Umweltwissenschaften für Umweltinformatiker, Umweltingenieure und Stadtplaner

verfasst von: Dr. Regine Grafe

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

Was bedeutet umweltbezogene angewandte Informatik? Welche Bedeutung hat sie für die Wirtschaft und den Einzelnen? Wie ermittelt man praxisbezogene Daten im umwelttechnischen Bereich? Auf all diese Fragen finden Sie die Antworten sachgerecht, praxisnah und praxistauglich in diesem Buch. Wichtige Themen, vom notwendigen Basiswissen über die Stoffe und ihre Verbindungen, über physikalische Stressoren und biogene Komponenten bis hin zum Wissen über Informationssysteme und praxisbezogene rechtliche Grundlagen, sind hier klar strukturiert zusammengefasst. Die Vielzahl von Verweisen ermöglicht das Erkennen von umwelt- und gesundheitsbelastenden Zusammenhängen. Jedes einzelne Kapitel wird durch eine Zusammenfassung sowie Fragen zur Wiederholung vervollständigt. Die Perspektive der Autorin erlaubt einen Blick auf die Wechselbeziehungen unseres wirtschaftlichen Systems und zeigt, wie man sie untersuchen kann. Für die Datenerfassung werden umweltanalytische und Monitoring-Verfahren vorgestellt. Der manchmal abstrakte Inhalt wird dem Leser mit Hilfe von 120 Abbildungen veranschaulicht und schafft so die Brücke und das Verständnis zwischen umweltrelevanten Fakten mit Informatik-Tools. Besonderes Augenmerk legt die Autorin auf die Umweltkompartimente und erläutert die schädlichen Beeinflussungen sehr praxisnah. Umweltinformatikern, Umweltwissenschaftlern, Stadtplanern und Ingenieuren, sowie allen interessierten Laien bietet dieses Buch eine gute Einführung.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Umweltwissenschaften für Umweltinformatiker, Umweltingenieure und Stadtplaner

Zusammenfassung

Im Kontext der Ingenieurwissenschaften werden Erkenntnisse der Umweltwissenschaften im Hinblick auf die anthropogene Beeinträchtigung der Umwelt dargestellt. Im Fokus steht dabei die Verantwortung für ein interdisziplinäres Handeln. Dem engen Zusammenhang von umweltbezogenem Gesundheitsschutz und dem Zustand der Umweltkompartimente wird Rechnung getragen. Die Begriffe Emission, Immission, Emittent und Transferprozesse werden erklärt. Die Einbindung der aktuellen Umweltschutzgesetzgebung schafft Verständnis für die Ziele des Umweltschutzes. In diesem Zusammenhang werden auch die Begriffe integrativer und integrierter Umweltschutz erklärt und die Schnittstellen von Umweltschutzzielen für die betriebswirtschaftlichen Belange von Unternehmen und denen der zuständigen Behörden und Verbände aufgezeigt. Die im Kontext des Umwelt- und Gesundheitsschutzes stehenden digitalisierten Informationssysteme wie Datenbanken, Fachinformationssysteme, Betriebliche Umweltinformationssysteme und webbasierte Informationstools ermöglichen einen Einblick in deren Anwendungsbereiche. Der praxisnahe Ansatz schließt sowohl geltende rechtliche Regularien als auch transdisziplinäre Anwendungsbereiche ein. Dazu gehören der Arbeitsschutz, externes und internes Umweltmanagement und die Akkreditierungspraxis. Der Text ist jeweils mit definitorischen Elementen, Praxis- und Fallbeispielen sowie selbsterklärenden Grafiken ausgestattet.

Regine Grafe

Kapitel 2. Struktur der materiellen Umwelt und Umweltschutz

Zusammenfassung

Mit dem Ziel, ein grundlegendes Verständnis für die Eigenschaften der Stoffe, deren Verwendung und Einfluss auf die Umwelt zu entwickeln, werden grundlegende Kenntnisse zum Aufbau der materiellen Umwelt verständlich erklärt. Dabei werden der Aufbau der Atome und deren subatomare Teilchen unter Einbezug der quantenmechanischen Betrachtung beschrieben. Mit Hilfe von Strichzeichnungen werden die Begriffe Elektronenenergie, Energieniveau der Elektronen, Absorption und Emission sowie der spontane Zerfall der Atome zu Isotopen anschaulich dargestellt. Die energetischen Verhältnisse in der Elektronenhülle wie Grundzustand, angeregter und ionisierter Zustand werden definitorisch beschrieben und mit Grafiken verdeutlicht. Die Bedeutung der energetischen Verhältnisse der Elementarteilchen für die chemische Bindung wird exemplarisch an den Grundbindungsarten – Atombindung, Ionenbindung, metallische Bindung und Van-der-Waals-Bindung – erläutert. Es werden die aus den Bindungen resultierenden Strukturen und Eigenschaften der Stoffe abgeleitet.

