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Klimawandel und Wärmebelastung der Zukunft 2008

Im Rahmen des Umweltatlas werden seit mehr als 25 Jahren Erhebungen zur Stadtklimatologie durchgeführt und Daten gewonnen (vgl. SenStadtUm 1985). Aktuell liegt mit den Ergebnissen der Anwendung des Klimamodells FITNAH eine umfassende Bestandsaufnahme der heutigen klimatischen Situation im Stadtgebiet und im näheren Umland vor (vgl. Karte 04.10 Klimamodell Berlin – Analysekarten (Ausgabe 2009) und Karte 04.11 Klimamodell Berlin – Bewertungskarten (Ausgabe 2009)). Die Kenntnis über das in der Stadt vorherrschende Lokalklima, insbesondere die Lage und Ausdehnung der städtischen “Wärmeinseln” und die klimatischen Funktionszusammenhänge zwischen Siedlungs- und grünbestimmten Räumen sind bedeutende Aspekte der Umweltvorsorge und Stadtentwicklung. Seit einigen Jahren hat sich nun das Spektrum der Herausforderungen drastisch erweitert: die Abschätzung der Auswirkungen der durch den globalen Klimawandel zu erwartenden Veränderungen auf die thermischen, hygrischen und lufthygienischen Verhältnisse insbesondere in den städtischen Ballungsräumen erfordert zusätzliche Antworten, um die unter den Begriffen “Mitigation” (Minderung) und “Adaptation” (Anpassung) zusammengefassten Anforderungen zu unterstützen. Während der Klimaschutz seit Jahren ein fester Bestandteil der Berliner Umweltpolitik ist und im Zusammenhang mit zahlreichen Programmen zur Steigerung der Energieeffizienz, die Nutzung erneuerbarer Energien und zur Energieeinsparung eine lange Tradition besitzt (vgl. Ziele und Grundlagen der Klimaschutzpolitik in Berlin ) war die Anpassung an den Klimawandel bisher nur ein Randthema. Allerdings kann die Notwendigkeit der Klimawandelanpassung heute nicht mehr aus dem kommunalen Alltag ausgeblendet werden. Mit der Annahme des 4. Sachstandsberichts des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) von 2007 sind der Klimawandel und seine mit hoher Wahrscheinlichkeit anthropogenen Ursachen international anerkannt. Seit dem vergangenen Jahrhundert erwärmt sich das Klima, wie Beobachtungsdaten belegen. So stieg das globale Mittel der bodennahen Lufttemperatur im Zeitraum 1906 bis 2005 um etwa 0,74°C. Gebirgsgletscher und Schneebedeckung haben im Mittel weltweit abgenommen. Extremereignisse wie Starkniederschläge und Hitzewellen – etwa während des “Jahrhundertsommers” 2003 – wurden häufiger, und seit den 1970er Jahren traten in den Tropen und Subtropen intensivere und länger andauernde Dürren über größeren Gebieten auf. Mit steigender Temperatur nehmen die erwarteten Risiken zu (vgl. Umweltbundesamt ). Seit dem Beginn der Industrialisierung steigt die globale Mitteltemperatur der Luft in Bodennähe. Die durch das vom Menschen verursachte ( anthropogene ) Verbrennen fossiler Brennstoffe in der Atmosphäre angereicherten Treibhausgase führen in der Tendenz zu einer Erwärmung der unteren Luftschichten (vgl. Abbildung 1) Nach den Prognosen des IPCC muss auch in Deutschland bis zum Jahr 2050 mit folgenden Änderungen gerechnet werden: im Sommer werden die Temperaturen um 1,5 °C bis 2,5 °C höher liegen als 1990 im Winter wird es zwischen 1,5 °C und 3 °C wärmer werden im Sommer können die Niederschläge um bis zu 40 % geringer ausfallen im Winter kann es um bis zu 30 % mehr Niederschlag geben (ausführliche Zusatzinformationen hier: Klimaatlas Deutschland ). Um die regionalen Auswirkungen dieser künftigen Klimaänderungen in Deutschland besser einschätzen zu