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Prognose über das Schmelzen der Eisflächen und den Anstieg des Meeresspiegels

zurück zur Übersichtsseite WS 23-24

Gruppenteilnehmer

1. Decker, Benjamin
2. Heusel, Luca
3. Öztürk, Behcet

Hinführung und Motivation

Da Aufgrund der steigenden Temperaturen immer mehr Gletscher und Eisflächen schmelzen, wird in absehbarer Zeit ein immer stärkeres Ansteigen des Meeresspiegels zu beobachten sein. Dies hat nicht nur einen Effekt auf die vom Eis reflektierte Strahlung, sondern auch in Kombination mit dem ansteigenden Meerwasserspiegel, einen Verlust an Lebensraum an den Küstengebieten des Festlands. Ebenso sind davon Inseln betroffen, da diese im Vergleich zum Meerwasser relativ betrachtet absinken und somit von Wasser verdeckt werden.

Im Nachfolgenden Modell wollen wir uns zunächst dem Abschmelzen der Eisschilde widmen und im Anschluss betrachten, mit welchem Wasseranstieg ein vollständiges Abschmelzen ebendieser verbunden sein würde.

Abschließend wollen wir einen Blick in die Zukunft wagen, indem wir uns die betroffenen Gebiete anschauen, welche von dem Wasseranstieg in extremem Ausmaß betroffen sind und welche Konsequenzen dies etwa für Kultur und Wirtschaft haben könnte.

Ziel der Modellierung

Eine Sensibilisierung der Politik zum Einhalten und Erreichen der Klimaziele ist eines der Hauptziele dieser Modellierung. Neben der Politik im Allgemeinen, sollen auch Firmen dazu angeregt werden, von sich aus eine emissionsärmere Produktion anzustreben und somit stärker in die Eigenverantwortung genommen werden. Ebenso ist es Ziel dieser Modellierung Schüler*innen zur Selbstreflektion über ihr eigenes Konsumverhalten anzuregen, da ein überhöhter Konsum mit einem erhöhten ökologischen Fußabdruck einhergeht, welcher durch die damit verbundenen Kohlenstoffdioxid-Emissionen den Anstieg der Temperatur und somit das Abschmelzen der Eisflächen begünstigt.

Zuordnung zu den Sustainable Development Goals

Abbildung: Sustainable Development Goals

• SDG 3: Good Health and Well-being

Je weniger Eisflächen global vorhanden sind, desto weniger Strahlung wird reflektiert und desto mehr Strahlung trifft die Erde, was wiederum den Temperaturanstieg indirekt begünstigt. Dementsprechend wird es durch diese positive Rückkopplung immer wärmer, was die psychische und physische Gesundheit beeinträchtigen kann.

• SDG 9: Industry, Innovation and Infrastructure

Jede Firma produziert in einem Maße Güter oder Dienstleistungen, welche mit Emissionen verbunden sind. Dementsprechend, können diese selbstständig ohne Intervention der Politik dafür sorgen, ihre Emissionen zu verringern und insgesamt nachhaltiger zu agieren.

• SDG 13: Climate Action

Da die schmelzenden Eisflächen als Kipppunkt für den Klimawandel gelten, sind diese somit auch von elementarer Bedeutung. Sind die Eisschilde Grönlands abgeschmolzen, so steigt nicht nur der Wasserspiegel global an, sondern es wird auch weniger Strahlung reflektiert.

• SDG 14: Life Below Water

Durch den Anstieg des Wasserspiegels, durch Süßwasser, wird das marine Ökosystem gestört und dementsprechend kann es zu einem Artensterben aufgrund des Süßwassereintrags kommen. Da Ökosysteme immer einem gewissen Gleichgewicht unterliegen, oftmals durch sogenannte Schlüsselarten, kann dieses Gleichgewicht nachhaltig oder sogar unumkehrbar gestürzt werden, was zu einem Verlust unterschiedlichster Ökosystemverbände führen kann.

• SDG 15: Life On Land

Durch steigende Meeresspiegel geht auch am Festland Lebensraum verloren, was zu einer Migration von Mensch, Tier und Parasiten führt. Dies kann nachhaltig dafür sorgen, dass sich Menschen vermehrt auf der selben Fläche sammeln, was Virusmutationen begünstigt und so die FItness der Gesamtpopulation negativ beeinträchtigen kann.

• SDG 16: Peace, Justice and Strong Institutions

Durch die sich anbahnende Klimakatastrophe kann es dazu kommen, dass Menschen aus den von den extremen Klimabedingungen geplagten Regionen flüchten. Dies hat zur Folge, dass eine Migration von Menschen außenpolitisch und auch innenpolitisch adäquat und humanistisch gehandhabt werden muss. Damit dies möglich ist, müssen Institutionen geplant und geschaffen werden, welche sich kompetent dieser Problematik annehmen können.