Regine Grafe

Kapitel 3. Stoffgruppen mit Umwelt- und Gesundheitsrelevanz

Zusammenfassung

Umweltrelevante Stoffeigenschaften im Hinblick auf eine Schädigung der belebten Natur werden aufgezeigt. Dabei wird sowohl auf die Emittenten als auch auf deren Emissionen und Immissionen eingegangen. Mögliche Impacts oder Kontaminationen in der Umwelt werden kompartimentbezogen betrachtet. Das Kapitel umfasst dabei die wesentlichen umweltrelevanten Stoffgruppen, wie Schwermetalle, metallorganische Verbindungen, diverse Verbrennungsprodukte, halogenorganische und phosphororganische Verbindungen und die sogenannten Industriechemikalien. Die Stoffgruppen werden mit ihren typischen Eigenschaften und Wirkungen in der Umwelt vorgestellt. An ausgewählten Vertretern der Stoffgruppen werden explizite Wirkungsspektren mit Hilfe von toxikologischen Merkmalen aufgezeigt und die jeweiligen Umwelt- und Gesundheitsrelevanzen abgeleitet. Die praxisnahe Betrachtung umfasst u. a. die Emittenten Verkehr, Industrie, Landwirtschaft, Bauwirtschaft sowie private Haushalte. Begriffe wie Biozid, Herbizid, Insektizid, polyzyklischer organischer Kohlenwasserstoff, flüchtiger organischer Kohlenwasserstoff und Additiv werden anwendungsbezogen erklärt. Die Schnittstelle zum Verbraucherschutz wird im Zusammenhang mit der Nahrungskette angesprochen.

Regine Grafe

Kapitel 4. Toxikologie und Ingenieurwissenschaften

Zusammenfassung

Es werden die toxikologischen Bewertungskriterien für Stoffe und Verbindungen vorgestellt. Dabei wird auf die Ermittlung von toxischen Effekten und deren Ursachen eingegangen. Am Praxisbeispiel Produktsicherheitsdatenblatt und Datenbank werden die toxikologischen Methoden und die Bedeutung für Ingenieure und Verantwortliche für die Product Compliance sowie für den Arbeitsschutz abgehandelt. Softwaregestützte Informationstools, wie REACH, RoHS, GHS, CAS und UCLID, werden vorgestellt. Die Abhandlung der Wissensdatenbanken zur toxischen Wirkung von Stoffen und Produkten erfolgt mit definitorischen Begriffserläuterungen, die geeignet sind, den Bewertungsprozess für die Umwelt- und Gesundheitsrelevanz umfassend zu beschreiben. Methoden, die der toxikologischen Bewertungen dienen, werden mit Hilfe von selbsterklärenden Grafiken unterstützt. Im Hinblick auf die Sicherstellung der Datenqualität wird sowohl auf die Anzahl der empirisch ermittelten toxischen Effekte als auch auf die Repräsentation von Messwerten und die angewandten messtechnischen Methoden eingegangen. Die Bedeutung der normierten Messdatenermittlung nach DIN EN, VDI oder PROP nach EPA wird an Praxisbeispielen erläutert. Auf die gängigen mathematisch-statistischen Auswertungsmethoden inkl. der biometrischen Datenerfassung wird ebenfalls eingegangen.

Regine Grafe

Kapitel 5. Stoffdatenerfassung

Zusammenfassung

Es wird jeweils eine Übersicht über die aktuell angewandten Messmethoden mit Hilfe der instrumentellen Analytik für die Kompartimente Boden, Wasser und Luft vorgestellt. Die umweltanalytischen Verfahren sind stoffgruppenbezogen den Umweltkompartimenten zugeordnet. Dabei werden u.a. die aktuell angewandten Trennverfahren wie die Gaschromatografie und die am häufigsten eingesetzten Detektionsverfahren, wie Massen- und Atomabsorptionsspektroskopie vorgestellt. Die Bedeutung der Auswahl von Messmethoden im Hinblick auf die matrixbezogene Untersuchung auf Kontaminationen wird dargelegt. Die für das jeweilige Kompartiment durchgeführten messtechnischen analytischen Verfahren werden nach einem Phasenmodell, das als Grafik jeweils zugeordnet ist, vorgestellt. Das Modell umfasst die Art der Probenahme, die Probenvorbereitung und die Detektionsphase. Darüber hinaus wird die Bedeutung von olfaktorischen Erfassungen als Erstbewertung und die von Monitoring-Verfahren an verschiedenen Praxisbeispielen erläutert.

