Besondere Objekte - Deutsches Museum

Atmosphärenglobus

Ein neuer Blick auf das Klima: Komplexe Wechselwirkungen im System Erde.

Die Forschung betrachtet das Klima heute als Ausdruck eines komplexen Systems, das alle „Sphären“ der Systems Erde einbezieht.

Neben der Atmosphäre und den Ozeanen (Hydrosphäre) besteht dieses System aus der Landoberfläche (Lithosphäre), den Eis- und Schneemassen der Erde (Kryosphäre) sowie aus den Lebewesen (Biosphäre) und der Sonnenstrahlung.

Klimaveränderungen haben – anders als Wetterwechsel – ihre Ursachen nicht in der Atmosphäre allein, sondern in den Wechselwirkungen der Atmosphäre mit den anderen Teilen des Klimasystems, wie z.B. den Ozeanen.

Die Teile des Klimasystems beeinflussen sich gegenseitig, indem sie Stoffe, Impuls und Energie austauschen. Sie reagieren auf äußere Einflüsse – jedoch unterschiedlich schnell: Manche Klimaänderungen, wie das El-Niño-Phänomen, treten innerhalb von wenigen Jahren auf, andere, wie der Wechsel eines Eiszeitalters zu einem Warmzeitalter, benötigen dagegen Jahrmillionen.

Die Atmosphäre ist eine hauchdünne Gashülle, die unseren Blauen Planeten schützt und wärmt. Sie besteht aus dem Gasgemisch Luft, Wolken und Niederschlag sowie Schwebeteilchen, den Aerosolen. In der Atmosphäre spielen sich Wetter und Klima ab. Sie ist der Teil des Klimasystems, der sich am schnellsten verändert, und bestimmt das Klima durch in ihr stattfindende chemische Prozesse, Strahlungsvorgänge und ihre Dynamik: In den globalen Stoffkreisläufen werden z.B. Wasser und Sauerstoff verteilt und damit verfügbar gemacht. Die Winde transportieren Sonnenenergie vom Äquator zu den Polen. Wasserdampf, Kohlendioxid und andere Spurengase absorbieren und reflektieren Sonnenstrahlung und halten die von der Erde ausgehende Wärmestrahlung zurück: Ohne diesen natürlichen Treibhauseffekt läge die durchschnittliche Temperatur auf der Erde bei -18 °C. Indem der Mensch die Konzentration der Spurengase verändert, greift er in das Klimasystem ein.

Der aus mehreren Satellitenbildern zusammengesetzte Globus zeigt die typische Wolkenverteilung in der Atmosphäre: bewölkt über dem Äquator und in den hohen, nördlichen und südlichen Breiten, wolkenfrei über dem Wüstengürtel der Erde. Die Wirbel über Europa und südlich von Afrika und Südamerika zeigen anschaulich die Zirkulationssysteme der Atmosphäre, der am schnellsten veränderlichen Komponente des Klimasystems.

Wachstumskurve

Wachstum der Weltbevölkerung

Von Beginn der Menschheitsgeschichte bis heute haben auf der Erde etwa 77 Milliarden Menschen gelebt.

Unsere Plastik zeigt die Entwicklung der Weltbevölkerung in den letzten 7000 Jahren.

Beginnend mit etwa 10 Millionen Menschen im Jahr 5000 v. Chr. stieg die Bevölkerungszahl zunächst nur sehr langsam an. Um Christi Geburt gab es etwa 150 Millionen Menschen auf der Welt. Gut sichtbar sind die Bevölkerungsverluste in der Mitte des 14. Jahrhunderts durch die Pest, an der ungefähr 30 Millionen Europäerinnen und Europäer – ein Drittel der damaligen Bevölkerung – starben. Auch der Bevölkerungsrückgang durch den 30-jährigen Krieg in der Mitte des 16. Jahrhunderts macht sich bemerkbar.

Die großen Bevölkerungsverluste des Zweiten Weltkriegs (1939–1945) – circa 50 Millionen Menschen – haben dagegen den Kurvenverlauf nicht sichtbar beeinflusst.

... und wie geht es weiter?

