Fünf Regeln, die man sich im Leben merken sollte:

Geld kann Glück  nicht kaufen, aber es ist bequemer in einem Mercedes zu weinen als auf einem Fahrrad.

Vergeben Sie Ihrem Feind, aber merken  Sie sich seinen Namen.

Helfen Sie jemandem  wenn er in Schwierigkeiten ist, und er wird sich wieder an Sie erinnern wenn er wieder in Schwierigkeiten ist.

Viele Leute laufen nur deshalb frei herum, weil es illegal wäre, sie einzusperren.

Alkohol löst keine Probleme, aber trotzdem, Milch auch nicht.

Letzte Überarbeitung Oktober 2023

Weltraum

Beschäftigen wir uns mit dem Weltraum, der auch Weltenraum, Kosmos oder Universum genannt wird. Das Wort “Universum” stammt aus dem Lateinischen und steht für universus, was soviel bedeutet wie “gesamt”. Man fragt sich, wie das Weltall überhaupt entstanden ist, wie und warum unsere Erde überhaupt existiert. Darüber hat man Jahrhunderte lang nachgedacht. Die neuesten Forschungen gehen davon aus, dass es einen Urknall gegeben hat, den sog. Big Bang. Seitdem dehnt sich unser Weltall ständig aus. Leider kann man mit dieser Theorie aber nicht erklären, was vor diesem Urknall existierte. All unser Denkvermögen geht von einem Zeitpunkt Null aus, nämlich dem Urknall. Mit Hilfe von Sonden, die Gravitationsmessungen vornehmen können, hat man das Alter des Weltraums sehr genau bestimmen können. Das Hubble-Weltraumteleskop stellte mit Hilfe seiner Gravitationslinsen ein Alter von 13,75 Milliarden Jahren fest.Entsprechend der Urknalltheorie könnte man meinen, dass die Form des Universums einer Kugel entspräche. Das ist aber längst nicht gesichert. Viele Theorien über die Form des Universums wurden aufgestellt und die unterschiedlichsten Formen dabei entwickelt. Nach neuesten Sondenbeobachtungen kann man annehmen, dass es sich eher um einen Elipsoid handelt.
Das Universum dehnt sich also aus. Auf jeden Fall solange, bis die Gravitation dazu führt, dass diese Ausdehnung zum Stillstand kommt und das Weltall sich dann wieder zusammen zieht. Leider hat man aber festgestellt, dass sich die Ausdehnungsgeschwindigkeit aber nicht verringert, sondern teilweise sogar vergrößert. Dafür gibt es fast keine Erklärung, es sei denn, man nimmt die sog. dunkle Energie als Verursacher. Diese dunkle Energie ist eine reine Hypothese, die experimentell nicht nachgewiesen wurde. Sie ist mehr eine Konstante, mit der man das Rätsel der beschleunigten Ausdehnung erklären kann. Erfunden wurde sie schon 1998 von S. Turner. Natürlich fragt man sich, wie sicher denn die Messungen sind, die man da angestellt hat. Zunächst waren die recht ungenau, aber sie ergaben eine Rotlichtverschiebung, mit der man die Expansion erklären konnte. Erst viel später ergaben exakte Entfernungsmessungen weit entfernter Supernovae, dass sich die Ausdehnung des Weltalls tatsächlich beschleunigt. Es muss also eine Kraft vorhanden sein, die dieses bewirkt: die dunkle Energie.

Warum gibt es im Weltraum eigentlich ein Vakuum? Dazu muss man erst einmal den Begriff “Vakuum” definieren. Er bedeutet letztlich, dass man im Vergleich zum Gasdruck in der Umgebung, einen Unterdruck erzeugt. Das geht z.B. beim Trinken mit dem Strohhalm. Man saugt und erzeugt dadurch einen Unterdruck, der das Aufsteigen des Getränkes erst ermöglicht. Dabei ist dieses kleine Vakuum im Vergleich zu dem im Weltraum äußerst gering. Es sind im Beispiel unseres Strohhalmes immer noch sehr viele Gasmoleküle pro Liter, nämlich eine Anzahl , die man mit einer 1 angeben kann, an der 15 Nullen angehängt sind. Im Weltraum hingegen sind es weniger als 1.000 Gasmoleküle. Woran liegt das? Ganz einfach, an der Gravitation, also an der Anziehungskraft, die Körper gegenseitig ausüben. Im Weltraum werden die Gasmoleküle von den großen Galaxien, den Planeten und Sternen regelrecht angesaugt. Deshalb herrscht im Weltraum auch ein fast absolutes Vakuum. Für uns Menschen ist diese Gravitation von immenser Bedeutung, denn sonst würde sich unsere Atmosphäre nicht halten, die uns die Luft zum Atmen gibt.

