Schwimmt Wasser auf Wasser?

Würden alle bei der Frage, ob Wasser auf Wasser schwimmt „nein“ sagen? Festes Wasser (= Eis) schwimmt auf flüssigem Wasser. Fertig – und damit ist der Blogbeitrag zu Ende. 😉 Das war jetzt ein Witz. Wir sehen, dass auch flüssiges Wasser auf flüssigem Wasser schwimmen kann.

Das eine Flüssigkeit auf einer anderen „schwimmt“, lässt sich mit Wasser und Öl zeigen.

Öl schwimmt auf Wasser, Foto: R. Schügner

Außer Eis schwimmen auch andere Feststoffe, wie beispielsweise Holz, auf Wasser, aber andere Feststoffe, wie Steine sinken auf den Boden.

Was schwimmt auf Wasser, was geht unter? Foto: R. Schügner

Ein Würfel Eisen verhält sich in Wasser anders als ein Würfel Aluminium – bei gleicher Kantenlänge. Die letzten Beispiele zeigen, dass sich die verschiedenen Materialien unterschiedlich verhalten: schwimmen oder untergehen.

Wenn im Sommer ein Glas Wasser mit Eis gekühlt wird, ist es der gleiche Stoff: flüssiges und festes Wasser. Der Eiswürfel schwimmt auf dem Wasser. Wenn in flüssiges Wachs ein ein Stück festes Wachs gegeben wird, sinkt es auf den Boden. Folglich verhalten sich Flüssigkeiten und Feststoffe aus dem gleichen Material ebenfalls unterschiedlich.

Was ist „Dichte“?

Es handelt sich um die Stoffeigenschaft „Dichte“ und das Symbol ist ρ (ein kleines griechisches rho). Im Internationalen Einheitensystem (SI-Einheiten) wird die Dichte in kg/m3 angegeben, wobei die Angabe g/cm3 auch verwendet wird. Beim Blick auf die Einheiten wird sichtbar, dass die Masse (Kilogramm kg) und das Volumen (Kubikmeter m3) für diese Materialeigenschaft wichtig sind.

Stoffe, die sich in der Dichte unterscheiden, unterscheiden sich bei gleichem Volumen (beispielsweise Würfel mit 1 cm Kantenlänge) in der Masse. Bei gleicher Masse unterscheiden sich Stoffe mit unterschiedlicher Dichte im Volumen.

Mir fällt dabei folgendes Bild ein: Vergleichen wir ein Kilogramm Federn und ein Kilogramm Eisen. Ich denke, dass direkt einen ganzen Berg Federn und ein Stück Eisen in den Gedanken auftaucht. Um die Dichte zu bestimmen, brauchen wir die Masse in [kg] und das Volumen [m3]. Stoffe mit einer geringeren Dichte haben bei gleicher Masse ein größeres Volumen.

Bei der Frage, was schwerer ist, wird es physikalisch gesehen etwas komplizierter. Um diese Frage zu beantworten, muss auch der Auftrieb der Stoffe in der Luft berücksichtigt werden.

Bei einem Vergleich der Daten der Dichte verschiedener Stoffe muss zusätzlich darauf geachtet werden, dass diese Stoffeigenschaft temperaturabhängig ist. Es sollten immer Werte, die bei der gleichen Temperatur (beispielsweise 20°C [ Grad Celsius]) gemessen wurden, verglichen werden.

Wie schwimmt jetzt Wasser auf Wasser?

Auf dem Foto oben ist zu sehen, dass Sonnenblumen-Öl auf Wasser schwimmt, da es eine geringere Dichte als Wasser hat. Wenn Wasser auf Wasser schwimmen soll, muss die obere „Wasserschicht“ folglich eine geringere Dichte als die untere „Wasserschicht“ haben.

Dichteanomalie des Wassers

Eine Möglichkeit zu erreichen, dass das Wasser unten „dichter“ ist, ist die Dichteanomalie zu nutzen. Die meisten Stoffe haben als Feststoff die größte Dichte. Allerdings schwimmt Eis auf Wasser, so dass der Feststoff Eis eine geringere Dichte aufweist. Das besondere an Wasser ist, das es bei (etwa) 4°C die größte Dichte auf weist (Dichteanomalie). Wasser mit einer Temperatur von 4°C sinkt auf den Boden, während Schichten aus wärmerem (oder kälterem) Wasser oben schwimmen. In der Natur werden diese Wasserbewegungen in Seen bei der Frühjahrs- oder Herbstzirkulation beobachtet. Wie das funktioniert, könnt ihr hier beim Bayerischen Landesamt für Umwelt nachlesen.

Eine weitere Möglichkeit um Wasserschichten mit unterschiedlicher Dichte zu erhalten, ist die Verwendung von Wasser mit unterschiedlicher Salzkonzentration. Salzwasser ist dichter als Süßwasser (oder Trinkwasser), das nur geringe Salzmengen enthält.

Ich habe zwei Versuche zum Vergleich. Wir brauchen blaues (mit Tinte gefärbtes) Eis (Trinkwasser) und geben es einmal in Trinkwasser und einmal in Salzwasser (2 Teelöffel Kochsalz werden zugegeben). Bei beiden Versuchen wird die Temperatur am Boden mit einem Thermometer gemessen.

Versuch 1: Blaues Eis in Trinkwasser

Die blauen Eiswürfel schwimmen oben im Wasser, Foto: R. Schügner

Die Eiswürfel schmelzen. Es bilden sich blaue „Fäden“, das Wasser kühlt am Boden ab. Foto: R. Schügner

Wie auf dem Foto zu sehen ist, verteilt sich die blaue Farbe im Wasser. Ein genauer Blick zeigt, dass sich blaue „Fäden“ bilden. Die Farbe „fällt“ langsam von oben nach unten. Das Thermometer zeigt, dass das Wasser am Boden abkühlt. Das zeigt, das kaltes Wasser eine höhere Dichte hat als warmes Wasser und deshalb absinkt. Ein Effekt, der in der Natur bei der Frühjahrs- und Herbstzirkulation in Seen wichtig ist.

Versuch 2: Blaues Eis in Salzwasser

In das Wasser werden 2 Teelöffel Kochsalz gelöst. Foto: R. Schügner

Die blauen Trinkwasser-Eiswürfel werden ins Glas gegeben. Foto: R. Schügner

Das Eis schmilzt Es bilden sich 2 Schichten. Die Temperatur am Boden sinkt nur wenig. Foto: R. Schügner

Beide Schichten (blau und klar) sind auch nach komplettem Schmelzen des Eises erkennbar. Foto: R. Schügner

Auf den Fotos ist zu sehen, dass der untere Bereich mit dem Salzwasser klar bleibt. Das blaugefärbte Wasser sammelt sich in der oberen Schicht. Das Salzwasser kühlt sich langsamer und nur wenig ab. Die Trennung der Schichten (letztes Foto) bleibt über längere Zeit erhalten. Bei diesem Versuch ist zu sehen, dass keine Zirkulation stattfindet.

Findet sich diese Zirkulation nur im See?

In unseren Seen findet die Zirkulation von Süßwasser aufgrund der Dichteanomalie (Wasser hat bei +4°C die größte Dichte) statt. Es gibt auch die Zirkulation von Salzwasser. Es handelt sich um große Zirkulationsbewegungen in unseren Ozeanen, die auch „globales Förderband“ genannt werden. Dieser (umgangssprachliche) Begriff weist auf die Größe dieser Bewegungen hin, die vier der fünf Ozeane miteinander verbinden. In der fachlichen Bezeichnung „thermohaline Zirkulation“ stecken – aus dem griechischen stammend – die Begriffe „Wärme“ und „Salz“ (thermo-halin). Das ist der Hinweis, dass diese Zirkulationsbewegungen durch Temperatur- und Konzentrationsunterschiede (Salzkonzentration) des Meerwassers hervorgerufen werden.

Falls sich die Dichte des Meerwassers durch Temperaturänderungen oder Änderungen in der Salzkonzentration ändert, können diese Zirkulationsbewegungen gestört werden oder ganz zum Erliegen kommen. Eine Abnahme der Salzkonzentration in Meerwasser könnte durch das Abschmelzen von Gletschern oder von Festlandeis (Süßwasser) erfolgen.

Zusammengefasst:

Der Eis-Salzwasser-Versuch hat gezeigt, dass Wasser mit einer geringeren Dichte „oben“ liegen bleibt. Folglich schwimmt Wasser auf Wasser. 😀

Im ersten Versuch war sichtbar, dass kaltes Wasser (blaue Fäden) durch den Dichteunterschied nach unten sinkt. Im zweiten Versuch wurde der Dichteunterschied durch die Zugabe von Salz erreicht. Das Salzwasser blieb „unten“ und das kalte Trinkwasser oben. Durch die blaue Farbe waren beide Schichten gut erkennbar.

Klimawandel und Mobilität oder besser: Mobil mit Klimaschutz

Da das Thema Mobilität – Verkehrswende – Fahrverbote – Elektro-Autos und so weiter in Massen durch die Medien geistert, war ich auf die Vorlesung „Klimawandel und Mobilität“ der Vorlesungsreihe „Klimawandel und ich“ der Heinrich-Heine-Universität gespannt. Der Untertitel des Vortrags von Thorsten Koska vom Wuppertal Institut lautete „Forschung und Praxis der Verkehrswende“.

