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Bergische Universität Wuppertal
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Bergische Universität Wuppertal
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Materialien für Interessierte zu meinem Vortrag
Die Zielgruppe sind Schüler ab der 11. Klasse. |
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Globale Erwärmung und Klimawandel sind aus den Schlagzeilen nicht mehr weg zu denken; weniger häufig wird über das zunehmende Problem der Versauerung der Ozeane gesprochen. Dabei bleibt viel von dem wichtigsten Treibhausgas, das Kohlendioxid (CO2), nicht in der Atmosphäre, sondern wird vorallem in den Ozeanen (oder auch auf dem Festland in Pflanzen und Boden) gespeichert.
In diesem Vortrag wird ein elementares globales CO2-Modell entwickelt. Dabei werden 7 sog. Reservoire betrachtet:
In meinem Vortrag werde ich die grundlegenden Konzepte der Arbeit eines Angewandten Mathematikers (Modellierung des betrachteten Vorganges, Modell-Vereinfachung, numerische Berechnung von approximativen Lösungen (hier: Systeme von gewöhnlichen Differentialgleichungen) am Beispiel der Kohlendioxid-Verteilung in den verschiedenen Schichten der Atmosphäre und der Ozeane erläutern und die obigen Fragen beantworten.
Zuerst werden wir das Problem mathematisch ausdrücken (d.h. mithilfe von Biologie, Chemie und Physik modellieren) und ein sog. Reservoir-Modell entwickeln. Dieses Modell wird dann auf verschiedene Arten (numerisch) gelöst und die Ergebnisse interpretiert und ein Fazit gezogen. Das Ziel ist dabei, den Einfluß der Ozeane (und der Wassertemperatur) auf den CO2-Gehalt in der Atmosphäre zu untersuchen. Hierzu werden wir zu Beginn einen einfachen Versuch zur CO2-Aufnahme in Wasser machen und am Ende werden wir die mit Hilfe der Mathematik erhaltenen Werte mit realen Daten von der Messstation Mauna Loa, Hawaii, vergleichen.
Als Verankerung mit dem Schulstoff werden wir in einem Exkurs die Exponentialfunktion einführen und ihre Bedeutung für elementare lineare Differentialgleichungen anhand von praktischen Beispielen erläutern.
Grundkenntnisse in Biologie (Photosynthese, biologische Pumpe), Chemie (Prinzip von Le Chatelier) und Physik sind hilfreich aber nicht unbedingt nötig.
PS: Dies ist natürlich nur ein stark vereinfachtes Modell; die Modellierung von Klimavorgängen und deren mathematische Analyse ist eine große (vielleicht sogar die größte) Herausforderung für die angewandte Mathematik.
| [GMHS] | G.W. Griffiths, A.J. McHugh und W.E. Schiesser |
| An Introductory Global CO2 Model, 2008. | |
| [Don] | S.C. Doney, |
| The Dangers of Ocean Acidification, Scientific American March 2006, 58-65. | |
| [BaKe] | R. Bacastow und C.D. Keeling, |
| Atmospheric Carbon Dioxide and Radiocarbon in the Natural Carbon Cycle: Changes from A.D. 1700 to 2070 as Deduced from a Geochemical Model, in: Carbon in the Atmosphere (G. W. Woodwell and E. V. Pecan, eds.), Proceedings of the 24th Brookhaven Symposium in Biology, Upton, NY, May 16-18, 1972; published by the Technical Information Center, Office of Information Services, United State Atomic Energy Commission | |
| [Cal] | K. Caldeira, |
| Ocean Model Predictions of Chemistry Changes from Carbon Dioxide Emissions to the Atmosphere and Ocean, Journal of Geophysical Research 110 (2005), C09S04. | |
| [Wig] | T.M. Wigley, et al, |
| Economic and Environmental Choices in the Stabilization of Atmospheric CO2 Concentrations, Nature 379 (1996), 240-243. | |
| [] | |
| Ocean Acidification Due to Increasing Atmospheric Carbon Dioxide, Royal Society, 2005. | |
| [Can] | J.G. Canadell, et al, |
| Contributions to Accelerating Atmospheric CO2Growth from Economic Activity, Carbon Intensity, and Efficiency of Natural Sinks,, Proceedings of the National Academy of Sciences 104 (2007), Seiten 1886618870. | |
| [IPCC] | IPCC, |
| Fourth Assessment (winner of Nobel prize), Working Group I Report, The Physical Science Basis, Kapitel 10, Global Climate Projections. |
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