Unsere Erde

Sie entstand vor rund 4,6 Milliarden Jahren aus der Verdichtung des Sonnennebels. Man geht davon aus, dass sie in ihrer Frühzeit von einer Reihe Astereoiden getroffen wurde. Durch dieses Bombardement und den radioaktiven Zerfall von Produkten erhitzte sich die Erde gewaltig. Die schweren Stoffe wie z.B. Eisen sanken nach unten, die leichteren schwammen oben. Es bildete sich langsam der Erdkern und der feste Erdmantel, auf dem wir wohnen. Woher unser Wasser kommt, das ist immer noch nicht restlos geklärt. Man nimmt an, dass es aus einem Entgasungsprozess stammt, also aus dem Erdinnern herrührt, aber warum gerade auf der Erde soviel Wasser existiert im Vergleich zu anderen Planeten, das ist ganz und gar ungeklärt.
Unsere Erde ist der fünftgrößte Planet in unserem Sonnensystem. Er umkreist die Sonne in einer elliptischen Bahn als drittnächster Planet. Seine Geschwindigkeit beträgt dabei im Mittel rund 30 km/sec, innerhalb von nur 7 Minuten legt er damit eine Strecke zurück, die seinem Durchmesser von rund 12.700 km entspricht.
Die Erde rotiert rechstläufig nach Osten in knapp 24 Stunden einmal. Durch die dabei entstehende Fliehkraft sind die Pole etwas abgeplattet und am Äquator dafür etwas ausgebuchtet. Der Unterschied beträgt immerhin 7 km am Äquator und 14 km an den Polen, verglichen mit einer idealen Kugel. Die Rotationsachse der Erde ist gegenüber der Ekliptik um ca. 26° geneigt. Die Ekliptik ist die Bahnebene um die Sonne. Diese Neigung hat zur Folge, dass die unterschiedlichen Erdteile auch  unterschiedlich von der Sonne beschienen werden. Daraus ergeben sich die Jahreszeiten. Stünde die Erdachse rechtwinklig zur Ekliptik, dann hätte ein Teil der Erde ständig Sonneneinfall, der andere hätte ewige Nacht mit den verheerenden Auswirkungen für die Pflanzenwelt und das Klima.
Die Rotation wird von Sonne und Mond gebremst. Beide üben ihre Gravitationskräfte auf die Erde aus, der Mond hat dabei den doppelten Anteil wie die Sonne, weil er sehr viel näher ist. Daraus ergeben sich Ebbe und Flut, also die Gezeiten. die Erde dreht sich dabei unter einem Wasserberg, der dem Mond zugewandt ist und einem Wassertal. Die Reibung bremst die Erdrotation, so dass z.Zt. die Tage um etwa 20 Mikrosekunden pro Jahr länger werden. Das hört sich als nicht sehr viel an, aber im Laufe der Jahrmillionen ergeben sich dadurch erhebliche Abweichungen der Tageslänge. Zusätzlich wirkt sich diese Gravitation auch auf die Landmassen aus, die um ca. einen halben Meter ständig angehoben werden. Der sich ergebende Drehimpuls wirkt wieder auf den Mond, der sich dadurch jährlich um ca. 4 cm von der Erde entfernt. Interessant, oder? In einer fernen Zukunft wird der Mond soweit entfernt sein und die Rotation der Erde soweit abgenommen haben, dass der Mond der Erde immer dieselbe Seite zukehren wird. Die Tage werden dann auf der Erde rund 50 mal solang dauern. Die These der zunehmenden Entfernung des Mondes von der Erde hat man übrigens 1995 anhand von sehr genauen Lasermessungen bewiesen.
Wenn man schon Hypothesen über das Verhältnis Erde-Mond aufstellt, dann muss man sich auch fragen, was denn nun einmal aus unserer Erde wird. Das Zukunftsbild ist leider sehr düster und stimmt uns melancholisch. Unser Schicksal ist eng mit der Sonne verbunden. Die reichert immer mehr Heliumasche an, so dass die Leuchtkraft ständig steigt. Man hat ausgerechnet, dass diese Erhöhung in den nächsten 1,1 Mia Jahren rund 10% betragen wird und nach 3,5 Mia Jahren 40%. Dieses hat für die Erde verheerende Folgen, die Ozeane werden verschwinden, auf der Erdoberfläche werden 70°C herrschen, alles Leben wird buchstäblich ausgelöscht. Die steigenden Temperaturen werden den Kohlenstoffzyklus beschleunigen, der CO2-Gehalt wird so drastisch abnehmen, dass die Pflanzen keine Photosynthese mehr durchführen können. Alles stirbt ab. Die Sonne wird in 5 Mia Jahren ein roter Riese sein, der alles in seiner Umgebung verschlucken wird. Keine guten Aussichten, oder? Ich bin überzeugt, dass in ferner Zukunft die Menschen zu anderen Planeten reisen werden, allein, um weiter leben zu können. Leider werden wir das nicht mehr erleben.

