Transcript INSTITUT FÜR ANORGANISCHE CHEMIE Arbeitsgruppe Umwelt

Die Zukunft soll man nicht voraussehen wollen,
sondern möglich machen.
Antoine de Saint-Exupery
Die Forschungsziele der Umweltchemie
begründen sich auf dem in den vergangenen Jahrzehnten
erwachten Umweltbewusstsein der Gesellschaft und der
damit verbundenen neuen Verantwortung des Chemikers.
Durch den technischen Fortschritt ist vieles
machbar geworden, das früher unmöglich erschien, und
wird ohne Rücksicht auf die Bedürfnisse der Ökosysteme
in großem Maßstab weltweit umgesetzt. Jedes mit den
Bedürfnissen der Natur inkompatible Verhalten des
Menschen führt zur Degradation von Ökosystemen und
zum Schwund der Artenvielfalt unseres Planeten.
Gravierende Umweltprobleme, welche die
Funktionsfähigkeit der Ökosysteme beeinträchtigen und
die Menschheit zunehmend belasten, harren derzeit einer
Lösung. Hier kann die umweltchemische Forschung einen
unverzichtbaren Beitrag leisten, indem sie die chemischen
Vorgänge in der natürlichen Umwelt untersucht.
Zum Einsatz kommen Methoden der
analytischen und präparativen Chemie. Die Entwicklung
neuartiger Technologien zur Vermeidung von
Umweltproblemen gehört mit zu den Forschungszielen.
Die beobachteten natürlichen Systeme sind
äußerst komplex. Daher kann in vielen Fällen nur ein
interdisziplinärer Ansatz zum Erfolg führen d.h.
Kooperationen mit Umwelt-Geowissenschaften, UmweltPhysik, Umwelt-Meteorologie, Umwelt-Mikrobiologie,
Ökologie u.a.
Vorlesung Anorganische
Chemie I
Vorlesungsteil Umweltchemie
A (slightly vandalized)
warning sign
cautioning against
consuming too many
bass caught in
Everglades National
Park due to high
mercury content. The
sign is located at Nine
Mile Pond.
From Wikipedia
Lehrbücher:
• Hollemann-Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102.
Auflage. Berlin, New York: de Gruyter, 2007.
• W. Kaim, B. Schwederski: Bioanorganische Chemie. Zur Funktion
chemischer Elemente in Lebensprozessen. Teubner, 4. Auflage
2005.
• L. Sigg, W. Stumm: Aquatische Chemie - eine Einführung in die
Chemie wässriger Lösungen und natürlicher Gewässer. vdf
Hochschulverlag an der ETH Zürich. Teubner, 1996.
• Claus Bliefert: Umweltchemie. Wiley-VCH, Weinheim 2002.
Umweltproblem Plastikmüll
•
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http://www.derbagger.org/artikel/der_alte_muell_und_das_meer
http://onebigbadwolf.blogspot.com/2011/01/save-world-saturday-sea-of-garbage.html
Basstölpel auf Helgoland heute
Quelle: Wikpedia
http://thingsthatmakeyougogreen.com/plastics-are-evil-part-1-the-
/
great-pacific-garbage-patch/2008/05/28
Quelle: Robert Kummert/Werner Stumm,
Zürich 1987; Idee nach Tyler Miller, 1971
CO2
• Kohlendioxid steht im Zentrum der geochemischen Kreisläufe
• spielt eine zentrale Rolle in der Biosphäre: Photosynthese –
Respiration
• und in geochemischen Prozessen, welche Gesteine auflösen und
Minerale bilden
• In der Hydrosphäre wird Kohlenstoff vor allem als Ca(HCO3)2
transportiert
• CaCO3 wird in Seen und im Ozean ausgefällt
Kohlenstoff-Flüsse (1015 g/a)
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Netto-Primärproduktion der terrestrischen Biosphäre 57 – 58
Netto-Primärproduktion der marinen Biosphäre
54 – 59
Bildung von Kalkskeletten im Ozean (Coccolithophoriden, Foraminiferen,
Kalkalgen, Korallen) 1