Startfolie Klimawandel und Mobilität aus der Vorlesungsreihe „Klimawandel und ich“, Foto: R. Schügner

Wie ich in meinem Beitrag „Mobilität der Zukunft: Autonome Elektro-Autos?“ zum Wissenschaftsjahr Zukunftsstadt festgestellt habe, sind autonome E-Autos noch kein ausreichendes Verkehrskonzept um beispielsweise Staus zu vermeiden. Die Staus im Berufsverkehr und gleichzeitig überfüllte Busse und Bahnen sowie die Gesundheitsgefährdung der Anwohner an vielbefahrenen Straßen unterstreichen die Notwendigkeit von Veränderungen im Verkehrskonzept. Da der Wechsel von Benzin oder Diesel auf E-Autos nichts am Verkehr ändert, schaue ich zuerst auf das Ende der Vorlesung und die Folie wie Städte und Zivilgesellschaft Hemmnisse des Verkehrswandels überwinden können.

Folie Aufgaben für Städte und Zivilgesellschaft, Foto: R. Schügner

Was ist wichtig für eine Verkehrswende?

Der Vortrag und die Folie waren für mich ein guter Denkanstoß um Informationen aus verschiedenen Quellen (z. B. Medien, Gespräche, Barcamps, eigene Erfahrungen) zum Thema „Mobilität“ zusammenzufassen.

Knappen Raum richtig nutzen

Wer in der Stadt unterwegs ist, findet entweder keinen Parkplatz oder sieht eine ununterbrochene Reihe parkende Autos an der Straße. Die Straßen sind voll, es gibt Staus. Für Radfahrer wird es oft eng zwischen fahrenden und parkenden Autos und Fußgängern. Es gibt wenige grüne Orte, die zum Verweilen in den Innenstädten einladen. Immer breitere Autobahnen schränken die Lebensqualität der Anwohner ein und verkleinern wichtige Grünflächen im Umfeld der Städte. Weniger Platz für Autos bedeutet mehr Platz für Radfahrer, Fußgänger und Anwohner. Mehr Grün und vielleicht auch der ein oder andere Brunnen sorgen bei heißen Sommern für ein angenehmeres Lebensumfeld.

Mobilität für alle ermöglichen

Gerade in der Diskussion um Fahrverbote aufgrund zu hoher Stickoxidwerte, Umweltspuren in den Städten, höhere Benzinpreise durch die CO2-Abgabe wird die Furcht deutlich, dass Mobilität zu teuer wird und nicht mehr jeder zur Arbeit, zum Einkaufen oder zum Arzt kommt. Ein Ausbau des öffentlichen Personennahverkehrs ist zwar notwendig, reicht aber nicht aus. Radfahrer – und selbstverständlich auch Fußgänger – müssen sich im Verkehr sicher fühlen. Das funktioniert nur mit aureichendem Platz. Nicht mehr jeder ist gut mit dem Rad unterwegs, aber dann kann man Elektromobile mit drei oder vier Rädern nutzen. Weiterhin sollte ein Wechsel zwischen verschiedenen Verkehrsmitteln problemlos möglich sein – für mich am liebsten mit einem Bürgerticket nicht nur für Bus und Bahn, sondern auch zum Ausleihen von Rädern, E-Scootern, E-Rollern und so weiter.
Weiterhin brauchen wir auch für den ÖPNV verbesserte Konzepte. Neben dem Ausbau des Verkehrsnetzes sind auch Linien mit Bedarfshaltestelle, wie im Beispiel von Kombus oder On-demand ride-pooling denkbar. Beim On-demand ride-pooling werden über ein digital vernetztes System Fahrten gebündelt. Im Prinzip handelt es sich um eine Mischform von Taxi und Bus.

Die Stiftung Mercator hat auf Youtube eine Vision für die Mobilität der Stadt der Zukunft vorgestellt.

Zusammenhängend und langfristig Planen – Mittel effizient einsetzen – experimentieren

Die wenigsten Kommunen verfügen über zuviel Mittel, da viele unterschiedliche Dinge, wie beispielsweise Schulen, finanziert werden müssen. Ich denke, mit einer guten und langfristigen Planung lässt sich einiges erreichen. Ein größeres Projekt kann beispielsweise aufgeteilt werden und die Teile nacheinander umgesetzt. Planung und experimentieren schließen sich nicht aus. Vor einer dauerhaften Umsetzung eines neuen Angebots sind Tests durchaus üblich. Es könnte sich um Angebote im Bereich E-Mobilität, ein Bürgerticket oder auch um autonome Linienbusse wie in Monheim handeln.

Zivilgesellschaftlich aktiv werden

In dem Zusammenhang frage ich mich, wieso jetzt die Fahrradfahrer unbedingt auf einer Hauptverkehrsstraße mit Bus- und LKW-Verkehr sowie (jetzt) halb auf dem Bürgersteig parkenden Autos statt auf dem breiten und ohnehin nur mäßig von Fußgängern und Radfahrern genutzen Bürgersteig auf der Straße fahren müssen. Es gibt nur auf einer Seite eine Spur für die Radfahrer und auf der anderen Seite parken die Autos. Ich finde die jetzige Situation einfach unübersichtlich für Radfahrer, Autofahrer und auch Fußgänger. Nun ja, nur wer hinschaut, Dinge hinterfragt und sich für Wichtiges engagiert, kann seine Umgebung mitgestalten und muss nicht alles „nehmen wie es kommt“.

Jetzt brauche ich etwas mehr Naturwissenschaften. 😉 Deshalb schaue ich auf E-Autos und die Verbrennung von fossilen Brennstoffen.

E-Autos für die Verkehrswende?

Ein Auto mit Verbrennungsmotor durch ein E-Auto zu ersetzen, verringert den Stau nicht. Dazu (siehe oben) sind weitere Maßnahmen notwendig. Allerdings würden sich mit Sicherheit die Anwohner an Hauptverkehrsstraßen bedanken. E-Autos sind leiser und es gibt keine Abgase vor dem Fenster. In der Stadt gibt es mittlerweile Schilder, die Tempo 30 von 22 bis 6 Uhr vorschreiben um die Anwohner vor Autolärm zur Schlafenszeit zu schützen. Zudem entsteht bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe nicht nur Kohlendioxid, sondern weitere – gesundheitsgefährdende – Stoffe wie Stick(stoff)oxide und Feinstaub.

Um die Stickoxidwerte unter die vorgeschriebenen Grenzwerte zum Gesundheitsschutz zu reduzieren, wurden beispielsweise in Düsseldorf Umweltspuren eingeführt. Eine Umstellung auf Elektro-Autos führt zu einer besseren Lebensqualität der Anwohner befahrener Straßen durch weniger Lärm und gesundheitschädliche Abgase. Zusätzlich sinken die Kohlendioxidemissionen bei Verwendung erneuerbarer Energien zum Aufladen deutlich. Hatte ich nicht eigentlich mehr naturwissenschaftliches versprochen? Gut wir schauen auf die „Verbrennung von fossilen Brennstoffen“. *Chemie* 😀

Was sind eigentlich fossile Brennstoffe?

Die einfache Antwort wäre Kohle, Erdgas, Erdöl und auch Torf. Da eine Verbrennung eine chemische Reaktion ist, müssen wir etwas genauer hinschauen.

Wortwolke Verbrennung erstellt mit wortwolken.com

Kohlenstoff vorhanden ist, lässt sich einfach folgern, denn es entsteht als Reaktionsprodukt Kohlendioxid. Da es sich bei einer Verbrennung um eine Reaktion mit Sauerstoff handelt, kommt hier eine erste Überlegung zur Reaktion:

Kohlenstoff (?) + Sauerstoff → Kohlendioxid

Das Fragezeichen, sagt, dass wir nicht wissen, ob es reiner Kohlenstoff ist, der reagiert. Kohlenstoff ist – sofern es sich nicht um Diamant handelt – schwarz und ein Feststoff. Die Beschreibung trifft auf Kohle zu, aber nicht auf die anderen fossilen Brennstoffe. Also lässt sich folgern, das der Kohlenstoff Teil einer chemischen Verbindung ist.

Weiterhin entstehen bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe Stickoxide, Feinstaub und schwefelhaltige Abgase (Schwefeldioxid). Im Zusammenhang mit den schwefelhaltigen Abgasen erinnert sich der ein oder andere vielleicht erinnert an die Diskussionen zum „Sauren Regen“ oder der Rauchgasentschwefelung Anfang der 1980er Jahre.

Somit ist die Verbrennungsreaktion komplizierter. Trotzdem fasse ich die bisherigen Infos in einer Reaktionsgleichung zusammen und ergänze Fragezeichen für fehlende Informationen.

Kohlenstoff + Sauerstoff + ? → Kohlendioxid + Stickoxide + Schwefeldioxid + ?

Wenn Stickoxide und Schwefeldioxid entstehen, müssen die Ausgangsstoffe der Verbrennung Schwefel und Stickstoff enthalten. Denn, wie ihr auch in meinem Beitrag zur Reinigung von Kupfer nachlesen könnt, geht in der Chemie weder etwas verloren – noch taucht einfach etwas auf. 😉

Der Begriff „fossil“ liefert hier den Hinweis. Fossile Brennstoffe bestehen aus Abbauprodukten von toten Pflanzen und Tieren. In einem Lebewesen finden sich eine Vielzahl von Substanzen, wie beispielsweise Eiweiße, Fette, Kohlenhydrate und Mineralstoffe.