Unser Mond

Die Galaxie Centaurus ist 11 Millionen Lichtjahre entfernt

Barred Spiral Galaxy, 70 Mio. Lichtjahre entfernt (Hubble-Foto)

Andromeda Galaxie, die unserer Erde am nächsten ist

Die Erde von Apollo 17 aufgenommen

Größenvergleich: Sonne, Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun
(von links nach rechts)

Wie ist eigentlich unser Mond entstanden? Dazu gibt es mehrere Theorien. Die Einfangthese geht davon aus, dass der Mond in einer fernen Galaxie entstanden ist und irgendwann von der Erde eingefangen wurde. Darvin, der berühmte Evolutionsforscher entwickelte die Theorie, dass ein Teil von der jungen, noch flüssigen und sich sehr schnell drehenden Erde, abgelöst worden sei. Die Schwesterplanet-Theorie geht davon aus, dass Mond und Erde gleichzeitig entstanden und sich schon immer umkreisten.
Aktuell gilt am Wahrscheinlichsten die Aufprall-Theorie, nach der in der Frühphase der Planetenentstehung ein etwa marsgroßer Protoplanet mit der Erde vor etwa 4,5 Milliarden Jahren kollidierte, mit einer Geschwindigkeit von etwa 30.000 km/h. Der Aufprallwinkel war dabei derart "günstig", dass nur die äußeren Schichten der Erde quasi abgehobelt wurden. Durch den streifenden Einschlag bildete sich auf der Erdoberfläche eine gigantische Stoßwelle, die Material in den Weltraum katapultierte. Die Oberfläche der Erde wurde dabei so stark aufgeheizt, dass das Gestein zu kochen begann und verdampfte. Man nimmt an, dass der Aufprall zu einer Zeit erfolgte, als die Proto-Erde höchstens 90 Prozent ihrer derzeitigen Masse und somit eine geringere Schwerkraft hatte.. Ein Ring aus Wolken verdampften Gesteins vermischt mit festen Brocken umgab nun die Proto-Erde. Nach und nach kondensierten aus diesen Überresten mehrere größere, glühende Klumpen aus geschmolzenem Material, die sich schließlich zu einem einzigen großen Mond vereinigten.
 Die Theorie wurde erstmals in den 60iger Jahren von Hartmann und Davis vorgestellt. Aber erst seit einer bedeutenden Konferenz der Mondforscher im Jahre 1984 setzte sie sich allmählich durch. Mit diesem Modell können auch die Bewegung und der Drehimpuls des Erde-Mond-Systems erklärt werden. Unser Erd-Mond-System ist ziemlich selten im Weltall, denn normalerweise umkreisen immer mehrere Trabanten einen Himmelskörper. Verglichen mit den anderen Planeten hat die Erde einen recht großen massereichen Mond mit etwa einem achtzigstel der Erdmasse. Manche Wissenschaftler sprechen deshalb auch von dem "Doppelplanet Erde-Mond". Auch das spricht für die Aufprall-Theorie. Dagegen sprechen allerdings neueste Erkenntnisse, die ein schweizer Team herausfand, das Mondgestein untersuchte. Das Ergebnis war verblüffend. Es besagt nämlich, dass der Mond sich aus den gleichen Stoffen zusammen setzt wie die Erde. Bei einem Aufprall müsste das aber anders sein.

Das Innere unserer Erde

Kontinentaldrift der letzten 150 Millionen Jahre

Die Erde entstand, wie schon erwähnt, vor rund 4,6 Milliarden Jahren aus dem sog. Sonnennebel, einer rotierenden Staub- und Gaswolke. Durch Kollisionen wuchsen Protoplaneten heran, die sich immer mehr verdichteten. Der weitere Einschlag von Himmelskörpern und der radioaktive Zerfall von Stoffen erhitzte die Erde auf eine Temperatur von ungefähr 2.000°C. Bei dieser hohen Temperatur schmilzt Eisen und auch die meisten Silikate. Es entstanden Schmelzen.  Das schwerere Eisen sank nach unten, die leichteren Silikatschmelzen blieben in den äußeren Zonen. So entstand im Laufe der Zeit der schwere Eisenkern, der außerdem Nickel enthält. Darüber bildete sich ein äußerer Kern mittlerer Dichte, der vor allem aus Magnesium-Eisen-Silikaten besteht. In der leichteren Außenhülle befinden sich neben Sauerstoff auch Aluminium, Calzium und Silizium. Es entstand ein typischer Schalenaufbau. Der Druck im Erdkern beträgt bis zu 4 Millionen bar bei einer Temperatur von bis zu 5.000°C, was der Temperatur der dunklen Sonnenflecken entspricht. Der Erdmantel macht immerhin rund zwei Drittel der Erdmasse aus und hat eine mittlere Dichte. Bei der Erdkruste unterscheidet man die Ozeanische, die mit einer Stärke von 5-10 km verhältnismäßig dünn ist und die Kontinentale Erdkruste, die aus einzelnen Platten besteht, den Kontinenten. Die Erdkruste schwimmt auf der sog. Asthenospäre, einer Fließschicht des oberen Erdmantels. Man geht davon aus, dass sämtliche Landmassen einmal zusammen hingen und einen Superkontinent bildeten. Bereits im 17. Jahrhundert erkannte man an der Ähnlichkeit der Kontinentgrenzen von der Westküste Afrikas und der Ostküste Südamerikas die Kontinentalbewegung. Diese Drift erzeugte unsere heutigen Kontinente im Laufe der Erdgeschichte zyklusartig. Man geht davon aus, dass in etwa 60 Millionen Jahren Asien an Australien sich anlegt, unter der Voraussetzung, dass die Kontinentaldrift unverändert anhält. In 300 Millionen Jahren könnte sich dann wieder ein Superkontinent gebildet haben.
Man geht davon aus, dass vor 320 Millionen Jahren nur zwei riesige Kontinente bestanden, nämlich Gondwana und Laurasia. 70 Millionen Jahre später wuchsen beide zu einem Riesenkontinent namens Pangaea zusammen, der gut 100 Millionen Jahre wieder auseinander brach. Die Eurasische und die Nordamerikanische Platte entstanden. Man kann die weiteren Bewegungen der Kontinente schlecht vorher sagen, aber eines scheint gesichert zu sein: Ostafrika wird sich vom übrigen Afrika abspalten und einen neuen Ozean bilden, Spanien, also die iberische Halbinsel wird sich von Europa wegdrehen und das Schwarze Meer wird völlig vom Mittelmeer abgeschnitten. Warten wir es ab!