können, werden sogenannte Regionale Klimamodelle eingesetzt und z.B. im Auftrag des Umweltbundesamtes zur Erstellung von Projektionsdaten der möglichen zukünftigen Entwicklung genutzt. Grundlage für die Klimamodelle bilden Annahmen über die Entwicklung der Emissionen in den nächsten Jahrzehnten, die wiederum abhängig sind von den möglichen (weltweiten) demographischen, gesellschaftlichen, wirtschaftlichen und technischen Entwicklungen. Maßgebend sind für die meisten Klimaprojektionen die SRES-Emissionsszenarien des IPCC . Für die meisten Projektionsrechnungen wird das Szenario A1B genutzt, das von folgenden Annahmen ausgeht: stetiges Wirtschaftswachstum ab Mitte des Jahrhunderts rückläufige Weltbevölkerung Einführung neuer und effizienter Technologien Verringerung der regionalen Unterschiede im Pro-Kopf-Einkomen “ausgewogene Nutzung” aller Energiequellen. Alle SRES-Szenarien beinhalten keine zusätzlichen Klimainitiativen, d.h. es sind keine Szenarien berücksichtigt, die ausdrücklich eine Umsetzung internationalen Übereinkommen vorsehen. Die Auflösungsebene der regionalen Modelle liegt bei 10 km x 10 km pro einzelner Rasterfläche. Einerseits bedeutet dies einen beträchtlichen Qualitätssprung gegenüber den globalen Modellen mit Rastergrößen von 200 km x 200 km, andererseits reicht die Auflösung für stadtplanerische Zwecke bei weitem nicht aus. Zwei der bekanntesten Modelle in Deutschland sind das dynamische Regionalmodell REMO sowie das statistische Verfahren WETTReg. Auf Bundesebene wurde am 17. Dezember 2008 im Kabinett die Deutsche Anpassungsstrategie an den Klimawandel (DAS) beschlossen. Sie stellt den Beitrag des Bundes dar und schafft einen Rahmen zur Anpassung an die Folgen des Klimawandels in Deutschland, der durch die Städte und Ballungszentren je nach lokaler Betroffenheit spezifiziert werden muss. Diese mögliche lokale Betroffenheit besser einschätzen zu können, war Ausgangspunkt der Anfang 2008 abgeschlossenen Kooperationsvereinbarung zwischen dem Deutschen Wetterdienst (DWD), Abteilung Klima- und Umweltberatung und der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung, Abteilung Geoinformation, Referat Informationssystem Stadt und Umwelt , die Anfang 2010 erfolgreich abgeschlossen werden konnte. Der dazu vorgelegte Projektbericht lieferte auch wesentliche Beiträge für die hier vorgelegten Textteile (DWD 2010). Ansatz der hier präsentierten Karten und Daten war somit die Fragestellung, wie sich auf der Basis heute vorliegender Erkenntnisse und Modelldaten die thermischen Verhältnisse in Berlin entwickeln könnten. Dies ist auch deshalb von besonderem Interesse, da davon auszugehen ist, dass heute noch als nicht wärmebelastet bewertete Stadtgebiete durch die fortdauernde Klimaerwärmung in den nächsten Jahrzehnten einer deutlichen höheren sommerlichen Hitze ausgesetzt sein dürften. Dies gilt sowohl von der zu erwarteten absoluten Höhe der erreichten Temperaturwerte als auch von der Andauer der Hitzeperioden. Es ging also im Wesentlichen um eine Bestandsaufnahme der zu erwartenden Klimafolgen insbesondere in den bebauten Bereichen, wo die Verwundbarkeit der Stadtbewohner – und hier vor allem der älteren Bevölkerung – am größten ist. Das methodische Vorgehen zur kleinräumigen lokalen Ausprägung möglicher durch den globalen Klimawandel verursachter Folgen ist noch “Forschungsneuland”, in keiner Weise standardisiert und somit in der Interpretation der Ergebnisdaten immer mit gewissen Unsicherheitsfaktoren versehen (vgl. Methode).