Stickstoff ist in Lebewesen zum Beispiel in der DNA (Desoxyribonukleinsäure, Träger der Erbinformation) und Eiweißen (Proteinen) zu finden. Schwefel ist ebenfalls Bestandteil von Proteinen. Durch den Abbau der toten Lebewesen verändern sich die Stoffe, aber sie verschwinden nicht. Das bedeutet, fossile Brennstoffe sind ein Gemisch aus verschiedenen Substanzen, die unter anderem Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Schwefel enthalten. Wenn allerdings eine Vielzahl von Substanzen mit Sauerstoff reagiert, lässt sich keine einfache Reaktionsgleichung aufstellen. Allerdings ändert es nichts an der Tatsache, dass alles, was auf der Seite der Ausgangsstoffe (Edukte) reagiert auf der Seite der Endstoffe (Produkte) zu finden ist. Das Gesetz von der Erhaltung der Masse.

Ich habe zum „Gesetz zur Erhaltung der Masse“ auf Youtube ein Video von Ulrich Schütz (Pädagogische Hochschule St. Gallen) gefunden. Streichhölzer werden in einem Reagenzglas erhitzt und entzünden sich. Da die entstehenden Gase mit einem Luftballon aufgefangen werden, ändert sich die Masse (das Gewicht) nicht.

Tipp: Blanke Glücks-Cent verschenken – Kupfermünzen reinigen

Nein, ihr seid nicht im falschen Blog. 🙂 Es geht bei mir immer noch rund um Natur und Wissenschaft. Deshalb gibt es hier nicht nur einen Reinigungstipp, sondern wir schauen uns auch an, was bei der Münzreinigung passiert.

Vielleicht habt ihr schon mitbekommen, dass ich auch gerne bastele. Dazu gehört für mich auch das hübsche Verpacken von Geschenken. Um – je nach Anlass – auch ein wenig Glück zu wünschen, kommt ein „Glücks-Cent“ wie gerufen. Gerade jetzt zum Jahreswechsel stehen gute Wünsche für das Neue Jahr hoch im Kurs. Leider sind die Kupfermünzen oft schwarz angelaufen und nicht mehr blank.

Hier seht ihr einen Glückspilz 😉 mit Glückscent, Foto: R. Schügner

Wie werden Kupfermünzen wieder blank?

Schwarze Kupfermünzen können am preiswertesten mit einfachem Haushaltsessig gereinigt werden. Ihr gießt den Essig in ein Glas und gebt etwas Salz hinzu. Das Salz sorgt dafür, dass die Münze schneller kupfern glänzt. Sobald die Münze blank ist, wird sie aus der Essiglösung genommen, mit Wasser abgespült und getrocknet.

Reinigung von Kupfer in einer Essig-Salz-Lösung

Hier seht ihr die Reinigung von Kupfer in Essig und Salz, Foto: R. Schügner

Diese schnelle Reinigungsmethode eignet sich gut für eine Centmünze, aber sie sollte auf keinen Fall für wertvolle Münzen verwendet werden. Weshalb das so ist, schauen wir uns gleich an.

Warum werden Kupfermünzen schwarz?

Kupfermünzen werden schwarz, weil sie mit dem Sauerstoff aus der Luft zu schwarzem Kupferoxid (genauer: Kupfer(II)-oxid) reagieren. Hier unsere Reaktionsgleichung: (Ich habe die Gleichung auch direkt in der Symbolsprache dazu geschrieben. So ist die Reaktionsgleichung international.)

Kupfer + Sauerstoff → Kupferoxid

2 Cu + O2 →2 CuO

(Der Pfeil bedeutet „reagiert zu“.)

Natürlich könnte man versuchen diese Schicht mechanisch mit Reiben zu entfernen. Die Oberfläche ist allerdings glatter und glänzt mehr, wenn Kupferoxid in einer verdünnten Säure, wie beispielsweise in Haushaltsessig, gelöst wird. „Verdünnt“ bedeutet, dass neben der eigentlichen Säure noch jede Menge Wasser vorhanden ist. Mein Essig enthält zum Beispiel 5% Säure. Dann schauen wir uns mal „die Chemie“ der Kupferreinigung an. 😉

Kupferoxid + Essigsäure → Wasser + Kupferacetat (gelöst)

CuO + 2 CH3-COOH → (CH3-COO)2Cu + H2O

In der Chemie geht nichts verloren. 😉 Das zeigt die Reaktionsgleichung in Symbolschreibweise. Auf jeder Seite des Pfeils finden wir die gleich viel Kupfer (Cu), Sauerstoff (O), Wasserstoff (H) und Kohlenstoff (C). Wir nennen das „Das Gesetz zur Erhaltung der Masse“. Das bedeutet, dass alles was auf der linken Seite des Pfeils zu finden ist, auch auf der rechten Seite auftauchen muss. Der Sauerstoff aus dem Kupferoxid reagiert mit dem Wasserstoff aus der Essigsäure zu Wasser. Übrig bleiben positiv geladene Kupferionen und negativ geladene Essigsäureionen, die sich gut im wässrigen Haushaltsessig lösen.

Ionen? Was ist denn das schon wieder?
Mit Ionen werden positiv oder negativ geladene Teilchen bezeichnet, wie ich es oben beschrieben habe. Wenn hingegen der Begriff „Atom“ verwendet wird, sind immer ungeladene Teilchen gemeint.

Unsichtbare Kupferionen sichtbar machen

Kupfer(II)-acetat ist auch als Grünspan bekannt. Allerdings ist die Menge bei unserer Reaktion so gering, das keine Farbveränderung sichtbar ist. Das Metall Kupfer lässt sich jedoch gut anhand der rötlichen Farbe nachweisen. Gut – eine einzelne Münze reicht für diesen Nachweis nicht. Je nachdem wie dunkel die Münzen sind, also der Menge Kupferoxid, werden etwa 20 bis 30 Kupfermünzen gebraucht. Ein paar mehr schaden nicht, dann sieht man das Ergebnis schneller. 😉

Wir brauchen wieder Haushaltsessig, Kochsalz, Kupfermünzen und diesmal zusätzlich einen Eisennagel. Der Nagel sollte blank und nicht verrostet sein. Das Salz im Essig lösen und die Münzen sowie den Nagel in die Lösung legen. Nun heißt es ungefähr eine halbe Stunde warten. Dann wieder die Münzen und den Nagel in Wasser reinigen. Der Nagel hat jetzt einen kupferfarbenen Überzug. Da es keine „dicke“ Kupferschicht ist, hatte ich leider ein paar Schwierigkeiten mit dem Fotografieren und den aktuellen Lichtverhältnissen. 😦

Was ist passiert?

Da Eisen unedler ist als Kupfer haben die Eisenatome und die Kupferionen ihren Platz getauscht:

Eisenatome + Kupferionen → Kupferatome + Eisenionen

Fe + Cu2+ → Cu + Fe2+

Und mit dem Kupfer auf dem Eisennagel wird auch deutlich sichtbar, weshalb sich diese Reinigungsmethode nicht für wertvolle Münzen eignet: Die Münzen werden weniger, da das Kupfer in die Lösung übergeht.

Die Reaktion im Bild: Eisen geht in Lösung und Kupfer scheidet sich ab, Bild: R. Schügner

Zum Schluss noch ein Tipp: Im Beitrag „Eis mit Eis kühlen“ findet ihr auch haushaltstaugliche Chemie. 😉

Was hat denn das Klima mit Gesundheit zu tun?

Vermutlich hat jeder schon bemerkt, dass das Wohlfühlen und die Leistungsfähigkeit auch von der Temperatur abhängt. Wenn es besonders heiß oder kalt ist, funktionieren wir nicht richtig. 😉 Auch wenn sich das jetzt etwas technisch anhört, es gibt tatsächlich so etwas wie eine optimale Temperatur für die Gesundheit. Und damit sind wir auch schon bei der Vorlesung „Klimawandel und ich“ der Heinrich-Heine-Universität, denn diesmal drehte sich alles um „Klimawandel und Gesundheit“.

Vorlesung an der HHU: Klimawandel und Gesundheit

Vorlesung zum Thema Klimawandel und Gesundheit, Foto: R. Schügner

Diese Temperaturen nennen sich auch „Komfortbereiche für das Mortalitätsminimum“, was bedeutet, dass bei diesen Temperaturen die geringste Sterberate gefunden wird. Wenn die Temperaturen höher oder niedriger sind, sterben mehr Menschen. Diese „optimalen Temperaturen“ unterscheiden sich auch regional. Ich habe ein paar Beispiele zur Gesamtmortalität herausgesucht (Sachstandsbericht Klimawandel und Gesundheit, RKI 2010).

  • Finnland 14,0°C
  • Essen 15,7°C
  • Mailand 23,4°C

Wir werden mit wärmeren Temperaturen leben müssen, denn durch den Klimawandel sind verstärkt länger andauernde Hitzewellen zu erwarten. In den Städten sorgen Wärmespeicherung und die Abstrahlung der Gebäude für zusätzliche Wärmeeffekte. Die Hitze wird zu mehr Sterbefällen führen. Beispielsweise starben im Hitzesommer 2003 laut einer Studie 70.000 Menschen. Der Anstieg der Todesfälle ist hauptsächlich auf ein vorzeitiges Sterben geschwächter Menschen, von Älteren sowie Babys/Kleinkindern zurückzuführen.

Warum sind gerade diese Bevölkerungsgruppen von der Hitze betroffen?

Ältere Menschen: Hier handelt es sich meistens um Menschen mit einer geringeren Fitness und Vorerkrankungen, wie zum Beispiel Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Zudem können ältere Menschen nicht mehr so gut schwitzen und haben deshalb weniger Abkühlung.