Unsere Atmosphäre

Vergleicht man die Erde und ihre Atmosphäre mit einem Apfel, dann wäre die Lufthülle etwa so dick wie die Apfelschale. Nicht mehr. Unsere Atmosphäre hat eine lange Entwick-lungsgeschichte. Schon früh verfügte unsere Erde, die ca. 4.56 Mia Jahre alt ist, über eine Wasserstoff- Helium-Hülle. Durch die langsame Auskühlung und dem Vulkanismus kam es zu einer Ausgasung. Zu rund 80% bestand unsere Atmosphäre damals aus Wasserdampf. Dennoch gab es noch kein Wassser, da die Atmosphäre noch viel zu heiß war. Nachdem die Temperatur unter den Siedepunkt gefallen war, gab es einen lang andauernden Dauerregen, an dessen Ende die Ozeane entstanden. Die hohe UV-Strahlung bedingte eine photochemische Zerlegung der Gase. Die Sauerstoffkonzentration wurde vor allem durch Bakterien angereichert und erreichte vor etwa 1  Milliarde Jahren 3%. Das reichte, um in den nächsten 400 Mio Jahren eine Ozonschicht zu bilden. Bedingt durch das massenhafte Auftreten von Pflanzen erhöhte sich der Sauerstoffgehalt auf den heutigen Wert von ca. 21%.

Unsere Atmosphäre

Luftzusammensetzung

Kohlendioxid: CO2

Der Tabelle oben können wir entnehmen, dass Kohlendioxid gerade einmal einen Anteil von derzeit 0,037 Volumenprozent an unserer Luft hat, und trotzdem macht es uns große Probleme. Immerhin hat die Konzentration seit Beginn des industriellen Zeitalters etwa um ein Drittel zugenommen. CO2, also Kohlendioxid ist in normaler Konzentration für uns unschädlich, erst ab ca. 6% tritt Bewusstlosigkeit ein und ab 8% stirbt man innerhalb einer Stunde. CO2 entsteht nicht nur bei der Verbrennung fossiler Stoffe, sondern z.B. auch bei Gärprozessen. In den Gärkammern kommt es daher immer wieder zu tödlichen Unfällen. Löst man das Gas in Wasser, dann erhält man Kohlensäure. CO2 gibt es also sowohl in gasförmigem, flüssigem und sogar festem Zustand, denken Sie an Trockeneis, das nichts anderes als CO2 ist. Es entsteht folgendermaßen: bei 20°C kann man CO2 bei rund 55 bar verflüssigen. Vermindert man dann sehr schnell den Druck, dann entsteht soviel Verdunstungskälte, dass die Temperatur auf weniger als -80°C abfällt, es entsteht Trockeneis, das bei Temperaturerhöhung wieder zu gasförmigem CO2 verdampft. Trockeneis wird auch als Kohlensäureschnee bezeichnet und wird als solcher z.B. in Feuerlöschern verwendet.
Der rasche Anstieg des CO2 in der Atmosphäre hat leider negative Einflüsse auf unser Klima. Man hat festgestellt, dass CO2 einen erheblichen Anteil von rund 60% an den Treibhausgasen besitzt. Dazu muss man wissen, dass die Konzentration von CO2 erhebliche Schwankungen in der Erdgeschichte aufweist. Vor etwa 500 Mio Jahren war die Konzentration rund 20 mal höher als heute, danach sank sie kontinuierlich auf etwa 0,0026 und blieb über Jahrtausende ziemlich konstant. Die Kohlenstoffbilanz war also ausgeglichen. Dabei muss man außerdem wissen, dass die von Menschen erzeugte CO2-Menge gerade mal rund 36 Gigatonnen beträgt, im Vergleich zu den rund 550 Gigatonnen, die von natürlichen Produzenten herrühren, also gerade einmal rund 7%. Warum also die ganze Aufregung? Ganz einfach. Wir Menschen stören mit unserer Industrie, den Hausbeheizungen und den Autos das natürliche Gleichgewicht. Kohlendioxid wird nämlich von den Pflanzen durch Photosynthese abgebaut und auch von entsprechenden Bakterien, die allesamt daraus Sauerstoff herstellen. Diese Kapazitäten sind natürlich begrenzt, so dass immer mehr Kohlendioxid übrig bleibt, dass irgendwo bleiben muss. Es lagert sich in der Tropospäre ab und verbleibt dort. Die chemische Industrie unternimmt derzeit sehr viel, um CO2 in brauchbare Stoffe umzuwandeln, denn schließlich ist der Kohlenstoff das wesentliche Ausgangsmaterial z.B. für alle Kunststoffe, also ein sehr wesentlicher Rohstoff. Den Kreislauf des Kohlenstoffes zeigt das nebenstehende Bild.