• SDG 17: Partnerships for the Goals

Der Klimawandel betrifft den ganzen Planeten und somit jede Nation. Dementsprechend müssen alle Nationen zusammenarbeiten, damit die Klimakatastrophe abgewendet beziehungsweise vermindert werden kann. Daher gilt es gemeinsame Abkommen und Ziele zu formulieren, damit nachfolgende Generationen einen zukunftsfähigen und bewohnbaren Planeten vorfinden können.

Niveauzuordnung

Im Folgenden sollen anhand der drei Modellierungszyklen gezeigt werden, welche Schritte und Methoden für welchen Zyklus angedacht sind:

{Vorbereitung: 1. Daten zu vorhandenen und geschmolzenen Eisflächen Grönlands sammeln. 2. Daten zum kumulativen Abschmelzen der Eisschilde Grönlands sammeln. 3. Modellierungsvereinfachungen treffen (Erde durch Kugel statt Geoid approximieren) 4. Eisschmelzrate durch thermodynamische Temperaturunterschiede ermitteln. 5. Geschmolzene Eismenge (GT) in Äquivalent Süßwassereintrag (GL) umrechnen und Bezugnahme zum Wasserspiegel (Erdradius) vornehmen.}

Zyklus I: Sekundarstufe I

Modell zur Bestimmung der zukünftig schmelzenden Eismenge in Gigatonnen (GT), anhand einer Annäherungsfunktion. Diese Funktion soll eine Vereinfachung einer Regression darstellen (geeignet ab Klassestufe 7/8), indem der funktionale Zusammenhang zwischen Jahr (x-Achse) und bereits abgeschmolzener Eismasse (y-Achse) untersucht wird:

• Datenerhebung aus Recherche
• Übertrag in Tabellenform
• Durchschnittsänderung der y-Werte ermitteln
• Prognose zukünftig schmelzender Eismasse anhand einer linearen Funktion
• Ermittlung des Jahres, ab wann kein Eis mehr vorhanden sein wird
• Süßwassereintrag aus geschmolzener Eismasse berechnen ( Exkurs: Physik )

Zyklus II: Sekundarstufe II

Modell zur Bestimmung der zukünftig schmelzenden Eismenge in Gigatonnen (GT), anhand einer Reggressionsfunktion. Diese Funktion soll eine lineare Regression sein, welche im Kern auf dem Prinzip der kleinsten Quadrate basiert (geeignet ab Klassestufe 10/11). Dies kann in einer Klasse mit der Regressionsfunktion in Excel oder LibreOffice Calc realisiert werden, wird hier allerdings manuell durchgeführt:

• Datenerhebung aus Recherche
• Übertrag in Tabellenform (Excel)
• lineare Regressionsfunktion ermitteln (Excel)
• Prognose zukünftig schmelzender Eismasse anhand der ermittelten Regressionsfunktion (Excel)
• Ermittlung des Jahres, ab wann kein Eis mehr vorhanden sein wird (Excel/Maxima)
• Süßwassereintrag aus geschmolzener Eismasse berechnen (Exkurs: Physik) (Excel/Maxima)
• Gesamtanstieg des Meeresspiegels berechnen (Erde als Kugel vereinfacht) (Excel/Maxima)

Zyklus III: Universitätsniveau

Modell zur Bestimmung der zukünftig schmelzenden Eismenge in Gigatonnen (GT), anhand einer Transformationsfunktion. Diese Funktion soll eine nichtlineare Regression sein, welche im Kern auf dem Prinzip des Transformationsansatzes basiert:

• Datenerhebung aus Recherche
• Übertrag in Tabellenform (Excel)
• Berücksichtigung der Schmelzrate des Eises anhand der steigenden Durchschnittstemperatur der Erde
• nichtlineare Regressionsfunktion ermitteln
• Prognose zukünftig schmelzender Eismasse anhand der ermittelten transformierten Regressionsfunktion
• Ermittlung des Jahres, ab wann kein Eis mehr vorhanden sein wird
• Süßwassereintrag aus geschmolzener Eismasse berechnen (Exkurs: Physik)
• Gesamtanstieg des Meeresspiegels berechnen (Erde als Kugel vereinfacht)

Verwendete Software

• Excel (alternativ LibreOffice Calc)
• wxMaxima (GUI for Maxima)
• GeoGebra Classic
• RStudio (R 4.2.1)