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Über dieses Buch

Im Grundlagenteil dieses Lehrbuches werden die wichtigsten Stoffgruppen und Stoffkreisläufe vorgestellt, mit denen sich Umweltgeologen beschäftigen. Es folgen Betrachtungen zu Atmosphäre, Hydrosphäre, Pedosphäre sowie zu Sedimenten als Teil der Lithosphäre und zu deren Rolle innerhalb der Umweltgeologie.

Im Praxisteil werden nach der Beschreibung einiger wichtiger Methoden der Umweltgeologie verschiedene Bereiche der angewandten Geologie einer Emissionsbetrachtung unterzogen. Der Fokus liegt dabei auf Altlasten, Rohstoffen, Wasser und Energiebedarf. Neben Faktenwissen vermittelt das Lehrbuch Fallbeispiele aus der geologischen Praxis der Autorin.

Diese Einführung soll Studierenden der Geowissenschaften, Geographie und Biologie - für die anwendungsbezogene und zivilisationsnahe Fragen der Geologie von besonderem Interesse sind - einen gut verständlichen Einstieg in die Umweltgeologie bieten, etablierte Lösungsansätze erklären, aber auch bisher ungelöste Probleme aufzeigen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Umweltgeologie – Was ist das eigentlich?

Im Fokus stehen die Wechselwirkungen zwischen den Menschen und ihrer geologischen Umwelt. Um die Rolle des Menschen innerhalb geologischer Vorgänge zu betrachten, lassen sich zwei unterschiedliche Perspektiven einnehmen. Jene des Menschen, der sich fragt: „Welche Einschränkungen und Gefährdungen erfahre ich durch die Geologie?“ (= Immissionsbetrachtung) oder die andere Perspektive desjenigen, der sich die Frage stellt: „Welche Veränderungen bewirken meine Aktivitäten auf der Erde?“ (= Emissionsbetrachtung). Während die Menschheit sich seit Beginn ihrer Existenz mit der Frage nach geogenen Gefahren auseinander setzen muss, ist die Emissionsbetrachtung eine Perspektive, in die wir uns erst seit wenigen Jahrzehnten bewusst und vielleicht auch etwas widerwillig begeben, thematisiert sie doch menschliche Eingriffe häufig in einem kritischen Blickwinkel.

Sylke Hilberg

Teil A – Grundlagen

Frontmatter

2. Stoffkreisläufe und Schadstoffe

Die Erde kann in ihrer Gesamtheit als geschlossenes System betrachtet werden. Das bedeutet, es findet zwar ein Austausch von Energie mit der Umgebung statt, nicht aber von Materie. Aus dieser Tatsache ergibt sich, dass alle Ressourcen der Erde nur in begrenzter Menge verfügbar sind. Alle Prozesse, bei denen Stoffe in irgendeiner Form umgesetzt oder transportiert werden, müssen daher Kreislaufprozesse sein. In diesem Kapitel werden einige bedeutende Stoffkreislaufsysteme, die meist sphärenübergreifend ablaufen, dargestellt. Es werden die wichtigsten Stoffgruppen, mit denen Umweltgeologen immer wieder konfrontiert sind, erläutert. Neben Schwermetallen sind dies z. B. Arsen, Cyanide und die große Gruppe der Kohlenwasserstoffe.

Sylke Hilberg

3. Atmosphäre

Der Begriff der Atmosphäre beschreibt jenen Teil des globalen Systems, der als hauptsächlich gasförmige Hülle die Erde umschließt. Die Prozesse in der Atmosphäre sind jedoch eng mit jenen der Hydrosphäre verknüpft. So bilden Verdunstung, Kondensation und Transport von Wasser in der Atmosphäre einen wichtigen Teil des Wasserkreislaufs. In diesem Kapitel werden zunächst einige Grundlagen zu wichtigen Eigenschaften der Atmosphäre und deren erdgeschichtliche Entwicklung erläutert. Das Klimageschehen sowie lang- und mittelfristige natürliche Klimaschwankungen und deren Ursachen werden beschrieben. Der Einfluss anthropogener Aktivitäten auf die aktuell beobachtbaren Klimaveränderungen wird anhand eines der wesentlichen Treibhausgase, dem CO

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thematisiert, wobei auch ein Seitenblick auf die internationalen Aktivitäten zum Klimaschutz geworfen wird. Geogen bedingte Luftbelastungen werden anhand einiger Beispiele aus der geologischen Praxis besprochen.