Grüner industrieller Wasserstoff durch Hochtemperatur-Dampfelektrolyse in einer Stahlwerksumgebung, Teilvorhaben: Betrieb von SOEC-Modulen der 3. Generation im Verbund

Das beantragte Vorhaben hat zum Ziel, die neueste Generation der Hochtemperatur-Dampfelektrolyse in einer Stahlwerksumgebung erstmalig zum Einsatz zu bringen und im Langzeitbetrieb zu validieren. Dazu werden im Stahlwerk der Salzgitter Flachstahl GmbH zwei Testmodule als Technologieträger für die für Industrialisierung gestaltete Stacks sowie für eine großserientaugliche verfahrenstechnische Systemstruktur installiert und für drei Jahre betrieben. Die Gesamtelektrolyseleistung wird ca. 540 kW betragen, entsprechend einer Produktionsleistung von ca. 153 Nm³/h. Der produzierte Wasserstoff wird für die Versorgung einer Forschungsanlage zur Eisendirektreduktion sowie für Wärmebehandlungsanlagen eingesetzt. Die Anlage knüpft an das erfolgreiche Projekt GrInHy2.0 an, welches die vorige Generation der HTE am selben Standort integrierte Forschungsschwerpunkte sind die optimale Verschaltung und Betriebsstrategien von zwei Modulen im Systemkontext und die Auswertung des Betriebs und Validierung der neuen Stack- und Systemtechnologien. Darüber hinaus sollen ökobilanzielle Betrachtungen für die Elektrolyseure durchgeführt werden, die durch die Entwicklung von praktikablen Recyclingkonzepte untermauert werden.

Entwicklung eines ganzheitlichen und nachhaltigen Recyclingansatzes für Lithium-Ionen-Batterien (LIB), Teilvorhaben C

Entwicklung und Industrialisierung der Produktionsprozesse für die Herstellung von Na/NiCl2 Batterien zur stationären Stromspeicherung

Förderinitiative: Umwelt als knappes Gut, Entwicklung einer Methode zur wirtschaftlichen Bewertung der Sanierung von Böden

Angesichts der Unzulänglichkeit bisher verwendeter Bewertungsverfahren soll in Abstimmung mit einschlägigen Natur- und Ingenieurwissenschaften eine verlässliche, praktikable und wissenschaftlichen Anforderungen entsprechende Bewertungsmethodik entwickelt werden. Ein ausführlicher Schlussbericht und eine Publikation liegen vor.

GcBÜK400 - Cadmium im Oberboden

Cadmium verdient unter den Schwermetallen besondere Beachtung, da seine Toxizität für Tiere und Menschen erheblich größer als die anderer Schwermetalle ist. Als Akkumulationsgift wird es im Körper angereichert und kann dort über Jahrzehnte verbleiben. Auf Grund seiner chemischen Verwandtschaft zum Zink kommt es fast ausschließlich mit diesem vor, insbesondere in allen zinkführenden Mineralen (u. a. Zinkblende, Galmei) und Gesteinen. Die durchschnittliche Cd-Konzentration der Gesteine der oberen kontinentalen Erdkruste (Clarkewert) beträgt 0,1 mg/kg, in Böden finden sich Gehalte in der Regel 0,50 mg/kg. Im Gegensatz zu As und anderen Schwermetallen (z. B. Cr, Ni) ist in den oberflächennah anstehenden sächsischen Hauptgesteinstypen keine geochemische Spezialisierung auf Cd nachweisbar. Die petrogeochemische Komponente liegt im Bereich des Clarkwertes um 0,1 mg/kg. In den Erzlagerstätten ist Cd vor allem an die Zinkerze der polymetallischen hydrothermalen Gänge und teilweise an die Skarnlagerstätten und stratigen-stratiformen Ausbildungen gebunden (chalkogene Komponente). Seit Beginn der Industrialisierung gelangt Cadmium über die Emissionen der Buntmetallhütten, die Verbrennung von Kohlen und Erdöl und in jüngerer Zeit über Galvanotechnik, Müllverbrennung, Düngemittel, Klärschlämme und Komposte anthropogen in die Umwelt. Während in den Oberböden Nord- und Mittelsachsens niedrige Gehalte dominieren (Cd-arme periglaziäre sandige bis lehmige Substrate; Löss), kommt es in den Verwitterungsböden über Festgesteinen zu einer relativen Anreicherung. Eine Abhängigkeit vom Tongehalt ist insofern festzustellen, dass die sandigen Substrate gegenüber lehmigen Substraten etwas niedrigere Cd-Gehalte aufweisen. Auf Acker- und Grünlandstandorten sind im Vergleich zu den Waldstandorten im Oberboden höhere Cd-Gehalte anzutreffen, da infolge der sehr niedrigen pH-Werte unter Forst eine Cd-Mobilisierung und Verlagerung in größere Bodentiefen stattfindet. Besonders hohe Cd-Belastungen befinden sich im Freiberger Raum, die durch die geogene Cd-Anreicherung bei der Bildung buntmetallführender Erzgänge aber vor allem anthropogen durch die Verhüttung von Zinkerzen verursacht werden. Die höchsten Gehalte sind in den Oberböden in unmittelbarer Nähe der Hüttenstandorte sowie in geringeren Konzentrationen östlich davon (in Hauptwindrichtung) festzustellen. Andere Lagerstättengebiete mit Zinkverzungen im Westerzgebirge und in der Erzgebirgsnordrandzone weisen nur schwach erhöhte Gehalte auf. Eine besondere Stellung bei der Belastung mit Cadmium nehmen die Auenböden der Freiberger und der Vereinigten Mulde ein. Durch die Abtragung von Böden mit geogen verursachten Anreicherungen im Einzugsgebiet und den enormen anthropogenen Zusatzbelastungen durch die Erzaufbereitung und die Hüttenindustrie, kommt es bei Ablagerung der Flusssedimente und Schwebanteile in den Überflutungsbereichen zu hohen Cd-Anreicherungen. In den Auenböden der Elbe und Zwickauer Mulde treten dagegen deutlich niedrigere Gehalte auf. Die geogenen und anthropogenen Prozesse führen im Freiberger Raum und in den Auenböden der Freiberger und Vereinigten Mulde zu flächenhaften Überschreitungen der Prüf- und Maßnahmenwerte der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) für Cadmium.