Aufgrund von regelmäßig neu erhobenen Daten über die Geburten- und Sterbezahlen, die Lebenserwartung und die Altersstruktur der Bevölkerung berechnen die Vereinten Nationen alle zwei Jahre die Entwicklung der Weltbevölkerung voraus.

Die Weltbevölkerung umfasste im Mai 2020 rund 7,8 Milliarden Menschen (und damit etwa 2,8 Milliarden mehr als im Jahr 1987). Die UNO rechnete für den Zeitraum 2015 bis 2020 mit einem Bevölkerungswachstum von rund 78 Millionen Menschen pro Jahr und erwartet 2050 etwa 9,7 Milliarden Menschen auf dem Globus; für das Jahr 2100 werden 10,9 Milliarden Menschen prognostiziert.

Heute bekommen Frauen im weltweiten Durchschnitt weniger Kinder als früher: In den 1960er-Jahren brachte eine Frau statistisch etwa fünf Kinder zur Welt, heute sind es nur noch 2,4. Damit schwächt sich das Bevölkerungswachstum ab, was sich auch in den sinkenden Prognosen der UNO für die Bevölkerungszahlen widerspiegelt: Prognostizierte man bis vor kurzem noch 11,2 Milliarden Menschen für 2100, geht man heute von „nur“ 10,9 Milliarden Menschen aus.

Müllsäule

Unser Müll

Das deutsche Abfallaufkommen betrug 2018 circa 420 Millionen Tonnen. Würde man einen Güterzug mit diesem Müll beladen, so hätte er eine Länge von 105 000 km und würde zweieinhalb Mal um die Erde herumreichen.

Im selben Jahr hat jede/r BundesbürgerIn etwa 457 kg (oder 5,5 cbm) Hausmüll weggeworfen.

1960 waren es nur 83 kg (oder 1 cbm), also weniger als ein Fünftel der heutigen Menge.

Hausmüll besteht hauptsächlich aus organischen Abfällen, Papier und Verpackungen.

Vor allem die Zunahme von Einwegprodukten aller Art hat den jährlich anfallenden Müllberg stark wachsen lassen. Mit Hilfe der Verpackungsverordnung, des „Grünen Punktes“ und des Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetzes versucht man, das Abfallaufkommen einzudämmen: Eine Analyse des Umweltbundesamts von 2018 zeigt, dass in Deutschland derzeit noch rund halb so viel Restmüll anfällt wie vor 33 Jahren (128 kg in 2018, 239 kg in 1985). Vor allem Altpapier, Altglas, Metalle und Kunststoffe werden getrennt und als Wertstoffe gesammelt. Ein Drittel aller Bioabfälle werden jedoch noch immer über den Hausmüll entsorgt.

Unser Objekt „Müllsäule“ veranschaulicht die Menge an Papier-, Metall-, Plastik- und Glasabfall eines Zweipersonenhaushalts in einem Vierteljahr. Der anfallende organische Müll wurde durch Erde und Plastikattrappen ersetzt und würde einen sehr viel größeren Anteil ausmachen.

Küchen

Modell einer Küche aus der Zeit um 1900. Bild: Deutsches Museum

Modell einer Küche aus der Zeit um 1990. Bild: Deutsches Museum

Energieverbrauch – Maß für Wohlstand

Energie ist lebensnotwendig. Wir verbrauchen sie direkt: zum Heizen, zur Fortbewegung und zum Antrieb von Maschinen, und indirekt: in Form von Nahrung, Konsumgütern und Verpackungen. Von 1860 bis 1990 hat sich die Weltbevölkerung verfünffacht; der Energieverbrauch aber hat sich versechzigfacht. Gründe dafür sind u.a. der gestiegene Wohlstand eines Teils der Weltbevölkerung und damit verbunden die Möglichkeit, sich das Leben durch Maschinen leichter zu machen – in der industriellen und landwirtschaftlichen Produktion, aber auch im Haushalt.

Die beiden Modelle zeigen Küchen aus der Zeit um 1900 und um 1990 mit den für die jeweilige Zeit typischen Einrichtungsgegenständen. Man sieht, dass 1900 die meisten Arbeiten im Haushalt mit der Hand verrichtet werden mussten, im Gegensatz zu heute, wo elektrische Geräte diese Aufgabe übernommen haben.