Auch Kinder schwitzen noch nicht so gut, wie Erwachsene. Bei Säuglingen kommt dazu, dass die Temperaturregulation nicht voll ausgebildet ist.

Weiterhin können auch Menschen, die im Freien arbeiten von Hitzeerkrankungen betroffen sein. Es handelt sich um akute Überwärmungen, die der Körper nicht mehr ausgleichen (abkühlen) kann.

Bei den Belastungen durch Hitze ist neben der Temperatur auch die Luftfeuchtigkeit wichtig. Denn unser „Abkühlungssystem“ mit dem Schwitzen funktioniert bei hoher Luftfeuchtigkeit nicht mehr so gut, so dass schon Temperaturen um 30°C bei hoher Luftfeuchtigkeit sehr belastend sein können.

Tipps bei Hitze

  • Viel Wasser trinken (Wasserverlust durch Schwitzen)
  • Keinen Alkohol trinken (belastet den Kreislauf zusätzlich)
  • luftdurchlässige helle Kleidung tragen (bessere Abkühlung des Körpers)
  • Sich im Haus oder im Schatten aufhalten (kühlere Temperaturen)
  • Anstrengende körperliche Tätigkeiten an besonders heißen Tagen vermeiden
Hitze-Tipps

Tipps zum Verhalten bei Hitze, Bild: R. Schügner

Gerade Bewohner von Städten sind durch die Wärmespeicherung und Abstrahlung der Gebäude besonders gefährdet. Hier muss der Städtebau angepasst werden. Das Aufbrechen von versiegelten Flächen und das Planen Grünflächen in der Stadt oder auch Dachbegrünungen sorgen durch die Verdunstungskälte für ein angenehmeres Klima. Pflanzen auf dem eigenen Balkon verschönern die Umgebung und sorgen für ein besseres Klima.

Rosen

Schöne Umgebung und gutes Klima: Rosen auf dem Balkon, Foto: R. Schügner

Da sich schwarze Dächer in der Sonne besonders aufheizen, sollte über eine Begrünung oder falls das nicht möglich ist, über hellere (am besten weiße Dächer) nachgedacht werden.

Damit die Städte fit für eine Zukunft mit Hitze und anderen Wetterextremen wie Starkregen sind, muss in die Stadtplanung und den Umbau investiert werden.

Es gibt mehr Allergien durch den Klimawandel?

Ein Beispiel ist der Eichenprozessionsspinner, der seit ein paar Jahren regelmäßig in der Presse auftaucht, da er sich mittlerweile massenweise vermehrt. Seine Raupen besitzen Brennhaare, die zu Reizungen und Allergien führen.

Die Pollenallergiker mussten feststellen, dass mittlerweile das ganze Jahr „irgendwas“ blüht. Ein Beispiel ist die Haselnuss, deren Blüte immer früher beginnt und damit weiter in den Januar hineinverschiebt. Allergiker sind länger den allergieauslösenden Pollen ausgesetzt und die pollenfreien Erholungsphasen fehlen.

Das war jetzt ein Blick auf gesundheitliche Folgen des Klimawandels, die wir hier aktuell schon wahrnehmen. Als nächstes gibt es noch einen Blick auf Infektionskrankheiten, die sich langsam bei uns ausbreiten.

Klimawandel und Infektionserkrankungen

Wer bei Hitze und Infektionskrankheit an Malaria denkt, liegt nicht so falsch. Auch die Malaria breitet sich durch die steigenden Temperaturen aus. Genauer gesagt die Anopheles-Mücke als Überträger kann sich in den jetzt wärmeren Gebieten vermehren.

Hier in Deutschland denken wir beim Thema Krankheitsübertragung durch Tiere hauptsächlich an Zecken und die Erkrankungen Borreliose und FSME. Unsere heimischen Zecken vermehren sich immer noch blutsaugend weiter, 😉 aber eine neue Zeckenart ist aufgrund der wärmeren Temperaturen und milderen Winter eingewandert. Die tropische Hyalomma-Zecke jagt – im Gegensatz zu unseren heimischen Arten – aktiv und bewegt sich mehrere hundert Meter auf ihren Wirt zu. Etwa die Hälfte der Hyalomma ist Überträger von Rickettsien, einer Bakterienart, die das Zecken-Fleckfieber auslösen kann. Ich habe hier ein Youtube-Video von Shrikant Kelkar mit dieser Zecke gefunden. Hier könnt ihr sehen, wie sie aussieht (gestreifte Beine) und wie schnell sie sich bewegt.

Über Mücken hatte ich schon in meinem Beitrag zum Barcamp OKNRW geschrieben. (Ich verlinke auf die Wikipedia-Artikel mit Fotos, so dass ihr euch die Mücken anschauen könnt.) Auch die bei uns am weitesten verbreitete „Gemeine Stechmücke“ (Culex pipiens) kann das West-Nil-Virus übertragen. Allerdings verläuft die Erkrankung in den meisten Fällen ohne Symptome und nur wenige erkranken schwer. Mittlerweile breitet sich eine weitere Mückenart die Asiatische Buschmücke (Aedes japonicus) in Deutschland aus. Hier im Mückenatlas könnt ihr euch die Karte von 2012 und die Funde von 2012-2017 ansehen. Sie hat sich mittlerweile ziemlich ausgebreitet.

Die Asiatische Tigermücke (Aedes albopictus) ist in Süddeutschland häufiger zu finden und Überträger verschiedener Erkrankungen: Zika-Virus, Gelbfieber, Chikungunya-Fieber und Dengue-Fieber. Alles Krankheiten, die einen bisher eigentlich eher an Fernreisen denken lassen. Irgendwie juckt es mich jetzt. 😦 Aber hier noch einmal der Tipp (mit Video): Wer sich am Citizen-Science-Projekt Mückenatlas beteiligen will, kann beim Einfangen helfen.

Barcamp OKNRW – Klima und Open Data

Am Wochenende war ich in Wuppertal beim Barcamp Offene Kommunen NRW mit vielen interessanten Sessions. 😀

Bergische vhs - Medienzentrum Wuppertal

Bergische vhs – Medienzentrum Wuppertal, Foto: R. Schügner

Dieses Jahr war der Titel der Veranstaltung KlimaUnKonferenz mit der Frage, wie Open Government und Open Data den Städten und Gemeinden helfen können sich zu klimaneutralen Kommunen zu entwickeln. Ich war schon sehr gespannt auf die Vorschläge für die Sessions und habe mich auf das Mit-Diskutieren gefreut. Eine kurze Info wie so ein „Barcamp“ funktioniert gibt es in dem Youtube-Video von induux.

Hier ist das Sessionboard (unser „Stundenplan“ 😉 ) noch ziemlich leer. Er hat sich schnell mit vielen Sessions gefüllt. Wie immer gab es trotz des Schwerpunktes „Klima“ eine große Themenvielfalt. Ich werde einige „meiner“ Sessions vorstellen.

Sessionboard

Sessionboard des Barcamps OKNRW 2019, Foto: R. Schügner

Solarenergie – Photovoltaik

Ich habe mir zum Start das Thema Photovoltaik ausgesucht, da ich mich sehr dafür interessiere – für den „Hausgebrauch“ sozusagen. 😉 Da wir nur eine kleine Runde waren konnte ich alle mit Fragen löchern. 😀 Da ich nicht aus Wuppertal komme, war meine erste Frage allerdings: Was ist denn Utopiastadt? Anfangs war es ein Kulturprojekt, dass das Viertel beleben sollte. Jetzt hat sich das Projekt weiterentwickelt. So gibt es zum Beispiel Urban Gardening (Urbanen Gartenbau), Coworking und ein Reparatur-Café. Weiterhin sind Photovoltaik-Anlagen geplant. Hier findet ihr einen Bericht des Deutschlandfunks.

Da mich also mehr für die Stromerzeugung für ein Reihenhaus interessiere, waren das meine Hauptfragen und dafür gab es gute Tipps. Falls man Handwerker verschiedener Gewerke, z. B. zum Dachdecken und für die Solaranlage braucht, gibt es Handwerker-Zusammenschlüsse, die ein Gesamtkonzept entwickeln – auch mit der Möglichkeit Strom zu Hause zu speichern. Eine gaaanz kleine Version ist ein Balkonkraftwerk. Damit konnte ich dann sehr zufrieden zur nächsten Session gehen.

Citizien-Science-Projekte

Bei Citizen-Science-Projekten geht es darum, dass Bürger die Wissenschaft unterstützen. Beispiele und Möglichkeiten zur Teilnahme gibt es auf der Plattform „Bürger schaffen Wissen“. Am bekanntesten sind wahrscheinlich das Zählen der Vögel mit dem NABU oder das Sammeln von Mücken (bitte nicht zerquetscht 😉 ). In der Diskussion ging es darum, wie man mit Citizen-Science-Projekten den Klimawandel sichtbar machen kann. Da passt dass Beispiel mit den Mücken recht gut. Mittlerweile gibt es eingewanderte Arten, die sich aufgrund der wärmeren Temperaturen auch vermehren und Krankheiten, wie das West-Nil-Virus, übertragen können, die bisher nicht in Deutschland verbreitet sind. Unten seht ihr das Video vom Leibniz Zentrum für Agrarforschung zur Aktion.