Historische Karten (Meßtischblatt, TK25 DDR - Ausgabe Staat, TK25 ab 1990)

Für historisch und heimatkundlich interessierte Bürger bieten wir die Rasterdaten alter topographischer Kartenwerke des Reichsamtes für Landesaufnahme des Deutschen Reiches und der DDR-Ministerien des Innern und für Nationale Verteidigung an. Die Karten dokumentieren Abbildungen der Erdoberfläche mit Fokus auf bedeutende Kartenwerke des 20. Jahrhunderts. Landschaftliche Veränderungen durch Industrialisierung, Besiedlung und andere Zeitgeschehen werden beim Vergleichen der historischen Karteninhalte mit der heutigen Situation deutlich erkennbar. Die Daten von drei verschiedene Vorgängerkarten der aktuellen topographischen Karten: 1. Messtischblatt vor 1945, Aktualitätsstand 1922-1945 (einzelne Karten nach 1945) 2. TK25 DDR Ausgabe Staat, Aktualitätsstand 1976-1989 3. TK25 ab 1990, Aktualitätsstand 1990-1996 (einzelne Karten abweichend vor 1990 bzw. nach 1996) Zusätzlich wird eine separate Darstellung des Blattschnittes mit weiteren Informationen zur Bezeichnung und zur Aktualität angeboten.

H2Giga: Industrialisierung der alkalischen Wasserelektrolyse, Teilvorhaben: Produktives, robustes und sicheres Laserstrahlschweißen und Prüfen von Elektrolyseur-Komponenten - AWElaser

Physical and chemical parameters of sediment core SAC05 from Sacrower See (NE Germany) provide a robust reconstruction of climate change and human impact since 13,000 cal. BP

The 11.8 m-long composite sediment record from the hardwater lake of Sacrower See, located near the city of Potsdam (north-eastern Germany), has been characterised by a range of analytical techniques. These include magnetic susceptibility, chemical parameters (XRF core scanning, CNS analysis, biogenic silica) and stable isotopes (13C, 15N). The chronology covers the entire Holocene and the concluding Lateglacial (Alleröd, Younger Dryas) and is based on age-depth modelling using radiocarbon dates refined by the onset of the local varve chronology in 1870 CE (Lüder et al., 2006) and by the Laacher See Tephra, an isochrone dated to 13,000 cal. BP. It offers a detailed environmental reconstruction providing insights into depositional processes influenced by both natural climatic variations and human activities (Enters et al., 2009; Kirilova et al., 2009). The Lateglacial and Early Holocene are distinguished by the stabilisation of natural landscapes characterised by the presence of pine-birch (Alleröd) and mixed oak forests (Early Holocene). This development was interrupted by the climatic deterioration of the Younger Dryas, which resulted in a destabilisation of vegetation and increased natural soil erosion. It is evident that, for the first time around 5500 cal. BP, anthropogenic forest clearing became a factor, which subsequently led to increasing cultural soil erosion further accelerating during the Bronze Age (3600-3200 cal. BP), the Early Iron Age (2800-2600 cal. BP) and the Middle Ages (900-600 cal. BP). In the course of industrialisation since the 19th century, human impact underwent a transition from the destabilisation of soils to the phenomenon of eutrophication. This transition resulted in the occurrence of hypolimnetic anoxia, accompanied by the formation of carbonaceous varves.

