Aufgaben: Einfluss des Menschen und Ökosystemmanagement

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.

1. a) Erläutern Sie den natürlichen Treibhauseffekt.

1. b) Berechnen Sie die absolute und die prozentuale Zunahme der $\mathrm{CO_2}$-Konzentration von 1960 bis 2020 (eine Nachkommastelle).

1. c) Nennen Sie zwei menschliche Tätigkeiten, die zur Zunahme der $\mathrm{CO_2}$-Konzentration beitragen.

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.

1. 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.

1. b) Erläutern Sie den Begriff invasive Art (Neobiota) am Beispiel des Riesen-Bärenklaus.

1. 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 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

1. a) Beschreiben Sie die Veränderungen der Messwerte und berechnen Sie die prozentuale Zunahme der Artenzahl von 1990 bis 2020.

1. b) Nennen Sie zwei Maßnahmen der Renaturierung und begründen Sie, wie sie die Lebensbedingungen verbessern.

1. c) Erläutern Sie, warum Sauerstoffgehalt und Artenvielfalt zusammenhängen.

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.

1. a) Berechnen Sie den Meeresspiegelanstieg von 2025 bis 2100 in beiden Szenarien und die Differenz.

1. b) Erläutern Sie geografische, zeitliche und soziale Auswirkungen des anthropogen bedingten Treibhauseffekts anhand des Materials.

1. 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; offenes Meerwasser 0,07. Die mittlere Einstrahlung im Sommer betrage 200 W/m². Der nicht reflektierte Anteil wird absorbiert und erwärmt die Fläche.

1. a) Berechnen Sie die absorbierte Strahlungsleistung pro Quadratmeter für Eis und für Meerwasser.

1. b) Erläutern Sie mithilfe der Berechnung, warum das Abschmelzen von Meereis die Erwärmung verstärkt.

1. c) Erklären Sie, weshalb es sich um eine positive Rückkopplung handelt, und grenzen Sie diese von einer negativen Rückkopplung ab.

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.

1. a) Erläutern Sie, weshalb der Biber als Schlüsselart gilt.

1. b) Berechnen Sie den Verlust pro Hektar und Jahr.

1. 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 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 €.

1. 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.

1. b) Analysieren Sie die Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge zwischen Anbau, Klimawandel, Borkenkäfer und Schaden.

1. 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 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

1. a) Berechnen Sie die jährlichen Gesamtkosten jeder Maßnahme bei Ausschöpfung des Potenzials sowie die Gesamtsumme.

1. b) Stellen Sie Kriterien für die Bewertung der Maßnahmen auf und bewerten Sie die Maßnahmen begründet.

1. c) Nehmen Sie Stellung zur Aussage „Die kostengünstigste Maßnahme sollte zuerst umgesetzt werden“ und beziehen Sie zeitliche, geografische und soziale Aspekte ein.

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.

1. a) Bestimmen Sie die Bestandsgröße, bei der der maximale Dauerertrag erreicht wird, und geben Sie ihn an.

1. 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.

1. 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.