Handbuch Der Umweltveränderungen Und Ökotoxikologie: Band 1b: Atmosphäre Aerosol/Multiphasenchemie Ausbreitung Und Deposition Von Spurenstoffen Auswir

ISBN-13: 9783642630385 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 518 str.

Robert Guderian

Opis

Vor 10000 Jahren, zu Beginn des Neolithikums begann der Mensch sesshaft zu werden. Er leitete damit einen neuen Prozess in das erdge schichtliche Geschehen ein, namlich Wachstum und Expansion der eigenen Spezies uber die naturgegebene Umweltkapazitat hinaus. Er kauft wird diese Entwicklung mit der starken Inanspruchnahme der endlichen Ressourcen Materialien und Raum sowie der Belastung von Natur und Umwelt auf eine unseren Planeten nachhaltig bedrohende Art und Weise. Bis zur "agrarischen Revolution" in der Jungsteinzeit war der Mensch als Jager und Sammler Teil naturlicher Okosysteme und da mit vergleichbar den tierischen Organismen den naturgegebenen Ge setzmassigkeiten unterworfen. Dann rodete er den Wald, bearbeitete den Boden, kultivierte ausgewahlte Pflanzen, entwickelte die Haustier haltung und schuf mit festem Wohnsitz in seinen dorflichen Sied lungsgemeinschaften die Voraussetzung fur eine systematische Vor ratshaltung. Die Tragfahigkeit eines Gebietes war jetzt nicht mehr aus schliesslich durch die in Raum und Zeit begrenzten Naturressourcen bestimmt. Der Mensch hatte einen Weg gefunden, sie durch zielge richtete Massnahmen systematisch zu erweitern. Mit dieser Befreiung aus der strengen Abhangigkeit von der Natur scherte der Mensch aus den regelnden Zwangen der Evolution aus und begann, sich uber die populationserhaltende Reproduktion hinaus nachhaltig zu vermehren. Seit 1850 hat sich die Weltbevolkerung verfunffacht auf 6 Mrd. ge gen Ende des 20. Jahrhunderts. Gleichzeitig wuchs der Verbrauch an Primarenergie, gegenwartig zu 75% durch fossile Energietrager ge deckt, um mehr als das Dreissigfache. Spatestens jetzt wurde das be sonders verschwenderische Verhalten des Menschen offenbar."

