Maßnahme | Kosten in € je t CO₂ | Einsparpotenzial in Mio. t CO₂ pro Jahr | Dauer bis zur…
Klimaschutzmaßnahmen im Vergleich
Eine Landesregierung prüft vier Maßnahmen.
| Maßnahme | Kosten in € je t CO₂ | Einsparpotenzial in Mio. t CO₂ pro Jahr | Dauer bis zur Wirkung |
|---|---|---|---|
| Moor-Wiedervernässung | 30 | 2,0 | 5 bis 10 Jahre |
| Windkraftausbau | 60 | 12,0 | 5 bis 8 Jahre |
| Aufforstung | 45 | 3,0 | 20 bis 40 Jahre |
| Gebäudedämmung | 110 | 5,0 | 2 bis 20 Jahre |
- a) Berechnen Sie die jährlichen Gesamtkosten jeder Maßnahme bei Ausschöpfung des Potenzials sowie die Gesamtsumme.
- b) Stellen Sie Kriterien für die Bewertung der Maßnahmen auf und bewerten Sie die Maßnahmen begründet.
- c) Nehmen Sie Stellung zur Aussage „Die kostengünstigste Maßnahme sollte zuerst umgesetzt werden“ und beziehen Sie zeitliche, geografische und soziale Aspekte ein.
Nachhaltige Nutzung: der maximale Dauerertrag
Nachhaltige Nutzung heißt: Man nutzt eine Ressource nur so stark, dass sie sich erneuern kann. Der Begriff stammt aus der Forstwirtschaft (Carlowitz): Es wird nicht mehr Holz geschlagen, als nachwächst. Bei Fischbeständen gilt dasselbe.
Ein Fischbestand der Größe $B$ wächst jährlich um einen Zuwachs $Z$. Bei kleinem Bestand wächst wenig nach, weil wenige Tiere sich fortpflanzen. Bei sehr großem Bestand begrenzen Nahrung und Raum das Wachstum. Dazwischen ist der Zuwachs am größten. Ein Modell dafür ist
$$Z = r \cdot B \cdot \left(1 - \frac{B}{K}\right)$$mit der Wachstumsrate $r$ und der Kapazitätsgrenze $K$. Der maximale Dauerertrag ist der größte Zuwachs. Wird genau so viel gefangen, wie nachwächst, bleibt der Bestand gleich groß und es kann dauerhaft gefischt werden.
Wichtig für die Bewertung: Die Quote sollte aus Vorsorgegründen unter dem Maximalwert liegen, da Schätzungen unsicher sind und wirtschaftliche Interessen (Arbeitsplätze, Fangflotten) mit dem Schutz des Bestands abgewogen werden müssen.
Nachhaltige Fischerei in der Nordsee Für einen Fischbestand wurde der jährliche Zuwachs der Biomasse (in Abhängigkeit von der Bestandsgröße) modelliert; die…
Nachhaltige Fischerei in der Nordsee
Für einen Fischbestand wurde der jährliche Zuwachs der Biomasse (in Abhängigkeit von der Bestandsgröße) modelliert; die Wachstumsgleichung lautet $Z = 0{,}4\cdot B\cdot\left(1-\dfrac{B}{1000}\right)$ mit B in kt (Kilotonnen) und Z in kt pro Jahr.
| Bestandsgröße B in kt | 200 | 400 | 500 | 600 | 800 | 1000 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Zuwachs Z in kt/a | 64 | 96 | 100 | 96 | 64 | 0 |
Die Fangquote der EU für das Jahr liegt bei 130 kt.
- a) Bestimmen Sie die Bestandsgröße, bei der der maximale Dauerertrag erreicht wird, und geben Sie ihn an.
- b) Beschreiben Sie die Entwicklung des Bestands bei dauerhafter Quote von 130 kt, ausgehend von 500 kt, und erläutern Sie die Folgen im Ökosystem und für die Fischerei.
- c) Entwickeln Sie Kriterien für nachhaltige Fangquoten, bewerten Sie die Quote von 130 kt und beurteilen Sie, welche Konflikte zwischen Biodiversitätsschutz (z. B. Beifang) und Nutzung bestehen.
Zurück zum Anfang: Hinter den Deichen, in den Fichtenwäldern und an der Emscher gilt dieselbe Methode: Daten auswerten, Zusammenhänge erklären, Kriterien aufstellen, Optionen abwägen und begründet entscheiden.
Auf einen Blick
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Treibhauseffekt: Treibhausgase absorbieren Wärmestrahlung; der anthropogene Anteil kommt durch zusätzliche Emissionen. Messreihen: absolute und prozentuale Zunahme, Bezug auf den Anfangswert.
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Folgen: geografisch, zeitlich und sozial beschreiben. Eis-Albedo-Rückkopplung: $P_{\text{abs}} = (1-\text{Albedo})\cdot P_{\text{ein}}$; positive Rückkopplung = verstärkend.
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Biodiversität: genetische Vielfalt, Artenvielfalt, Ökosystemvielfalt. Invasive Neobiota verdrängen heimische Arten; Schlüsselarten wie der Biber prägen das Ökosystem. Renaturierung erhöht Strukturvielfalt und Artenzahl.
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Bewerten: deskriptive und normative Aussagen trennen, Kriterien aufstellen, Optionen prüfen, abwägen, Entscheidung begründen.
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Nachhaltige Nutzung: Entnahme höchstens gleich Zuwachs; der maximale Dauerertrag liegt beim größten Zuwachs, Quoten darüber führen zur Überfischung.