Stickstoff: N

Befassen wir uns mit dem durch den Diesel ins Gerede gekommenen Stickstoff, bzw. seine Verbindung zu Stickstoffdioxyd NO2.
Stickstoff ist ein farbloses, geschmack- und geruchloses, nicht brennbares Gas, welches ein lebensnotwendiger Bestandteil der Atmosphäre ist. Unsere Atemluft besteht zu rund 78,1% aus Stickstoff. Technisch wird Stickstoff durch die Fraktionierung von flüssiger Luft gewonnen. Eine erhöhte Stickstoffkonzentration in der Atemluft wird durch keine Reiz- oder Warnwirkung angezeigt. Symptome sind Übelkeit , Kopfschmerzen, Erbrechen, Müdigkeit und Atemnot. Reiner Stickstoff gilt als nicht wassergefährdender Stoff und verursacht in elementarer Form i.d.R. keine Umweltschäden. Außerdem ist Stickstoff ein unentbehrlicher Nährstoff für alle Lebewesen.
Im Laufe der Evolution hat sich ein Stickstoffkreislauf der Ökosysteme ausgebildet, der nachhaltig vom Menschen gestört wird. Der Mensch verursacht einen Stickstoff-Überschuss. Diese Störung des empfindlichen Systems führt zu einer Beeinträchtigung sowohl der Umwelt als auch unserer Gesundheit. Mehr als 50 Prozent der reaktiven Stickstoffverbindungen gelangen in Deutschland Über die Landwirtschaft in die Umwelt. Weitere Einträge erfolgen zu etwa gleichen Teilen durch Industrie, Verkehr und private Haushalte. Stickstoff wird in der Landwirtschaft als Dünger eingesetzt, um hohe Erträge bei guter Qualität zu erzielen . Die immer noch deutlich zu hohen Stickstoffüberschüsse landwirtschaftlich genutzter Böden entstehen, wenn mehr gedüngt als von den Pflanzen entzogen wird.
Der Dieselmotor kommt bei der CO2 Bilanz besser weg als der Benziner, leider aber nicht beim Stickstoff.  Diesel stoßen im Schnitt größere Mengen Stickoxide (NOx) aus, die bei hoher Konzentration als Atemgifte wirken können. Man denkt bereits über Fahrverbote für Dieselfahrzeuge nach, will aber die neuesten Diesel nach Euro 6 - Norm davon ausnehmen.

Der Kampf um die Diesel-Emissionen ist 2017 so richtig entbrannt. Man geht von einem Grenzwert von 40 ηg/m3 Luft aus, der von der EU gegen die Meinung von Wissenschaftlern festgelegt wurde. Es verwundert, dass laut Bundesgesundheitsblatt 950 Mikrogramm pro Kubikmeter Innenraumluft als Maximale Arbeitsplatz-Konzentration (MAK) erlaubt sind. Das entspricht der gut 20 fachen Menge, obwohl im Büro normalerweise 8 Stunden gearbeitet wird und auf der Straße sich kaum jemand so lange an den in der Nähe liegenden neuralgischen Verkehrspunkten aufhalten wird. Der führende Toxikologe der Uni München, Prof. Greim, bezweifelt sogar die wissenschaftliche Basis des Grenzwertes für Diesel. Eine Gesundheitsgefährdung schließt er bei diesen geringen Belastungswerten von 40 ηg aus. Langzeitstudien des Health Effect Institute, Boston (2015) ergaben bei Ratten keinerlei gesundheitliche Auswirkungen beim Diesel Euro 5. Erst bei einer Konzentration von rund 8.000 ηg/m3 Luft traten leichte Reizungen der Atemwege auf. Deutschland scheint auch hier mal wieder zu übertreiben, denn im EU-Ausland nimmt man die Messungen längst nicht so zahlreich vor, und wenn, dann im weiten Abstand von den Verkehrsknotenpunkten. Übrigens lachen viele über uns Deutsche nach dem Motto: “In Brüssel wird´s erdacht, in Deutschland wird´s gemacht, in Italien wird gelacht!”

Wasserstoff: H

99% unserer Luft bestehen aus nur 2 Elementen: Stickstoff u. Sauerstoff
Zur Aufstellung links kommen noch Spurengase und freie Radikale hinzu.

Die Keeling-Kurve zeigt den Anstieg des Kohlendioxid-Gehaltes in unserer Atmosphäre seit 1959

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Diagramm des Kohlenstoffzyklus
 Die schwarzen Zahlen geben an, wie viele Milliarden Tonnen Kohlenstoff (Gt C) in den verschiedenen Reservoiren vorhanden sind. Die blauen Zahlen zeigen an, wie viel Kohlenstoff zwischen den einzelnen Speichern pro Jahr ausgetauscht wird.