Spis treści

1 Verteilung und Chemie des atmosphärischen Aerosols.- 1.1 Atmosphärisches Aerosol.- 1.1.1 Einleitung.- 1.1.2 Begriffe und Definitionen.- 1.1.3 Größenverteilung.- 1.1.4 Das Mischkernkonzept.- 1.1.5 Feuchtewachstum.- 1.1.6 Chemische Zusammensetzung.- 1.1.6.1 Mineralaerosol.- 1.1.6.2 Maritimes Aerosol.- 1.1.6.3 Zusammensetzung großer Partikel.- 1.1.6.4 Zusammensetzung von Riesen- und Aitkenpartikeln.- 1.1.6.5 Organische Substanzen.- 1.1.6.6 Jahreszeitliche Variation.- 1.1.6.7 Langzeitveränderungen.- 1.1.6.8 Toxische Substanzen im Aerosol.- 1.1.7 Lebensdauer.- 1.1.8 Stratosphärisches Aerosol.- 1.1.9 Klimawirkung des Aerosols.- 1.1.10 Literatur.- 1.2 Atmosphärische Multiphasenchemie.- 1.2.1 Einführung: Zusammenspiel von Gasen, Aerosolen und Tropfen.- 1.2.2 Bildung von Partikeln aus Molekülen („gas-to-particle conversion“).- 1.2.2.1 Homogene Nukleation.- 1.2.2.2 Oberflächenreaktionen an Partikeln (heterogene Chemie).- 1.2.3 Bildung von Tropfen aus festen Partikeln.- 1.2.3.1 Hygroskopizität und Wolkenkondensationskerne.- 1.2.3.2 Heterogene Nukleation (Wolkenbildung).- 1.2.4 Lösung von Gasen in Tropfen.- 1.2.4.1 Gas-Flüssig-Gleichgewicht, Henry-Gesetz und Protolysegleichgewichte.- 1.2.4.2 Gas-Tropfen-Phasenübergang und Diffusion im Tropfen.- 1.2.4.3 Zur Rolle von Kohlendioxid und Karbonat.- 1.2.4.4 Oberflächenreaktionen an Tropfen (heterogene Chemie) — Bildung von HNO.- 1.2.5 Chemische Reaktionen im Tropfen (Flüssigphasenchemie).- 1.2.5.1 Säuren und Basen in der Atmosphäre (Azidität Teil 1).- 1.2.5.2 Das Konzept der Azidität in der Flüssigphase (Azidität Teil 2).- 1.2.5.3 Katalytische Reaktionen.- 1.2.5.4 Spezifikation von Übergangsmetallionen.- 1.2.5.5 Oxidantienchemie.- 1.2.5.6 Schwefelchemie und Sulfatbildung.- 1.2.5.7 Stickstoffchemie und Nitratbildung.- 1.2.5.8 Organische Verbindungen.- 1.2.6 Wolkenchemie.- 1.2.6.1 Aziditätspotential (Azidität Teil 3).- 1.2.6.2 Sulfatbildung in der Atmosphäre.- 1.2.6.3 Wolkenchemisches Meßprogramm Brocken.- 1.2.6.4 Einfluß von Wolken auf die Ozonkonzentration.- 1.2.7 Niederschlagschemie.- 1.2.7.1 Aufnahme von Gasen und Aerosolen durch Niederschlag.- 1.2.7.2 Langzeittrends in Europa.- 1.2.7.3 Seehausen Niederschlagschemie.- 1.2.7.4 Zum Verhältnis zwischen Seesalz-Chlorid und Excess-Chlorid.- 1.2.8 Literatur.- 2 Trockene und nasse Deposition von Spurenstoffen aus der Atmosphäre.- 2.1 Einleitung.- 2.2 Trockene Deposition von atmosphärischen Spurenstoffen.- 2.2.1 Quantifizierung aufgrund von Vertikalprofilen des Mischungsverhältnisses.- 2.2.2 Quantifizierung mit der Eddy-Kovarianz-Methode.- 2.2.3 Parametrisierung der trockenen Deposition mit der Depositionsgeschwindigkeit.- 2.2.4 Deposition von Partikeln in den Atemwegen.- 2.2.5 Chemische Zusammensetzung von luftgetragenen Partikeln.- 2.2.6 Feldmessungen der trockenen Deposition von Partikeln.- 2.3 Nasse Deposition (Regen- und Schneedisposition).- 2.3.1 Probleme bei der Bestimmung der nassen Deposition.- 2.3.2 Gehalt von Spurenstoffen in Eismassen.- 2.4 Trockene und nasse Deposition radioaktiver Komponenten.- 2.5 Deposition aus der Atmosphäre und ihre Wirkungen.- 2.5.1 Verweilzeit in der Atmosphäre.- 2.5.2 Wirkung auf die Biosphäre.- 2.5.3 Versauerung der Böden.- 2.5.4 Einseitige Nährstoffdeposition-Eutrophierung.- 2.6 Kritische Belastungen von Ökosystemen durch Depositionen.- 2.7 Schlußbemerkungen.- 2.8 Literatur.- 3 Modellierung der Ausbreitung und Umwandlung von Schadstoffen in der Atmosphäre.- 3.1 Einführung.- 3.1.1 Ziele der Modellierung.- 3.1.2 Schwerpunkte der Darstellung.- 3.2 Modelltypen.