GcBÜK400 - Cadmium im Oberboden

Cadmium verdient unter den Schwermetallen besondere Beachtung, da seine Toxizität für Tiere und Menschen erheblich größer als die anderer Schwermetalle ist. Als Akkumulationsgift wird es im Körper angereichert und kann dort über Jahrzehnte verbleiben. Auf Grund seiner chemischen Verwandtschaft zum Zink kommt es fast ausschließlich mit diesem vor, insbesondere in allen zinkführenden Mineralen (u. a. Zinkblende, Galmei) und Gesteinen. Die durchschnittliche Cd-Konzentration der Gesteine der oberen kontinentalen Erdkruste (Clarkewert) beträgt 0,1 mg/kg, in Böden finden sich Gehalte in der Regel 0,50 mg/kg. Im Gegensatz zu As und anderen Schwermetallen (z. B. Cr, Ni) ist in den oberflächennah anstehenden sächsischen Hauptgesteinstypen keine geochemische Spezialisierung auf Cd nachweisbar. Die petrogeochemische Komponente liegt im Bereich des Clarkwertes um 0,1 mg/kg. In den Erzlagerstätten ist Cd vor allem an die Zinkerze der polymetallischen hydrothermalen Gänge und teilweise an die Skarnlagerstätten und stratigen-stratiformen Ausbildungen gebunden (chalkogene Komponente). Seit Beginn der Industrialisierung gelangt Cadmium über die Emissionen der Buntmetallhütten, die Verbrennung von Kohlen und Erdöl und in jüngerer Zeit über Galvanotechnik, Müllverbrennung, Düngemittel, Klärschlämme und Komposte anthropogen in die Umwelt. Während in den Oberböden Nord- und Mittelsachsens niedrige Gehalte dominieren (Cd-arme periglaziäre sandige bis lehmige Substrate; Löss), kommt es in den Verwitterungsböden über Festgesteinen zu einer relativen Anreicherung. Eine Abhängigkeit vom Tongehalt ist insofern festzustellen, dass die sandigen Substrate gegenüber lehmigen Substraten etwas niedrigere Cd-Gehalte aufweisen. Auf Acker- und Grünlandstandorten sind im Vergleich zu den Waldstandorten im Oberboden höhere Cd-Gehalte anzutreffen, da infolge der sehr niedrigen pH-Werte unter Forst eine Cd-Mobilisierung und Verlagerung in größere Bodentiefen stattfindet. Besonders hohe Cd-Belastungen befinden sich im Freiberger Raum, die durch die geogene Cd-Anreicherung bei der Bildung buntmetallführender Erzgänge aber vor allem anthropogen durch die Verhüttung von Zinkerzen verursacht werden. Die höchsten Gehalte sind in den Oberböden in unmittelbarer Nähe der Hüttenstandorte sowie in geringeren Konzentrationen östlich davon (in Hauptwindrichtung) festzustellen. Andere Lagerstättengebiete mit Zinkverzungen im Westerzgebirge und in der Erzgebirgsnordrandzone weisen nur schwach erhöhte Gehalte auf. Eine besondere Stellung bei der Belastung mit Cadmium nehmen die Auenböden der Freiberger und der Vereinigten Mulde ein. Durch die Abtragung von Böden mit geogen verursachten Anreicherungen im Einzugsgebiet und den enormen anthropogenen Zusatzbelastungen durch die Erzaufbereitung und die Hüttenindustrie, kommt es bei Ablagerung der Flusssedimente und Schwebanteile in den Überflutungsbereichen zu hohen Cd-Anreicherungen. In den Auenböden der Elbe und Zwickauer Mulde treten dagegen deutlich niedrigere Gehalte auf. Die geogenen und anthropogenen Prozesse führen im Freiberger Raum und in den Auenböden der Freiberger und Vereinigten Mulde zu flächenhaften Überschreitungen der Prüf- und Maßnahmenwerte der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) für Cadmium.

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