Sylke Hilberg

4. Hydrosphäre

Zwischen Atmosphäre, Oberflächengewässern und Grundwasser finden Übergänge statt, die von den speziellen Eigenschaften des Wassers sowie von der Gravitation gesteuert werden. Dieses Kapitel beschreibt die Prozesse innerhalb des globalen Wasserkreislaufs und in typischen regionalen Wasserkreisläufen vor allem unter dem Aspekt der Wasserbeschaffenheit. Im Einzelnen werden folgende Fragen diskutiert: Was passiert mit dem Wasser bei der Verdunstung über einer Wasserfläche? Was passiert beim Transport der Luftfeuchtigkeit von den Küsten ins Landesinnere? Welche Fraktionierungsprozesse finden beim Ausregnen statt und welche beim Übergang von der Erdoberfläche in die ungesättigte Zone? Schließlich werden die natürlichen Prozesse innerhalb von ungesättigter Zone und Grundwasserkörpern beleuchtet.

Sylke Hilberg

5. Pedosphäre

Der Begriff Pedosphäre beschreibt die Gesamtheit der obersten Schichten der nicht von Ozeanen oder permanenten Wasserflächen bedeckten Erdkruste, die sich vor allem dadurch auszeichnet, dass sie von lebenden Organismen besiedelt ist und damit ein Ökosystem darstellt. Wichtige Eigenschaften von Böden in Hinblick auf umweltgeologische Fragestellungen betreffen das Bindungsvermögen und die Mobilisierung von Schadstoffen. Dazu sind Sorptions- und Kationenaustauschkapazität von Interesse. Sie beschreiben die Fähigkeit eines Bodenkörpers, an seinen Kornoberflächen Stoffe anzulagern und damit zu demobilisieren. Auch Eigenschaften wie der Säuregehalt oder das Redoxpotential eines Bodens, spielen hierbei eine große Rolle.

Sylke Hilberg

6. Sedimente

Erosion und Sedimentation gehören als Abschnitte des geologischen Kreislaufs seinem exogenen Teil an. Da sie vergleichsweise kurzfristig und oberflächennah stattfinden, handelt es sich um die Prozesse, in die der Mensch am leichtesten eingreifen, die er damit auch nachhaltig beeinflussen kann, während die endogenen Prozesse von wenigen Ausnahmen abgesehen, vergleichsweise unwesentlich durch den Menschen beeinflusst werden können. Die umweltgeologische Betrachtung der Lithosphäre wird daher vor allem auf die Sedimente beschränkt, die den fließenden Übergangsbereich zwischen Lithosphäre und Pedosphäre darstellen.

Sylke Hilberg

Teil B – Umweltgeologie in der Praxis

Frontmatter

7. Probengewinnung für umweltgeologische Fragestellungen

Eine wichtige Voraussetzung, um anthropogene Einflüsse auf natürliche Systeme zu vermeiden oder eindämmen zu können, ist es, sie in Art und Umfang zu erkennen. Dies setzt entsprechende reproduzierbare Beobachtungsmethoden voraus. Um zu Informationen über Stoffkonzentrationen in geologisch relevanten Systemen zu gelangen, müssen geeignete Proben für eine zielführende Analytik gewonnen werden. In diesem Kapitel werden einige der aktuell angewendeten Methoden zur Gewinnung von repräsentativen Proben aus Bodenluft, Bodenlösung, Grundwasser und Feststoffen vorgestellt.

Sylke Hilberg

8. Abfallmanagement und Altlastenpraxis

In Deutschland und Österreich werden pro Jahr insgesamt mehr als 500 Millionen Tonnen Abfall produziert. Betrachtungen der aktuellen Praxis in der Abfall- bzw. Kreislaufwirtschaft zeigen, wie ein umweltgerechter Umgang mit Abfällen gewährleistet wird. Ergänzend widmet sich dieses Kapitel einem bis dato nicht endgültig gelösten Abfallproblem: der Endlagerung gefährlicher Abfälle, die sehr eng mit geologischen Fragestellungen verknüpft ist. Eine wichtige Aufgabe der Umweltgeologie in der Praxis ist die Erkundung, Bewertung und Behandlung von Kontaminationen, die sich aus der Abfallentsorgung früherer Zeiten ergeben haben. Das Kapitel beschreibt die Arbeitsweise in der Altlastenpraxis.