Für mich passten die Session zum Thema „Offene Umweltdaten aus Düsseldorf“ und „Mobile Umweltdaten via LoRaWan“ gut dazu. Bei LoRaWAN handelt es sich um ein Netzwerk in das man zum Beispiel Temperatur- oder Feuchtigkeitsmessungen aus dem Wald übertragen kann. Auf dem Land hat dieses Netzwerk große Reichweiten. Es werden entsprechende Sensoren und Übertragungsmodule benötigt, aber nur wenig Energie. Eine Batterie reicht recht lange für die Sensoren und die Übertragung. Irgendwie hat es mir da schon in den Fingern gejuckt. Ich habe an Basteln, Messwerte und Forschung gedacht (und meine Pflanzen vermutlich an regelmäßiges Gießen 😉 ). Tolle Sessions. 🙂

Umweltdaten aus Düsseldor

Umweltdaten aus Düsseldorf, Foto: R. Schügner

Bei der Session zur Stadtbegrünung war die Botschaft, dass jede Grünfläche in den Städten wichtig ist. Pflanzen tragen zu einem angenehmeren Klima in den Städten bei, da sich Stein, Beton und Asphalt besonders aufheizen. Scheinbar hat Wuppertal hier einiges zu bieten, wie unten im Foto zu sehen ist. 🙂

Grüne Stadt Wuppertal

Die grüne Stadt Wuppertal, Foto: R. Schügner

Als jemand, der auch gerne mit Bus und Bahn unterwegs ist (zumindest meistens…) fand ich auch die Infos zum Bürgerticket für Wuppertal interessant.

Bürgerrechte und Smart City

Nachdem ich jetzt schon von einem Thema zum nächsten gesprungen bin, gibt es jetzt noch „Bürgerrechte in der Smarten Stadt“ zum Abschluss. Ich weiß nicht genau, was ich erwartet hatte, aber es ging mehr in Richtung „Zukunftsvision“. Zumindest hatte ich nicht erwartet, dass es bereits eine „Deklaration der Städtekoalition für digitale Rechte“ gibt. Ein paar kurze Stichworte sind Internetzugang für alle, digitale Bildung sowie Privatsphäre, Datenschutz und Sicherheit. Die drei führenden Städte sind Amsterdam, Barcelona und New York City. Berlin und München beteiligen sich auch an der Initiative.

Mittlerweile sind viele Städte bei der Umsetzung oder auch ersten Tests von irgendwas mit „Smart City“. Und genau dafür braucht man irgendwas mit Internet. 😉 Wie oben bei den Bürgerrechten angemerkt, geht es hier um Privatsphäre, Datenschutz und Sicherheit. Ich sag‘ mal salopp, muss die Laterne – und damit auch irgendein Server irgendwo auf der Welt – wissen, dass ich gerade an der Laterne stehe und warte? Und später auch wissen mit wem ich mich dort getroffen habe und eventuell noch hören und abspeichern, was wir erzählen?

Deshalb war für mich der wichtigste Tipp des Tages – und mein Abschlusstipp:
Schaut genau hin, wer eure Stadt „smart“ macht.

Schaut genau hin, wer eure Stadt „smart“ macht!, Foto: R. Schügner

Es waren zwei sehr interessante und gut organisierte Barcamp-Tage. Vielen Dank an die fleißigen Unterstützer und Partner, die ihr unten auf der Veranstaltungsseite findet.

Was hat Klimawandel mit Ethik zu tun?

Diese Woche gab es in der Vorlesungsreihe „Klimawandel und ich“ der Heinrich-Heine-Universität eine „Einführung in die Klimaethik“. Ich war sehr gespannt auf die Vorlesung, da das Thema Klimawandel ziemlich komplex ist und es einfach ist Verantwortung für Emissionen, Kosten und die Zukunft sozusagen „vom einen zum anderen“ zu schieben. Letztlich führt das zur Untätigkeit, was wir uns im Zusammenhang mit dem Klimawandel nicht leisten können.

Einführung in die Klimaethik

Vorlesung „Einführung in die Klimaethik“ an der HHU, Foto: R. Schügner

Die Vorlesung hat mir einige neue Denkansätze geliefert und ich weiß auch warum ich Naturwissenschaften und nicht Philosophie studiert habe. 😉 Ich habe mir überlegt, dass ich euch mit einer Wortwolke ein paar Stichworte als Denkanstoß liefere. Nur beim letzten Thema dem Landverlust durch die Erhöhung des Meeresspiegels wird es etwas ausführlicher.

Wortwolke Klimawandel und Ethik

Wortwolke Klimawandel und Ethik generiert mit wortwolken.com

Landverlust durch Anhebung des Meeresspiegels

In meinem Blogbeitrag „Wissenschaftsjahr Meere und Ozeane: Reif für die Südseeinsel?“ ging es um Korallenriffe und die Entstehung von – recht flachen- Inseln im Meer. Beispiele für Atolle sind Kiribati, Vanuatu und Male (Hauptstadt der Malediven). Wer denkt bei den Malediven nicht an Urlaub?

Mein Bild bei Südseeinsel und Urlaubsfeeling ;), Bild: R. Schügner

Wie ihr in meinem Beitrag nachlesen könnt, gibt es zum Beispiel bei Kiribati schon Probleme. Die steigenden Meeresspiegel und auch die zunehmenden Stürme bereiten schon jetzt Probleme. Die Inseln werden leichter überspült, was zur Versalzung führt. Dadurch gibt es einen Trinkwassermangel und auch Nahrung kann auf dem salzigen Boden nicht mehr angebaut werden.

Was ist wenn die Inseln unbewohnbar werden?

Es gehen Eigentumsrechte (irgendwem gehört das Land) und auch territoriale Rechte (die Inseln sind zum Teil souveräne Staaten) verloren. Ein ganzer Staat müsste evakuiert werden. Wo sollen diese Menschen leben? Wie sollten solche Schäden kompensiert werden? Geht das überhaupt?

Wenn Teile unserer Küsten und Inseln vom steigenden Meeresspiegel unbewohnbar werden sollten, ist immer noch Staatsgebiet vorhanden – auch wenn das Eigentum des Einzelnen im Meer versinkt. Allerdings bereitet nicht nur der Anstieg des Meeresspiegels Probleme. Extreme Wettereignisse wie Überflutungen und anhaltende Trockenheit können zu Nahrungsmangel und Trinkwassermangel führen. Es werden vermutlich nicht nur die Küsten unbewohnbar werden, sondern auch im Land wird es in einigen Regionen – zumindest zeitweise – größere Probleme geben.

Wie werden zukünftige Generationen leben?

Lesetipps:

Welche Auswirkungen hat der Klimawandel?

Ein Blick in die (Wissenschafts-)Vergangenheit zum Thema Klima, Kohlendioxid und Klimawandel

Ein Blick in die (Wissenschafts-)Vergangenheit zum Thema Klima, Kohlendioxid und Klimawandel

Nach dem es im zweiten Teil der Vorlesungsreihe „Klimawandel und ich“ an der Heinrich-Heine-Universität um die „Auswirkungen des Klimawandels“ ging, war das nächste Thema die „Geschichte des Klimawandels“. Der Titel ist vielleicht ein wenig irreführend, denn es ging um wissenschaftliche Erkenntnisse seit 1800, die Informationen zum Klima und dem Klimawandel liefern. Unten in der Abbildung seht ihr kurz die wichtigsten Meilensteine. Mein Blatt hat gerade gereicht. – Natürlich könnte ich auch gute Planung sagen. 😉

Geschichte des Klimawandels

Meine Mitschrift zur Vorlesung „Geschichte des Klimawandels“, Abbildung: R. Schügner

Da es sich um eine lange Entwicklung mit einer ganzen Reihe an wissenschaftlichen Erkenntnissen handelt, habe ich mir ein paar ausgesucht und genauer angesehen. Und ich bin (als Farbstoffchemikerin) direkt beim ersten Punkt „hängengeblieben“: Licht und Farbe – oder in diesem Fall Licht und Infrarotstrahlung. 🙂 Wilhelm Herschel entdeckt die Infrarotstrahlung im Jahr 1800.

Meine erste spannende Entdeckung war, dass Wilhelm Herschel (oder William Herschel) eine interessante Biografie hat. Er wurde zu einer Zeit in Hannover geboren, als eine Personalunion mit Großbritannien bestand, so dass er später in England lebte. Neben seiner Arbeit als Musiker interessierte er sich auch für Mathematik und Astronomie. Das Interesse für Astronomie war scheinbar in der Familie weit verbreitet. Unter anderem forschte auch seine Schwester Caroline Herschel erfolgreich auf diesem Gebiet.

Wie hat Wilhelm Herschel die Infrarotstrahlung entdeckt?

Unser sichtbares Licht ist nur ein kleiner Teil des elektromagnetischen Spektrums. Wie die UV-Strahlung („das ultraviolette Licht“) gehört die Infrarotstrahlung zum nicht sichtbaren Teil des Spektrums, der direkt an das sichtbare Licht grenzt. Die UV-Strahlung befindet sich jenseits des sichtbaren violetten Lichtes und die meisten kennen die hautschädigende Wirkung. Die Infrarotstrahlung befindet sich an der anderen Seite des sichtbaren – roten – Lichtes. Wilhelm Herschel ließ Sonnenlicht (weißes Licht) durch ein Prisma fallen und versuchte die Temperaturen der nun sichtbaren Farben des Spektrums zu messen und stellte fest, dass das Thermometer neben dem roten Licht die höchste Temperatur anzeigte.