Quelle: Bundesministerium für Ernährung

Ein kleiner Traum für die Automobilbranche. Dagegen der Akku: Schwer, das Problem mit den seltenen Erden, die ein Akku benötigt, kleine Reichweite. Da spricht doch alles für den Wasserstoffantrieb. Das klingt alles so toll, warum stürzen sich die Hersteller nicht auf die neue Technologie?

Tatsächlich forscht man seit mehr als 20 Jahren in Sachen Brennstoffzelle herum. Mercedes hatte schon in den 90ern erste Versuchsträger, vor ein paar Jahren fuhr man mit zwei B-Klassen namens „F-Cell“ in einer schönen Marketingaktion sogar einmal um die Welt. Auch BMW hat seit Jahren Versuchsfahrzeuge im Fuhrpark, ebenso VW und Audi. Doch die Brennstoffzelle hat so ihre Tücken.

Was beim Akku das Problem mit den seltenen Erden ist, findet man bei Brennstoffzellen in Form von Platin. Das eher seltene Metall kostet im Moment rund 1000 Euro pro Feinunze (31,10 Gramm). Und das ist schon der niedrigste Preis seit sechs Jahren. Für eine Brennstoffzelle benötigt man aber rund 40 Gramm. Wenn nun vielen Hersteller anfangen, Brennstoffzellen in Massen herzustellen, dürfte der Preis schnell astronomische Höhen erreichen. Selbst wenn man, wie von Toyota angepeilt, die Menge auf 10 Gramm reduziert, dürften die Kosten immer noch zu hoch sein. Zwar gibt es erfolgreiche Versuche das Platin durch Edelstahl zu ersetzen, doch auch hier ist eine Marktreife noch nicht in Sicht.

Transportfähigen Wasserstoff herzustellen ist sehr energieintensiv. Leider kann man ja nicht einfach Wasser in den Tank schütten. Die Kilimabilanz für Wasserstoff ist eher schlecht, da man zur Herstellung jede Menge Strom verbraucht. Der wiederum weiterhin aus fossilen Brennstoffen kommt. Es gibt allerdings auch erste Pilotanlagen, die Wasserstoff aus regenerativen Energien herstellen. Was eine Lösung wäre, aber bis genug Fabriken gebaut sind, die die gewünschte Menge Wasserstoff aus regenerativen Energien herstellen können, dauert es auch noch etwas. Dazu kommt ein niedriger Wirkungsgrad der Brennstoffzelle, der bei ca. 40% liegt.

Es gibt nur wenig Erfahrung mit kleinen Brennstoffzellen in Autos und wie lange diese halten. Theoretisch ein ganzes Autoleben lang. Praktisch sieht die Sache anders aus. Brennstoffzellen sind kleine Zicken, wenn es um die Temperatur geht. Bei mehr als 80 Grad gehen die Brennstoffzellen ein, wie ungegossene Geranien im Hochsommer. Die großen Kiemen an der Front von Wasserstoffautos sind also keine eigenwillige Designlösung. Ein Kühlsystem für die Brennstoffzelle ist möglich, aber auch wieder aufwendig und es fehlt die Erfahrung damit. Auch nutzen sich die hauchdünnen Membranen der Zellen schnell ab und verunreinigten Wasserstoff mögen sie schon mal gar nicht. Eine Reparatur macht keinen Sinn, eher muss man im Falle eines Defektes die gesamte Einheit austauschen, was wieder viel Geld kostet.

Es gibt Überlegungen, die Brennstoffzelle für einen Hybrid-Antrieb zu nutzen. Doch dies hätte das Problem, dass der Kunde sich an der Tankstelle gleich zweimal anstellen muss. Einmal für den Wasserstoff, einmal für den Sprit. Ein Szenario, dass sich auch keiner so recht vorstellen kann.

Funktionsweise einer Brennstoffzelle

Eine Brennstoffzelle ist kein Energiespeicher, sondern ein Energiewandler. Wasserstoff und Sauerstoff reagieren über eine Membran und erzeugen elektrische Energie. Die Brennstoffzelle besteht aus Elektroden (Kathode/Anode), die durch einen Elektrolyten, dem Ionenleiter, getrennt sind. Der Elektrolyt besteht aus einer semipermeablen Membran, die nur für eine Ionensorte wie z.B. Protonen durchlässig ist. Die Elektrodenplatten bestehen aus Metall oder Kohlenstoff, die mit einem Katalysator beschichtet sind. Der Katalysator wiederum besteht aus Platin oder Palladium, beides seltene und teure Metalle. Geforscht wird intensiv an preiswerten und reichlich vorhandenen Stoffen für den Katalysator. Erste Erfolge sind mit Edelmetallen erzielt worden.

Fraunhofer- ISE-Studie: Bei einer Gesamtbetrachtung über den gesamten Lebenszyklus inklusive Herstellung der benötigten Materialien schneidet das Brennstoff-zellen-Fahrzeug ab einer mittleren Reichweite besser ab als ein reines E-Auto.
Die Forscher kamen bei einem Vergleich der erzeugten Treibhausgas-Emissionen bei Herstellung, Betrieb und Entsorgung von Batterie- und Brennstoffzellenfahrzeugen zu einem klaren Ergebnis: Ab einer gefahrenen Reichweite von 250 Kilometern liegen Brennstoffzellenfahrzeuge klar vor rein batteriegetriebenen Fahrzeugen.