Sylke Hilberg

9. Rohstoffe

Als Rohstoffe werden alle unverarbeiteten Stoffe bezeichnet, die in der Natur auftreten und vom Menschen direkt oder nach einer Aufbereitung genutzt werden. Sie können nach ihrer Entstehung, ihrer Verwendung oder danach unterschieden werden, ob sie nachwachsend oder nicht erneuerbar sind. Unter Berücksichtigung der großen Differenz zwischen der Zeitdauer ihrer Entstehung und ihres Abbaus müssen die in der Lithosphäre verfügbaren Rohstoffe ausschließlich als nicht erneuerbare Ressourcen bezeichnet werden. Sie sind daher de facto nicht nachhaltig zu bewirtschaften. Die Gewinnung und Aufbereitung von Rohstoffen kann mit einer Vielzahl an Umweltauswirkungen verbunden sein. Dieses Kapitel widmet sich den umweltgeologisch relevanten Aspekten der Rohstoffwirtschaft anhand einiger, aus dem großen Spektrum an Rohstoffen ausgewählter Beispiele.

Sylke Hilberg

10. Rohstoff Wasser

Dem Wasser, als einem der wichtigsten aller vom Menschen genutzten Rohstoffe, kommt eine ganz besondere Bedeutung zu. Daher wird dem Rohstoff Wasser hier ein eigenes Kapitel gewidmet. Wasser kann in allen globalen Umweltsystemen als gasförmige, flüssige oder feste Phase auftreten. Innerhalb des Wasserkreislaufs kann es als Niederschlagswasser, stehendes oder fließendes Oberflächengewässer, Bodenwasser oder Grundwasser auftreten. Unbehandeltes Wasser, das aus einem Reservoir gewonnen wird, bezeichnet man entsprechend der Rohstoffdefinition als Rohwasser. Die Beschaffenheit von Rohwasser ist das Produkt geogener, biogener, häufig aber auch anthropogener Einflüsse im jeweiligen Einzugsgebiet. In diesem Kapitel werden einige der potenziellen Gefahren für die Qualität von Wasserreservoiren dargestellt. Dabei werden sowohl anthropogene als auch geogene Aspekte beleuchtet.

Sylke Hilberg

11. Energieversorgung

In den vergangenen 40 Jahren hat sich der Energieverbrauch weltweit mehr als verdoppelt. Noch immer bedient sich der Großteil der Energiegewinnung aus fossilen Quellen wie Kohle, Erdöl und Erdgas. Es gibt jedoch intensive Bestrebungen, mittelfristig einen erheblichen Teil des Energiebedarfs über erneuerbare Quellen zu decken. In diesem Kapitel werden einige der verfügbaren Möglichkeiten zur Gewinnung erneuerbarer Energie unter umweltgeologischen Aspekten betrachtet. Einerseits geht es darum aufzuzeigen, welche Rolle die Geologie darin einnimmt, aber auch um die Frage, wie sich die Nutzung erneuerbarer Energieträger auf die Systeme Hydrosphäre, Pedosphäre oder Lithosphäre auswirken kann. Wasserkraft und Geothermie, die direkt mit den geologischen Verhältnissen verknüpft sind, stehen daher im Fokus dieses Kapitels.

Sylke Hilberg

12. Geologie in der Umweltverträglichkeitsprüfung

Jede anthropogene Aktivität ist mit einer Beanspruchung von natürlichen Ressourcen verbunden. Die Nutzung von Flächen bedeutet im weitesten Sinne immer auch einen Eingriff in die oder eine Konfrontation mit der geologischen Situation. Deshalb müssen Flächennutzungen aller Art stets unter Berücksichtigung von geologischen Aspekten und möglicher Naturgefahren geplant werden. Ein wichtiges Werkzeug zur umweltverträglichen Planung von Großprojekten wurde mit der europäischen Gesetzgebung zur Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) geschaffen. Das Herzstück der UVP bildet die Umweltverträglichkeitsstudie oder auch Umweltverträglichkeitserklärung (UVE). Anhand der beispielhaften Vorgehensweise zur Erstellung des UVE-Fachbeitrags Geologie, Hydrogeologie und Naturgefahren zeigt dieses Kapitel, welche Rolle die Umweltgeologie in diesem Zusammenhang einnimmt.

Sylke Hilberg

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