Regine Grafe

Kapitel 6. Ökotoxikologie und Ingenieurwissenschaften

Zusammenfassung

Der Zusammenhang von Human- und Ökotoxikologie wird anhand der weitgehend identischen Bewertungskriterien dargestellt. Es wird auf die Gleichheit der Wirkungen infolge von biotischen und abiotischen Prozessen eingegangen. Populationsdynamische Veränderungen durch abiotische Einflüsse, wie Kälte, Trockenheit und Raumreduktion, werden im Hinblick ihres Einflusses auf die Stabilität von Ökosystemen abgehandelt. Dabei wird auch der Einfluss von Neophyten und Neozoen beschrieben. Die Wirkung von anthropogenen Stressoren wie Lärm, elektromagnetische Strahlung und stofflichen Impacts wird an ausgewählten Beispielen erläutert. Die Erfassung von Effekten infolge von schädlichen Einwirkungen auf Ökosysteme wird am Beispiel der Bioakkumulation von Schadstoffen, der Photolyse, mit Hilfe von Biomonitoring und Bioindikation an ausgewählten Praxisbeispielen vorgestellt.

Regine Grafe

Kapitel 7. Biogene Noxen und Stressoren

Zusammenfassung

Es wird gezeigt, dass neben den abiotischen Komponenten in der Umwelt auch die biotischen Komponenten in den Umweltkompartimenten eine entscheidende Rolle bei der Schädigung von Organismen spielen können. Dabei wird dargestellt, wie bedeutend Emissionen biogener Art durch Emittenten, wie die Landwirtschaft, die Biotechnologie und die Abfallwirtschaft sind. In diesem Zusammenhang wird insbesondere auf die Komponenten in Bioaerosolen eingegangen. Im Fokus steht die Aufnahme von biogenen Komponenten durch den Menschen und die damit verbundenen gesundheitlichen Risiken. Am Beispiel der Abfall- und Tierwirtschaft werden der Arbeits- und der Nachbarschaftsschutz betrachtet. Das Genehmigungsverfahren für eine tierwirtschaftliche Anlage wird erläutert. Dabei wird dargestellt, welche Emissionen entstehen können und welche geprüft werden müssen. Die dafür erforderlichen gesetzlichen Vorgaben wie DIN EN und TRGS werden vorgestellt und das Bewertungsverfahren selbst beschrieben. Die Expositionsermittlung für die Nachbarschaft durch eine Anlage wird mit Hilfe der grafischen Darstellung eines berechneten zweidimensionalen Modells einer Emissionsfahne illustriert.

Regine Grafe

Kapitel 8. Physikalische Stressoren

Zusammenfassung

Ausgehend von verschiedenen Lärmarten und Lärmemittenten wird der Lärm als dominierender Umweltstressor vorgestellt. Als physikalische Größe ist Lärm ein Schalldruckpegel, der in Dezibel angegeben wird. Die erhebliche Umwelt- und Gesundheitsrelevanz von Lärm wird in den gesetzlichen Grundlagen zur Einhaltung des Lärmschutzes über Grenz- und Richtwerte abgebildet, die anhand von Praxisbeispielen beschrieben und mit Hilfe von Grafiken erläutert werden. Es werden Lärmausbreitungsmodelle, wie sie für die Bewertung von Schallereignissen im freien Raum berechnet werden, dargestellt und erläutert. Einen weiteren Umweltstressor stellt die elektromagnetische Strahlung dar, die differenziert nach ionisierender und nichtionisierender Strahlung vorgestellt wird. Die jeweiligen Strahlungsarten werden beschrieben. Ihr umwelt- und gesundheitsrelevantes Wirkungsspektrum sowie die jeweiligen physikalischen Größen und Fachbegriffe werden vorgestellt. Dabei wird insbesondere auf die Umweltrelevanz des Lichts im sichtbaren Spektralbereich eingegangen, das als Umweltstressor in Städten und Ballungsgebieten gilt.

Regine Grafe

Kapitel 9. Anwendungsfelder – Fallbeispiele

Zusammenfassung

Anhand von komplexen Praxisbeispielen werden Anwendungsfelder für die Kenntnisse über die Zusammenhänge von stofflichen und physikalischen Beeinflussungen in der Umwelt dargestellt. Ausgehend von der Schnittmenge wirtschaftlicher investiver Interessen mit der Fürsorgepflicht des Staates werden exemplarisch drei komplexe Vorhaben mit interdisziplinärem Ansatz vorgestellt. Dabei wird gezeigt, welche Kenntnisse erforderlich sind, um einen Bebauungsplan, ein Sanierungsvorhaben für eine Industriebrache und ein Genehmigungsverfahren für eine tierwirtschaftliche Anlage umweltgerecht zu gestalten. Das dafür erforderliche Beziehungsgeflecht von Schutzzielen für Umwelt und Gesundheit ist als Grafik dargestellt. Der interdisziplinäre Beteiligungsprozess ist als ein Beispiel komplexe Planungsvorhaben ausführlich dargelegt und wird mit den entsprechenden Grafiken illustriert.

Regine Grafe

Backmatter

Titel: Umweltwissenschaften für Umweltinformatiker, Umweltingenieure und Stadtplaner
verfasst von: Dr. Regine Grafe
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-662-57747-9
Print ISBN: 978-3-662-57746-2
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-57747-9