Wasserkreislauf und Wolkenbildung

In den Ozeanen, die die größte Fläche auf der Erde einnehmen, wird das meiste Wasser gespeichert. Durch die Sonneneinstrahlung verdunstet ständig ein Teil davon und steigt als Wasserdampf empor, da dieser leichter ist als Luft. Da es in der Atmosphäre kälter ist, als auf der Erde, kühlt der Wasserdampf ab und kondensiert an kleinsten Partikeln, die sich in der Luft befinden, den sog. Kondensationskernen. Beim Kondensieren entsteht Verdampfungswärme, die das weitere schnelle Abkühlen bremst, so dass die Tröpfchen weiter nach oben steigen können. Bei Lufttemperaturen um die -10°C bilden sich Eiskristalle. Der Wasserdampf verhält sich dabei wie ein Gas und ist zunächst unsichtbar. Erst im Laufe der Kondensation bilden sich zunehmend Tröpfchen, die schließlich zu sichtbaren Nebeltröpfchen werden. Die Wasseraufnahmefähigkeit der Luft spielt dabei eine eher geringe Rolle, vielmehr kommt es auf die Kondensation und die Verdunstung an. Dabei definiert man den sog. Taupunkt.  Als Taupunkt wird die Temperatur bezeichnet, bei der sich ein Gleichgewichtszustand zwischen kondensierendem und verdunstendem Wasser einstellt, die Kondensation also gerade einsetzt. Je mehr die Taupunkttemperatur unterschritten wird, um so mehr Wassertröpfchen bilden sich. Die Tröpfchen werden größer und schwerer und können dabei bis zu 3mm groß werden. Die Tropfen nehmen dabei eine äußerst widerstandsarme Form an. Wenn der Aufwind diese Tropfen nicht mehr im Schwebezustand halten kann, dann beginnt es zu regnen. Die Tropfen fallen dann mit einer Geschwindigkeit von bis zu 1,8 m/sec zu Boden. Treffen sie auf die Meeresoberfläche, dann ist der Kreislauf sofort geschlossen, treffen sie auf den Erdboden, dann verdunstet ein Teil wieder, der größere Teil versickert, wird von Flüssen oder auch dem Grundwasserstrom zurück ins Meer befördert. Dort verdunstet das Wasser wieder und der Kreislauf beginnt von vorn.

Weltbevölkerung

In diesen Tagen überschreitet die Weltbevölkerung erstmals die 7 Milliarden Grenze. Man fragt sich, wieviele Menschen die Erde überhaupt verkraften kann, wieviele sie ernähren kann. Der Focus hat einmal ein lebendiges Beispiel aufgestellt:
“Wird es bald zu eng auf der Erde? Vergleiche zeigen: Platz ist genug da. Der am dichtesten besiedelte Stadtteil in Deutschland ist das Westend in Wiesbaden – keine Gegend, in der nur Bettenburgen stehen. Würde man das Wiesbadener Westend auf ganz Deutschland ausweiten, so könnten hierzulande 8,7 Milliarden Menschen angenehm leben. Frankreich könnte bei einer Bevölkerungsdichte wie in Paris sogar über 16 Milliarden Menschen aufnehmen. Und dabei umfasst die Fläche von Frankreich weniger als 0,5 Prozent der globalen Landfläche. „Das sind Zahlenspielereien“, räumt UN-Bevölkerungsexperte Thomas Büttner ein, „aber sie zeigen: Warnungen, die Erde würde bald ´aus den Nähten platzen´, sind völlig fehl am Platze“.

“Wenn die Welt ein Dorf mit nur 100 Einwohnern wäre, dann wären davon: 15 Afrikaner; 5 Nordamerikaner; 11 Europäer; 9 Lateinamerikaner und 60 Asiaten. Im Jahre 2050 würden bereits 138 Menschen im Dorf leben: 30 Afrikaner; 7 Nordamerikaner; 11 Europäer; 11 Lateinamerikaner und 79 Asiaten. Jedes Jahr käme eine Person in dem Dorf dazu. In Wirklichkeit sind es jährlich 80 Millionen neue Erdenbürger – ein Deutschland gleichermaßen.

Klicken Sie auf die Weltkugel
 und Sie werden eindrucksvolle Beispiele über die Schönheit der Erde sehen, die die BBC in Youtube eingestellt hat.

Sternenhimmel

Sie wollten schon immer mal wissen, welche Sterne über Ihnen am Himmel zu sehen sind? Kein Problem! Klicken Sie auf den Link unter diesem Text und Sie erhalten eine vereinfachte Himmelskarte mit Sternen und Sternbildern. Der Link führt Sie auf die Seite von Astro-Viewer, wo Sie sich eine vereinfachte Sternenkarte anzeigen lassen können, und das sogar tagesgenau, versuchen Sie es! Ach ja, und wie auch auf meiner Homepage müssen Sie Java aktivieren, falls Sie das noch nicht getan haben. Das geht ganz einfach. Klicken Sie auf den kleinen Link ganz oben auf meiner Eingangsseite, laden Sie Java herunter und installieren es.