Elektrogeräte helfen, bei der Hausarbeit Kraft und Zeit einzusparen. 1990 verfügen mehr als 85 von 100 Haushalten über Staubsauger, Waschmaschine und Elektroherd. 75 % der Haushalte besitzen einen Kühlschrank — ebenso viele eine Tiefkühltruhe, 53 % eine Geschirrspülmaschine, 33 % einen Wäschetrockner und 27 % ein Mikrowellengerät.

Umweltanalytik: Thermometer Bianchy und Gasprüfröhrchen

Umweltanalytik früher und heute

Im Zeitalter der Aufklärung entdeckte man die Natur als wissenschaftliches Untersuchungsfeld. Experimente und neuartige Apparate erweiterten die bisherigen Grenzen der Sinneswahrnehmung: So machten ab dem 17. Jahrhundert Fernrohr und Mikroskop bislang Unsichtbares sichtbar.

Thermometer und Barometer ermöglichten objektive Messungen von Temperatur und Luftdruck. Mit diesen Instrumenten versuchten die Menschen, ihre Umwelt zu verstehen und Gesetzmäßigkeiten abzuleiten. So waren sie Wegbereiter der modernen Umweltanalytik, die heute das Aufspüren kleinster Stoffmengen ermöglicht.

Das Thermometer von 1767 wurde von dem Instrumentenbauer und Lehrer der Experimentalphysik Jakob von Bianchy gefertigt.

Heute befasst sich die Umweltanalytik mit der Bestimmung von chemischen Stoffen in Luft, Wasser und Boden. Um Aussagen über die Schadwirkung eines Stoffes machen zu können, bestimmt man zunächst den Gesamtgehalt des Stoffes in einer Probe. Außerdem muss die chemische Form ermittelt werden, da diese die Mobilität, Bioverfügbarkeit und (evtl. giftige) Wirkung bestimmt: Beispielsweise ist Chlor als Chlorid im Kochsalz (NaCl) ungiftig, während es als elementares Chlor (Cl₂) giftig ist. Zusätzlich benötigt man Informationen zu dem Verhalten des Stoffes in der Umwelt, also Verbreitung, Anreicherung und Umwandlung, sowie seine möglichen Wechselwirkungen mit Boden, Wasser, Luft und Organismen.

Die Bewertung des Schadstoffs richtet sich nach gesetzlich festgelegten Grenzwerten, aus denen sich ergibt, ob und welche Maßnahmen zum Umweltschutz eingeleitet werden müssen. Wichtige Stoffe, die untersucht werden, sind u. a. Schwermetalle, Pestizide, Treibhausgase und Feinstaub. Außerdem werden Wirkungs- und Stoffkenngrößen wie der biologische und chemische Sauerstoffbedarf ermittelt, mit denen zum Beispiel der Verschmutzungsgrad von Abwässern beurteilt werden kann.

Gasprüfröhrchen dienen zur Bestimmung von Schadstoffen in der Luft. Sie gehören zu den klassischen Messverfahren der Gasanalyse. In dem geschlossenen Glaskörper befindet sich das Reagenzsystem, welches mit der Umgebungsluft reagiert und die Farbe ändert, sobald das Röhrchen geöffnet wird und das Reagenz mit dem entsprechenden Gas in Berührung kommt. Zur Auswertung liest man die Stärke des Farbumschlags an der Skala auf dem Röhrchen ab.

Kläranlage

Was ist Abwasser, und wie wird es wieder sauber?

Wir bekommen unser Trinkwasser aus der Leitung. Zu Abwasser wird es durch die Nutzung im Haushalt, z.B. beim Spülen, Waschen, Baden und auf der Toilette. Dabei wird es vor allem mit organischen Schmutzstoffen wie Speiseresten, Spülmittel, Seife, Haaren, Fäkalien oder Toilettenpapier verschmutzt. Durch das bei Regen von der Straße abgeleitete Wasser gelangen Zeitungspapier, Sand, Laub, Holzstücke und Streusalz ins Abwasser. Hinzu kommt noch das Abwasser aus den Gewerbebetrieben, das größtenteils ebenfalls in den Kläranlagen gereinigt wird.