- 3.2.1 Merkmale und Charakterisierung von Modellen.- 3.2.2 Dreidimensionale Chemie-Transport-Modelle.- 3.3 Modellaufbau.- 3.3.1 Kontinuitätsgleichung für Spurengase.- 3.3.2 Chemischer Mechanismus für die Gasphase.- 3.3.3 Chemischer Mechanismus für die wäßrige Phase.- 3.3.4 Heterogene Prozesse, Aerosole.- 3.3.5 Photolysefrequenzen.- 3.3.6 Planetare Grenzschicht und vertikaler Transport.- 3.3.7 Wolken und Aerosole.- 3.3.8 Trockene Deposition.- 3.3.9 Randwerte und Initialisierung.- 3.3.10 Emission von Spurenstoffen.- 3.4 Simulation von atmosphärischen Spurenstoffverteilungen und Bewertung von Maßnahmen zur Luftreinhaltung.- 3.4.1 Beispiel einer berechneten Ozonverteilung.- 3.4.2 Minderungsszenarien.- 3.5 Evaluierung von Modellen.- 3.6 Literatur.- 4 Auswirkungen atmosphärischer Spurenstoffe auf Strahlung und Klima.- 4.1 UV-Strahlung an der Erdoberfläche.- 4.1.1 Einleitung.- 4.1.2 Eigenschaften von UV-Strahlung.- 4.1.2.1 Grundlagen.- 4.1.2.2 Strahlungsenergetische Größen.- 4.1.2.3 Gewichtete Strahlungsgrößen.- 4.1.3 Messung und Modellierung von UV-Strahlung.- 4.1.4 Einfluß von Atmosphäre und Boden auf UV-Strahlung.- 4.1.4.1 Grundlagen.- 4.1.4.2 Einfluß des Sonnenstandes.- 4.1.4.3 Einfluß von Ozon.- 4.1.4.4 Einfluß von Aerosolpartikeln.- 4.1.4.5 Einfluß der Bodenalbedo.- 4.1.4.6 Einfluß der Höhe.- 4.1.4.7 Einfluß von Wolken.- 4.1.5 Variation der UV-Strahlung.- 4.1.5.1 Abhängigkeit von Tages- und Jahreszeit.- 4.1.5.2 Abhängigkeit vom Ort.- 4.1.5.3 Abhängigkeit von der Empfängerorientierung.- 4.1.6 Zukünftige UV-Strahlung.- 4.1.7 Literatur.- 4.2 Treibhauseffekt und Klimaänderungen.- 4.2.1 Einführung: Klima, Klimageschichte und Klimaprozesse.- 4.2.2 Natürlicher Treibhauseffekt.- 4.2.3 Anthropogene Emissionen und Charakteristika der „Treibhausgase“.- 4.2.4 Klimamodelle.- 4.2.4.1 Notwendigkeit und Problematik der Klimamodelle.- 4.2.4.2 Hierarchie der Klimamodelle.- 4.2.4.3 Klimamodelle im engeren Sinn.- 4.2.5 Klimamodellrechnungen zum anthropogenen „Treibhauseffekt“.- 4.2.5.1 Gleichgewichtssimulationen.- 4.2.5.2 Transiente Simulation.- 4.2.6 Konkurrenzmechanismen.- 4.2.6.1 Anthropogene Faktoren.- 4.2.6.2 Natürliche Faktoren.- 4.2.7 Multiple Klimamodellrechnungen.- 4.2.7.1 Physikalische Simulationen.- 4.2.7.2 Statistische Simulationen.- 4.2.8 Wertung und Ausblick.- 4.2.9 Literatur.- 4.3 Biogeochemische Spurenstoffkreisläufe.- 4.3.1 Einführung.- 4.3.2 Kohlenstoffkreislauf.- 4.3.2.1 Überblick.- 4.3.2.2 Atmosphärische CO2-Konzentration.- 4.3.2.3 Das atmosphärische CO2-Budget.- 4.3.2.4 Ozeanaufnahme.- 4.3.2.5 Rolle der terrestrischen Biosphäre.- 4.3.2.6 Atmosphärischer Sauerstoff, Kohlenstoffisotope (13C, 14C).- 4.3.3 Kreislauf des Methans.- 4.3.3.1 Überblick.- 4.3.3.2 Atmosphärische CH4-Konzentration.- 4.3.3.3 Globales CH4-Budget.- 4.3.4 Distickstoffoxid (N2O).- 4.3.4.1 Überblick.- 4.3.4.2 Atmosphärische N2O-Konzentration.- 4.3.4.3 Das globale Budget des N2O.- 4.3.5 Szenarien.- 4.3.5.1 Zukünftiger atmosphärischer CO2-Anstieg.- 4.3.5.2 Strahlungsantrieb („Radiative Forcing“).- 4.3.5.3 Treibhauspotential („Global Warming Potential“).- 4.3.5.4 Strahlungsbelastung durch Treibhausgase und Aerosole im 21. Jahrhundert.- 4.3.6 Literatur.- 4.4 Stadtklima.- 4.4.1 Einführung.- 4.4.2 Ursachen des Stadtklimas.- 4.4.3 Thermische und hydrologische Eigenschaften des städtischen Untergrundes.- 4.4.4 Aufbau der Stadtatmosphäre, Windverhältnisse.- 4.4.5 Strahlungs- und Wärmehaushalt.- 4.4.6 Städtische Überwärmung.- 4.4.7 Luftverunreinigungen.- 4.4.8 Bewertungsaspekte des Stadtklimas.- 4.4.9 Anthropogener Treibhauseffekt und Stadtklima.- 4.4.10 Literatur.