Wie aus weißem Licht ein Regenbogen an Farben wird, könnt ihr in dem Youtube-Video von Laseranwendungstechnik RUB sehen.

Das elektromagnetische Spektrum

Wir haben jetzt schon ein paar Teile des Spektrums kennen gelernt: sichtbares Licht, UV-Strahlung, Infrarotstrahlung. Es gibt noch einiges mehr unter anderem Mikrowellen, WLAN, Röntgenstrahlen usw. Am besten kann man das mit einer Abbildung zeigen.

Das elektromagnetische Spektrum

Das elektromagnetische Spektrum, Abbildung: R. Schügner

Was hat Eunice Foote mit dem Klimawandel zu tun?

Wie ihr an Caroline Herschel gesehen habt, gab es auch in den vergangenen Jahrhunderten immer wieder Frauen, die entgegen der gesellschaftlichen Normen wissenschaftlich arbeiteten. Eunice Foote gehörte auch zu diesen wenigen Frauen. Zusätzlich zu ihrer wissenschaftlichen Arbeit setzte sie sich zusammen mit ihrem Mann für Frauenrechte ein. Ihre Veröffentlichung „Circumstances Affecting the Heat of Sun’s Rays“ im „American Journal of Science and Art“ 1856 verknüpft Kohlendioxid mit der Erwärmung der Atmosphäre. Mit einfachen Versuchen hat sie „normale“ Luft und verschiedene Gase verglichen. Kohlendioxid (carbonic acid gas) zeigte in der Sonne eine deutlich höhere Temperatur (120°F) als Luft (100°F) an. Ihre Schlußfolgerung war, dass ein höherer Gehalt an Kohlendioxid in der Atmosphäre zu einer höheren Temperatur führen würde.

Ich springe dann mal locker 100 Jahre weiter – und es gibt Computer. 😉

Ein Computermodell und steigende Kohlendioxidkonzentrationen

Syukuro Manabe entwickelte dreidimensionale Computermodelle der Atmosphäre. Im „Journal of the Atmospheric Sciences“ wurde 1967 ein Artikel von Manabe und Richard Wetherald veröffentlicht, in dem ein Computermodell das Klima der gesamten Erde simuliert. Ein steigender Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre führt dazu, dass mehr Wärme von der Erdoberfläche in die obere Troposphäre transportiert wird, ähnlich wie bei Aufwinden, die zur Bildung von Gewittern führen. Weitere Erwärmungen verstärken den Prozess bis die Wärme soweit oben ankommt, dass sie ins All abstrahlt.

Und zum Schluss: Ein Blick auf die politische Aktivitäten zum Klimawandel

Zum einen sind die jährlich stattfindenden Konferenzen zur Erderwärmung zu sehen und zum anderen drei Konferenzen zum Ozonloch mit den entsprechenden internationalen Entscheidungen um die ozonschädigenden Gase („kein FCKW“) zu reduzieren.

Folie in der Vorlesung: Meilensteine der politischen Aktivität Ozonloch vs. Klimawandel, Foto: R. Schügner

Welche Auswirkungen hat der Klimawandel?

Ich besuche immer mal wieder die Webseite meiner alten Uni um zu sehen, was es so Neues gibt. Jetzt im Wintersemester wurde ich tatsächlich fündig. 🙂 Es gibt an der Heinrich-Heine-Universität eine öffentliche Ringvorlesung mit dem Thema „Klimawandel und ich“. Den ersten Termin habe ich leider verpasst. Zum Glück geht es bei jedem Termin um einen anderen Aspekt des Themas.

Die Vorlesungen finden im größten Chemie-Hörsaal statt. Und ich gebe es zu, mein erster Gedanke war: Home sweet home 😉

Periodensystem der Elemente

Das Periodensystem in Hörsaal 6J, Foto: R. Schügner

Beim zweiten Termin ging es um die Frage „Was sind die Auswirkungen des Klimawandels?“

Vorlesung zur Auswirkung des Klimawandels

Titel der Vorlesung: Was sind die Auswirkungen des Klimawandels? Foto: R. Schügner

Der Hörsaal war gut gefüllt – und die Vorlesung wurde per Video in einen weiteren Hörsaal übertragen. Da ich in letzter Zeit meistens auf Barcamps war, war das nur Zuhören in der Vorlesung gewöhnungsbedürftig. Einige Inhalte der Vorlesung kamen mir bekannt vor, andere waren eine interessante Ergänzung.

Bei den „Auswirkungen des Klimawandels“ ging es um globale Auswirkungen, wie zum Beispiel das Abschmelzen der Polkappen oder des Grönlandeises. In diesem Zusammenhang wird auch der Begriff „Kippelemente“ verwendet. Das Ziel, die Erwärmung auf einen bestimmten Wert zu begrenzen, steht in Bezug zu diesen Kippelementen.

Was also sind „Kippelemente“?

Selbst bei den Veränderungen, die der Klimawandel bei einer Temperaturerhöhung um etwa 1 Grad bisher mitgebracht hat, könnte man sagen: gut, der Sommer ist heißer und trockener oder es gibt ein paar Stürme mehr. Na ja, dann wird es halt noch etwas wärmer.

Leider funktioniert das an einigen Stellen beziehungsweise in einigen Regionen im globalen Klimasystem nicht so einfach, sondern eher nach dem Sprichwort „Ein Tropfen bringt das Fass zum Überlaufen“. Ein Tropfen zuviel kann eine Temperaturerhöhung sein, mit der ein bestimmter Wert (der Schwellenwert) überschritten wird und dann eine plötzliche und dauerhafte Änderung stattfindet. Es ist so, als würde eine zusätzliche Karte ein Kartenhaus zum Einsturz bringen. Oder vielleicht kennt ihr auch das Spiel mit dem Turm aus Holzklötzen? Hier kann das Herausziehen oder Auflegen eines Klotzes den ganzen Turm zum Einsturz bringen.

Zur Erinnerung an das Spiel eine schnelle Skizze: Der Turm kippt um, Abbildung: R. Schügner

Weniger Eis = mehr Wasser – oder gibt es noch etwas anderes?

Das Abschmelzen großer Eisflächen ist ein Beispiel für Kippelemente. Ich habe hier auf der Seite des Umweltbundesamtes eine Abbildung der Arktis gefunden. Von oben ist die große weiße Eisfläche zu sehen. Im Verlauf der Jahreszeiten hat die Eisschicht sich schon immer verändert. Durch die Temperaturerhöhung ist das Eis im Sommer immer weiter abgeschmolzen und immer mehr des dunklen Untergrundes (Wasser oder Felsen) kommt zum Vorschein. Ich denke, dass jeder schon einmal den Temperaturunterschied zwischen einer schwarzen und einer weißen Fläche bemerkt hat. Schwarze Flächen fühlen sich bei Sonne schnell heiß an, während weiß das Sonnenlicht reflektiert.

Licht ist eine Energieform. In der Photovoltaik nutzt man die Lichtenergie um sie in elektrische Energie umzuwandeln. Wenn Licht auf eine dunkle Fläche fällt und absorbiert (aufgenommen) wird, wird die Lichtenergie in Wärme(energie) umgewandelt. Wenn Licht reflektiert wird, wird das Licht und damit die enthaltene Energie „zurückgeworfen“.

Absorption und Reflektion von Licht

Helle Flächen reflektieren Licht, dunkle Flächen absorbieren Licht, Abbildung: R. Schügner

Etwas vergleichbares passiert auch bei einer Eisfläche und dem dunklen Untergrund, wie Wasser oder Felsen. Je weniger Eis, desto mehr erwärmt sich der Untergrund und desto weniger Sonnenstrahlung wird reflektiert.

Je wärmer der Untergrund, desto wärmer die Umgebung und desto mehr schmilzt das Eis. Und dann liegt mehr von dem Untergrund frei – und der kann sich wieder erwärmen. Damit verstärkt sich der Prozess des Abschmelzens selbst.

Rückgang der Nettoproduktivität der Biosphäre

Wieder habe ich eine Handvoll Fachbegriffe. 😉 Mit „Biosphäre“ ist der gesamte Raum der Erde gemeint, in dem Leben vorkommt. Mit dem Begriff „Nettoproduktivität“ ist in diesem Zusammenhang die Fähigkeit der natürlichen Systeme Kohlendioxid zu speichern gemeint.

Was passiert mit dem Kohlendioxid auf der Erde?

Das „System Erde“ nimmt Kohlendioxid auf, was auch als Kohlenstoffsenke bezeichnet wird. Ein Viertel wird von den Ozeanen aufgenommen und ein weiteres Viertel wird in der Biosphäre, beispielsweise in Bäumen und im Humus, gespeichert. Wälder speichern das Kohlendioxid in Biomasse, das bedeutet als Holz und in Blättern, wenn sie wachsen. Beim Absterben der Pflanzen wird der gebundene Kohlenstoff jedoch wieder frei.

Was hat das mit den Kippelementen zu tun?

Zunächst scheint es so, dass mehr Kohlendioxid förderlich für das Wachstum (die Zunahme an Biomasse) der Pflanzen ist. Zwar wird das Wachstum angeregt, aber je nach Pflanzenart (Photosynthese bei C3- bzw. C4-Pflanzen) in unterschiedlichem Maß. Pflanzen regeln die Photosynthese bei steigender Temperatur und Trockenheit herunter. C4-Pflanzen können Kohlendioxid bei günstigen Bedingungen anreichern und verbrauchen es unter ungünstigen Bedingungen, wie Hitze und Trockenheit. C3-Pflanzen sind dazu nicht in der Lage.