Früher wurde das Abwasser einfach in den Fluss geleitet. Dort wurden die vom Menschen zugefügten, organischen Schmutzstoffe von Kleinstlebewesen (Mikroorganismen) abgebaut, also aufgefressen. Dadurch wurde das Wasser nach einigen Flusskilometern wieder sauber.

Heute fallen besonders in den Großstädten und Ballungszentren so große Mengen an Abwasser an, dass die Selbstreinigungskraft der Flüsse nicht reicht, um das Wasser wieder zu säubern. Deshalb wird das Abwasser in Kläranlagen gereinigt, bevor es in die Flüsse eingeleitet wird. Die biologischen Prozesse in einer Kläranlage entsprechen im Wesentlichen den Prozessen der Selbstklärung in natürlichen Gewässern, nur finden sie hier konzentriert an einem Ort und wesentlich schneller statt.

Unser Modell der Kläranlage Gut Marienhof im Norden von München wurde nach den Wünschen des Deutschen Museums im Maßstab 1:500 von der Firma Matthes Max Modellbau im Auftrag der Stadtentwässerung München angefertigt. Der Bau des Modells erfolgte auf Initiative der Stadt.

Technische Daten der Kläranlage:

Kapazität: 1 Million Einwohnerwerte
Zulaufmenge: 3300 l/s bei Trockenwetter; 5000 l/s bei Regenwetter
Verweilzeit des Abwassers bei Trockenwetter: ca. 19 Stunden

Evastatuen

Saurer Regen: ein Umweltproblem von gestern?

Schon der natürliche Gehalt von Kohlendioxid in der Luft macht den Regen leicht sauer. Die Abgase Schwefeldioxid und Stickoxide reagieren in der Atmosphäre mit Sauerstoff und Wasser zu schwefliger Säure, Schwefelsäure und Salpetersäure. Diese machen den Regen noch saurer.

Saurer Regen und Schwefeldioxid lassen nicht nur Gewässer versauern, sondern greifen auch Gesteine an und lösen diese langsam auf. Gebäude, Denkmäler und Hausfassaden verlieren so allmählich ihre Konturen. Umweltverschmutzung bedeutet in diesem Fall auch die Vernichtung kulturellen Erbes.

Die hintere Statue ist eine spätgotische Darstellung der Eva, der ersten Frau und Mutter der Menschheit. Sie wurde zu Beginn des 16. Jahrhunderts in die Fassade des Nordturms des Regensburger Doms eingesetzt. Fast 100 Jahre lang hat die säurehaltige Luft die Oberfläche des Sandsteins stark angegriffen. Das Gipsmodell vorne zeigt, wie die Statue unzerstört ausgesehen hat.

Wärmerückgewinnungsgerät "GENVEX"

Energiesparen im Haushalt

Anders als z.B. die Stickoxide kann man CO₂, das bei der Verbrennung von Kohle, Holz, Erdöl und allen anderen organischen Brennstoffen entsteht, nicht durch Filter aus dem Rauchgas entfernen. Deshalb müssen wir Energie sparen – und zwar nicht nur in der Industrie, sondern auch in unseren Haushalten und im Verkehr.

Es gibt zwei Wege, um Energie zu sparen und dadurch unsere Umwelt zu entlasten: Entweder man verzichtet auf den Einsatz von Energie, indem man z.B. mit dem Fahrrad zur Arbeit fährt oder weniger heizt. Oder man setzt effizientere Technik ein, die den Energiebedarf verringert.

Wärmerückgewinnungsgeräte sparen Energie ein, indem sie der verbrauchten Raumluft die Wärme entziehen und mit ihr die frische Zuluft aufheizen. Annähernd 100 % der Wärmeenergie aus der Abluft bleiben dadurch für die Nutzung erhalten. Der Einsatz dieser Geräte setzt jedoch die automatische Be- und Entlüftung aller zu heizenden Räume voraus. Das Herzstück des ausgestellten Gerätes ist der große Wärmetauscher aus Aluminium, in dem sich die Wege der Zuluft und der Abluft überkreuzen. Er wird durch eine Wärmepumpe ergänzt, die sich bei einer Frischlufttemperatur unter 8 °C zuschaltet.

Besondere Objekte der Ausstellung Umwelt