Marine physikalische Kohlenstoffpumpe 40
Marine biologische Kohlenstoffpumpe 11 – 16
C-Speicherung in Böden 1
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Diese natürlichen Senken werden durch natürliche Quellen (Atmung,
Vulkanismus, Ausgasen aus dem Meer) kompensiert
•
In 5 Jahren wird das gesamte CO2 der Atmosphäre ausgetauscht
•
Anthropogene CO2 Freisetzung aus fossilen Brennstoffen 7
Monatsmittelwerte des atmosphärischen CO2
über dem Mauna Loa, Hawaii
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Arbeitsgruppe Umwelt- und Radiochemie
CO2 Partialdruck seit 1992 um
10% gestiegen
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Anthropogene CO2 Quellen
• Verbrennen fossiler Energieträger, Zementherstellung
• Brandrodung tropischer Wälder, Torfbrände
• Tauender Permafrostboden, Entwässerung von Mooren
Tauender Permafrost
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Arbeitsgruppe Umwelt- und Radiochemie
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1700 Gt org. C lagern in
Permafrostböden (in der Atmosphäre
derzeit ca. 720 Gt C als CO2)
In den nächsten 30 Jahren werden durch
Auftauen von Permafrostböden ca. 45
Gt Kohlenstoff zusätzlich in die
Atmosphäre gelangen, als Kohlendioxid
oder Methan
Quelle: E. A. G. Schuur und B. Abbott
(2011). Climate change: High risk of
permafrost thaw; Nature 480, 32–33
(2011).
http://stephenleahy.net/2011/02/22/permafrost
-melt-soon-irreversible-without-major-fossilfuel-cuts/
http://www.klimanotizen.de/html/newsletter_14.html
Jon Randon, NASA
INSTITUT FÜR ANORGANISCHE CHEMIE
Arbeitsgruppe Umwelt- und Radiochemie
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Arbeitsgruppe Umwelt- und Radiochemie
Antarktischer Eisbohrkern
http://www.gzg.uni-goettingen.de/studium/rundgang.htm
Alters- und Temperaturanalyse geschieht mit Hilfe von
Isotopenanalysen: Verhältnis 16O/18O, Verhältnis 2H /1H u.a.
EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica)
ist ein europäisches Projekt zur Durchführung von
Eiskernbohrungen in der Antarktis
EPICA-Eisbohrkern
Universität Bern
0,03% der Masse der
Erdkruste ist
Kohlenstoff
Das Carbonatsystem der Ozeane
und Binnengewässer
HCO3-, CO32-
Enthält 60x soviel Kohlenstoff wie die Atmosphäre
Ist das größte Kohlenstoffreservoir der Biosphäre
Quelle: Ott
Bei der Verwitterung der Silicate der Erdkruste wird CO2
verbraucht:
z.B. Kalkfeldspat (Anorthit)
CaAl2Si2O8 + 2 H2O + 2 CO2 = H2Al2Si2O8 + Ca(HCO3)2
(gelöst)
Beim Ausfallen der Carbonate im Ozean
wird die Hälfte des bei der Verwitterung
der Silicate verbrauchten CO2 wieder frei:
Ca2+ + 2 HCO3- = CaCO3 + H2O + CO2
Meerwasser:
________
Süßwasser:
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Geochemischer Carbonat-Silicat Kreislauf
Verwitterung von Kalk- oder Silicatgestein verbraucht CO2
Ca2SiO4+4 H2O+4 CO2→2 Ca(HCO3)2+Si(OH)4 (gelöst)
Im Meer scheidet sich Kalk ab
2 Ca(HCO3)2→2 CaCO3↓+2 H2O+2 CO2↑
Es bilden sich Kalksedimente. In diesem Reservior verbleibt der
Kohlenstoff Jahrmillionen.
An den Kontinentalrändern schiebt sich der Meeresboden unter die
Landmassen (Subduktion), unter hohen Drucken und Temperaturen
reagiert dort das Calciumcarbonat mit Quarz
2 CaCO3+SiO2→Ca2SiO4+2 CO2↑
The carbonate-silicate cycle, which plays a key role in stabilizing
Earth's climate over long time scales
Quelle: J. F. Kasting