Zudem brauchen Pflanzen mehr zum Wachstum als nur Kohlendioxid. Wer selbst Pflanzen auf der Fensterbank oder im Garten hat, wird sie regelmäßig düngen und gießen. Wenn in der Erde Mineralstoffe oder Wasser fehlen, wachsen die Pflanzen auch mit viel Kohlendioxid nicht. Wer Tipps zur Düngung braucht, findet sie hier bei der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf. Außerdem weiß jeder Pflanzenfreund, dass Pflanzen auch bestimmte Anprüche an ihren Standort haben. Dazu gehören Licht und Schatten, aber auch die Temperatur.

Ein weiterer Faktor ist, dass Pflanzen während einer Dürre absterben, zersetzt werden und Kohlendioxid wieder frei wird. Hier haben wir wieder bei einem Rückkopplungseffekt wie bei den Eisflächen: Die steigende Temperatur führt zu einem Rückgang der Photosynthese. Die Pflanzen nehmen weniger Kohlendioxid auf und mehr Kohlendioxid bleibt in der Atmosphäre.

So das war jetzt mein Rückblick auf diese Vorlesung. Ich bin schon gespannt auf nächste Woche.

Fundstück beim Waldspaziergang: Eine merkwürdige Blüte mit Fliege ist ein Tintenfischpilz

Das Foto dieser merkwürdigen „Blüte“ mit Fliege ist schon vor einer ganzen Weile entstanden – genauso wie der Plan einen Blog-Beitrag zu schreiben. JETZT ist es endlich soweit. 🙂

Bei einem Spaziergang mit meiner Schwester und den Hunden haben wir am Wegrand im Gras eine merkwürdige Pflanze mit rötlich-schwarzen länglichen Blättern (?) entdeckt. Also schnell das Smartphone gezückt und fotografiert. 🙂

Tintenfischpilz; Foto: W. Schügner

Bei genauerem Betrachten der Pflanze haben wir noch eine Fliege gesehen, die sich dort niedergelassen hatte.

Tintenfischpilz mit Fliege; Foto: W. Schügner

Nun Pflanzen, die Fliegen anziehen, riechen meistens nicht besonders gut, sondern vermutlich nach Aas. Den Geruchstest musste ich dann nicht machen… – Die Hunde fanden den Geruch allerdings interessant. 😉

Mit den Fotos und der Geruchs-Info ließen sich Informationen zu der Pflanze ganz schnell finden. Es ist ein Tintenfischpilz (Clathrus archeri), der ursprünglich aus Australien stammt.

Wie kommt der Tintenfischpilz von Australien nach Europa?

Anfang des 20. Jahrhunderts importierte Frankreich Wolle aus Australien und Neuseeland. In diesen Wolllieferungen wurden wahrscheinlich die Sporen des Pilzes vor mehr als 100 Jahren mit-importiert. Der Tintenfischpilz wurde 1913 oder 1914 (je nach Quelle) erstmals in den Vogesen nachgewiesen. Von dort aus breitete er sich langsam in Europa aus, da auch in Europa die Fliegen – wie ich sehen konnte – von dem Aasgeruch des Tintenfischpilzes angezogen werden. Die in Europa neue Pilzart Clathrus archeri wird in den letzten Jahren scheinbar häufiger gesichtet.

Der Überbegriff für „neue“ Pflanzen oder Tiere, die aus anderen Gegenden absichtlich (z. B. Zierpflanzen) oder unabsichtlich (wie der Tintenfischpilz) eingeführt wurden oder werden ist Neobiota. Nicht jede Pflanze oder jedes Tier aus anderen Regionen überlebt in einer neuen Umgebung und ist zu dem noch in der Lage sich zu vermehren. Die Bedingungen müssen dafür ähnlich wie in dem ursprünglichen Ökosystem sein. Andererseits besteht immer die Befürchtung, dass Neobiota das „neue“ Ökosystem schädigen. Der Begriff „Ökosystem“ wird mittlerweile recht häufig gebraucht und eine genauere Vorstellung bestimmt nicht verkehrt.

Ich habe den Begriff „Ökosystem“, beispielsweise in meinen Blogbeiträgen zum Wissenschaftsjahr „Meere und Ozeane“ in Zusammenhang mit dem Korallenriff, verwendet. Dort ging es jedoch nicht um Schäden am Korallenriff durch Tiere oder Pflanzen aus anderen Ökosystemen, sondern um Schäden, die durch den Klimawandel verursacht werden. Für ein Ökosystem sind somit nicht nur Lebewesen, sondern auch das Klima mit z. B. Temperatur und Regen, wichtig.

Bekannte Beispiele für Ökosysteme sind das Korallenriff oder das Wattenmeer. Beide Beispiele zeigen, dass es sich um spezielle Lebensräume handelt.

Beispiel: Lebensraum Wattenmeer

Besonders beim Lebensraum Wattenmeer mit Ebbe und Flut ist sichtbar, dass ein Lebensraum besondere Ansprüche an alle Lebewesen stellt. Tiere und Pflanzen müssen im Wattenmeer sowohl an das salzhaltige Wasser wie auch an den Wechsel von Flut (Wasser) und Ebbe (kein Wasser, Trockenheit, Sonne) angepasst sein. Weiterhin kommen noch die Jahreszeiten mit ihren unterschiedlichen Temperaturen und Lichtverhältnissen hinzu: kurze Tage mit wenig Sonne und Kälte im Winter und lange Tage mit viel Sonne und Hitze im Sommer.

Was also ist ein Ökosystem?

Alle Lebewesen sind an ihren Lebensraum, wie z. B. das Wattenmeer, angepasst. Pflanzen und Tiere finden dort Nahrung und Schutz sowie die Möglichkeit sich zu vermehren.

Ein Beispiel ist der Wattwurm (Arenicola marina), der im Watt lebt und aus dem Sand des Watts Nahrung herausfiltert sowie das Wasser zur Vermehrung nutzt. Weiterhin dient er bei Niedrigwasser Vögeln wie z. B. dem Austernfischer als Nahrung. An diesen Vögeln ist die Anpassung an den Lebensraum Wattenmeer sichtbar: Lange Beine und spitze Schnäbel, die sich gut zur Suche von Wattwürmern eignen.

Austernfischer: Anpassung an den Lebensraum Wattenmeer: Foto: G. Schügner

Lebewesen als Lebensgemeinschaft?

Lebensgemeinschaft bedeutet, dass Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen sowohl Nahrung finden wie auch als Nahrung für andere Lebewesen dienen, wie im Beispiel der Wattwurm. Er findet Nahrung im Watt und wird von Vögeln gefressen.

Zusammengefasst besteht ein Ökosystem aus einem Lebensraum (= die unbelebte Umwelt) und der Lebensgemeinschaft verschiedener Lebewesen.

Ökosysteme sind stabil, wenn sich die Umweltfaktoren nicht verändern. „Umweltfaktoren“ – schon wieder ein neuer Fachbegriff. Wenn sich ein Lebewesen (Organismus) in einem Lebensraum aufhält, wirken ein Vielzahl von Faktoren aus der Umgebung (= Umwelt) auf das Lebewesen. Das sind zum einen abiotische („nichtlebende“) Faktoren, wie Temperatur oder Licht und zum anderen biotische („lebende“) Faktoren an denen Lebewesen miteinander in Wechselwirkung stehen, wie eine Räuber-Beute-Beziehung.

Unten findet ihr eine Übersicht über die abiotischen und biotischen Faktoren:

abiotische Faktoren:

  • Licht
  • Wasser
  • Klima
    • Temperatur
    • Wind
    • Feuchtigkeit
  • Luft
  • Bodeneigenschaften

biotische Faktoren:

  • Intraspezifische Faktoren
    • Tierverbände
    • Territorialität
    • Konkurrenz
  • Interspezifische Faktoren
    • Räuber-Beute-Beziehung (Episitismus)
    • Parasitismus (ein Parasit zieht Nutzen aus einem anderen Lebewesen und schädigt es)
    • Kommensalismus (ein Organismus zieht Nutzen aus einem anderen Lebewesen ohne es zu schädigen)
    • Konkurrenz (Wettbewerb von Lebewesen um eine begrenzte Ressource wie Nahrung oder Wohnraum)

Abiotische und biotische Umweltfaktoren; Abbildung: R. Schügner

Wie in der Liste zu sehen ist, wirken viele Faktoren in einem Ökosystem zusammen. Eine dauerhafte Veränderung eines oder mehrerer Faktoren kann auch zu Veränderungen im gesamten Ökosystem führen.

Eine Überlegung:

Was wäre wenn… eines der großen Raubtiere, beispielsweise eine Großkatze oder der Wolf, verschwindet. Die Beutetiere könnten sich ungestört vermehren. Die Pflanzenfresser würden mehr Nahrung benötigen. Vielleicht werden mehr Pflanzen gefressen als nachwachsen. Es ist nicht mehr genug Nahrung für alle vorhanden. Eine andere Möglichkeit: Die „freie Stelle“ wird mit einem anderen Raubtier neu besetzt.

Ökosysteme sind komplex und was passiert, wenn sich ein oder mehrere Umweltfaktoren ändern, lässt sich nicht genau vorhersagen. Aber bei dauerhaften und großen Veränderungen der Umweltfaktoren wird sich das Ökosystem verändern.

Wissenschaftsjahr Meere und Ozeane: Reif für die Südseeinsel?

Wie ihr seht – auch in meinem dritten Beitrag zum Wissenschaftsjahr Meere und Ozeane – verlässt mich das Urlaubsfeeling nicht. 🙂

Südseeinsel-Traum – Palmen, Strand, Meer und blauer Himmel, Bild: R. Schügner

Vielleicht habt ihr euch schon bei meinem zweiten Blogbeitrag zum Wissenschaftsjahr gefragt, wie ich auf „Südseeinseln“ komme. Klar, eignen sich die Inseln hervorragend als Stützpunkt für einen Tauchurlaub, aber viele dieser Inseln „stehen“ auf Korallenriffen und sind von ihnen umgeben. Damit ist das Tauchparadies quasi direkt vor der Haustür.

Korallen bieten einen vielfältigen Lebensraum, Foto: C. Selbach (danke 🙂 )

Wie auf dem Foto zu sehen (und im letzten Beitrag zu lesen) ist, sondern Steinkorallen Kalk ab. Durch die Vielzahl der Korallen bilden sich unter Wasser große weitläufige Strukturen, wie das Great Barrier Reef. Es befindet sich an der Ostküste von Queensland (Australien). Das Riff erstreckt sich über 2.300 km entlang der australischen Küste und besteht aus einer Kette von Einzelriffen und Inseln.

Wo wachsen Korallenriffe?

Korallen benötigen ausreichend Licht, da sie mit Algen in Symbiose leben. Korallen und Algen profitieren von dieser Art „Wohngemeinschaft“, denn die Algen liefern den Korallen über die Photosynthese lebenswichtige Nährstoffe. Die Algen profitieren vom Schutz durch die Korallen.

Korallen siedeln sich also nicht zu tief unter Wasser an, so dass ihre „Mitbewohner“ mit genügend Licht für die Photosynthese versorgt werden. Hierfür gibt es verschiedene Möglichkeiten:

  • Saumriffe bilden sich entlang der Küste und folgen dem Strandverlauf. Ihre Größe ist davon abhängig, wie steil der Meeresboden abfällt. Saumriffe bilden sich vom Festland in Richtung Meer. Bei älteren Saumriffen kann sich eine Lagune, das bedeutet ein vom Meer abgetrennter Wasserbereich, bilden.

Saumriff, Bild: R. Schuegner

  • Barriereriffe (wie das Great Barrier Reef) wachsen weiter entfernt von der Küste im Ozean an Stellen, an denen das Meer relativ flach ist. Das Riffwachstum wird durch Veränderungen der Umweltbedingungen (steigender Meeresspiegel, Absenkung des Meeresbodens) angeregt.

Barriereriff, Bild: R. Schügner

  • Atolle sind – nach einer Theorie von Darwin – Saumriffe, die eine vulkanische Insel ringförmig umschließen, die sich im Lauf der Zeit absenkt. Im Inneren der Atolle bildet sich eine Lagune.

Atoll, Bild: R. Schügner

  • Plattformriffe wachsen an flachen Stellen im Ozean, d. h. der Meeresspiegel ist so niedrig, dass die Algen Photosynthese betreiben können. Sie sind in der Form den Atollen ähnlich, aber in der Regel Lagune.

Plattformriff, Bild: R. Schügner

Bisher liegen alle Riffe unterhalb des Meeresspiegels und es ist noch keine Insel in Sichtweite. 😉 Das Wachstum der Korallen wird durch einen steigenden Meeresspiegel oder eine Absenkung des Meeresbodens angeregt. Wenn der Meeresspiegel hingegen sinkt oder der Meeresboden angehoben wird, liegen Teile des Riffs über Wasser. Aus den „Kalkfelsen“ über Wasser können dann Inseln entstehen. Im Lauf der Zeit lagert sich Sand auf den Überresten der Korallen ab und Pflanzen und Tiere siedeln sich an. Die Koralleninseln werden auf diese Weise bewohnbar. Beispiele für Atolle sind Kiribati, Vanuatu und Male (Hauptstadt der Malediven).

Die Koralleninseln liegen jedoch nur wenige Meter über dem Meeresspiegel, so dass der Klimawandel für die Inselbewohner zum Teil schon jetzt ein großes Problem darstellt.
Ich habe ein Youtube-Video von Vic Stefanu – World Travels and Adventures gefunden, dass den Landeanflug auf das Tarawa Atoll (Gilbert Island, Kiribati) zeigt. Die flachen Landfläche um eine Lagune sind gut zu erkennen.

Klimawandel ein Problem der Bewohner von Atollen?

Der Klimawandel sorgt auf den Atollen direkt für mehrere Probleme. Der Anstieg des Meeresspiegels aufgrund des Abschmelzens des Polareises kostet die flachen Inseln große Landflächen. Damit wird die Fläche, die zum Wohnen und für die Landwirtschaft nutzbar ist, kleiner. Diese Entwicklung kann schon heute beobachtet werden.

Ein weiteres Problem, dass das steigende Meerwasser verursacht, betrifft die lebenden Korallenriffe, die die Inseln umgeben. Da Korallen von ausreichender Lichtzufuhr abhängig sind, müssen sie sich relativ nah unter der Wasseroberfläche befinden. Ein steigender Meeresspiegel regt zwar das Wachstum der Korallen an, aber die aktuelle Entwicklung verläuft relativ schnell und ist oft von einer Zunahme der Wassertemperatur begleitet. Zu warmes Wasser führt zur Korallenbleiche (hier im Beitrag ausführlich beschrieben) und damit letztlich zum Absterben der Korallen.

Zusätzlich werden die Korallenriffe durch eine zunehmende Versauerung des Meeres geschädigt. Durch den Anstieg des Kohlendioxids in der Luft kann sich auch mehr des Gases im Meer lösen. Dadurch entsteht mehr Kohlensäure und der pH-Wert des Wassers sinkt und die Meere werden saurer. Die genaue Reaktion könnt ihr in meinem ersten Beitrag zu Wissenschaftsjahr nachlesen. Allen Meeresorganismen fällt es schwerer Kalkschalen zu bilden.

Zu den Problemen im Meer kommt hinzu, dass das Wetter durch den Klimawandel unberechenbarer wird. Die Stürme werden häufiger und stärker. Zusammen mit dem geringeren Schutz der Inseln durch die geschädigten Riffe und der verringerten Landmasse führt das zu häufigeren Überflutungen der Landflächen mit salzhaltigem Meerwasser. Die salzhaltigen Landflächen eignen sich nicht mehr für die Landwirtschaft und damit zur Ernährung der Bewohner. Zusätzlich werden die meistens nicht sehr großen Vorkommen an Süß-/Trinkwasser ebenfalls verunreinigt.

Auf dem Youtube-Video von UNICEF New Zealand ist zu sehen, wie die Wellen während des Zyklons Pam (14. März 2015) auf das Ufer treffen.

Ein steigender Meeresspiegel und die Klimaveränderungen wirken sich, wie schon in meinem ersten Beitrag zum Wissenschaftsjahr gezeigt, auch auf unsere Küsten und Inseln aus.

Ein Blick auf die Insel – Land unter?

Meine Lieblingsinsel Juist liegt im Wattenmeer und ist schmal (500 bis 900 Meter) und lang (17 km). Die höchste Erhebung ist mit 22 Metern die Düne mit dem Wasserturm, aber der Strand liegt natürlich niedriger. Ein deutlicher und schneller Anstieg des Meeresspiegels würde sich hier auch mit Land-/Strandverlusten bemerkbar machen.

In der Nordsee hatten die Inseln und angrenzende Küstenbereiche schon immer mit Stürmen und Sturmfluten zu kämpfen. Eine besonders starke Sturmflut teilte die Insel 1651 (Petri-Flut) sogar in zwei Teile, die erst im 19. Jahrhundert wieder zu einer Insel wurde. Der Hammersee ist eine Erinnerung an diese Flut.

2013 verursachte der Orkan Xaver drei aufeinander folgende Sturmfluten. Die Dünen am Hammersee wurden dadurch auf einer Breite von 25 m weggespült. Nach der Sturmflut wurde die Düne repariert und verstärkt. Durch den Klimawandel könnte es zu mehr und heftigeren Stürmen kommen, da das Wetter unberechenbarer werden soll.

Hier habe ich ein Youtube-Video von joergkschulze, dass zeigt, wie sich Xaver am 6. Dezember 2013 auf die Flut auf Borkum ausgewirkt hat.

Die Auswirkungen der Klimaveränderungen zeigen sich aktuell zwar bei den Südseeinseln deutlicher, aber auch bei uns sind die Inseln und Küsten gefährdet. Deichneubauten und -erhöhungen berücksichtigen einen steigenden Meeresspiegel in einem gewissen Maß schon heute.

Ob die aktuellen Prognosen und Modelle zur Berechnung der Erhöhung des Meeresspiegels ausreichen, ist von vielen Faktoren abhängig und wird sich erst in Zukunft zeigen. Trotz dieser Unsicherheit ist abwarten und (Ostfriesen-)Tee trinken keine Möglichkeit, weil „später Handeln“ auch „zu spät Handeln“ sein könnte.

Da nicht allein der Anstieg des Meeresspiegels Probleme bereitet, sondern auch die Geschwindigkeit mit der dies geschieht, kann eine Verlangsamung der Veränderungen der Natur auch Möglichkeiten zur Regeneration, wie zum Beispiel das Korallenwachstum oder Schlickablagerungen im Wattenmeer, bieten.

Dünen mit Reisigzaun auf Amrum, Foto: G. Schügner