Einen guten Überblick auf den Sternenhimmel erhalten Sie auch auf der Seite Astronomie, die Ihnen ebenfalls tagesgenau die Sterne über Ihnen präsentiert. Schauen Sie einfach einmal hinein.

Das Ende der Sonne

Zum Vergrößern bitte mit dem Mauszeiger über das Bild fahren.

Die Reihenfolge der Planeten, von der Sonne aus gesehen, kann man sich mit einer Eselsbrücke leicht merken:

“Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unsere neun Planeten”
Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun, Pluto

Der Sonne am nächsten befinden sich die inneren, erdähnlichen Planeten. Merkur ist der Sonne am nächsten mit einer Entfernung von 57.900.000 km (57,9 x 10⁶ km), unsere Erde mit 149,6 x 10⁶ km und der Mars mit 227,9 x 10⁶ km. Um eine Vorstellung von diesen riesigen Entfernungen zu vermitteln, stellen wir uns einmal vor, dass wir mit einem Auto “full speed” mit permanent 200 km/h von der Erde zur Sonne fahren würden. Das dauert dann fast 86 Jahre, unvorstellbar!
Die äußeren Planeten sind dann noch einmal deutlich entfernter von der Sonne: der gasförmige Jupiter  778,3 x 10⁶ km, Saturn 1429 x 10⁶ km, der Eisriese Uranus 2875 x 10⁶ km und  Neptun 4504 x 10⁶ km. Der Zwergplanet Pluto galt lange als der entfernteste Planet, bis er 2006 den Planeten-Status verlor.

Seit 1990 wurden tausende Objekte gefunden, die sich jenseits von Neptun im sog. Kuipergürtel bewegen und 4,5 - 7,5 Milliarden km von der Sonne entfernt sind. Der Kuipergürtel enthält eine Reihe von Zwergplaneten wie den Pluto, z.B. Eris, Makemake, Haumea, um nur einige zu nennen. Der Teilchenstrom der Sonne, der sog. Sonnenwind, weht bis zum Kuiper-gürtel nahezu ungehindert, jenseits des Gürtels verdichtet er sich und bildet die äußere Schale der Heliospähre. Darüber hinaus befindet sich die Oortsche Wolke. Man vermutet, dass durch den Einfluss der Gravitation vorbeiziehender Sterne aus dieser Wolke Körper herausgelöst werden, die dann als Kometen in das Innere unseres Sonnensystems wieder von den Planeten eingefangen werden oder aus dem Sonnensystem heraus katapultiert werden. Einige davon stürzen dann teilweise spektakulär sichtbar auf unsere Erde, einige verglühen in der Sonne.

Das unserer Sonne am nächsten gelegene Planetensystem ist Alpha Centauri mit einer Entfernung von 4,3 Lichtjahren, d.h. Licht, das uns von den Planeten innerhalb dieses Systems auf der Erde erreicht, ist bereits 4,3 Jahre lang unterwegs. Die Entfernung in km kann man kaum noch ausdrücken, denn das Licht legt bereits pro Sekunde rund 300.000 km zurück, das sind pro Jahr unglaubliche 9.460.800.000.000 km, also rund Neuneinhalb Billionen km/Jahr, insgesamt ist Alpha Centauri also rund 40,7 Billionen km von unserer Sonne entfernt. Hauptkomponenten von Alpha Centauri sind zwei sonnenähnliche Sterne, die von einem erdähnlichen Planeten umrundet werden. Dieser Planet braucht dazu 3.236 Tage und ist soweit entfernt von seinen Sonnen, dass er als nicht habitabel gilt, also als nicht für uns bewohnbar, da er kein Wasser speichern kann.

Der hellste und massereichste Stern in unserer Nachbarschaft ist Sirius mit ungefähr 2,2-facher Sonnenmasse. Er ist an unserem Nachthimmel gut zu erkennen. Ansonsten findet man keine weiteren Riesensterne in der Nachbarschaft unserer Sonne. Die nächstgelegenen roten Riesen sind dann erst wieder Pollux und Arcturus in rund 35 Lichtjahren Entfernung. Unsere Sonne selbst und auch wir sind Bestandteil eines Sternenhaufens, einer Galaxie. Sie ist mit mindestens 100 Milliarden Sternen ein Mitglied der Milchstraße, die einen Durchmesser von rund 100.000 Lichtjahren hat. Unser Sonnensystem befindet sich dabei zwischen zwei spiralförmigen Sternenkonzentrationen in einer lokalen Abzweigung, dem Orionarm. Die Lage der mittleren Bahnebene der Planeten des Sonnensystems entspricht nicht der Äquatorebene der Galaxis, sondern ist stark dagegen geneigt. Der nördliche Ekliptikpol liegt im Sternbild Drache, nur ca. 30° vom galaktischen Äquator entfernt, das ist das schimmernde Band in der Milchstraße. Die Ekliptik ist die scheinbare Bahn der Sonne vor den Fixsternen im Laufe eines Jahres, von der Erde aus gesehen. Tatsächlich resultiert die Ekliptik aus dem Umlauf der Erde um die Sonne.

Umlaufbahnen der Planeten

Die senkrechten Farbbalken stellen den Schwankungs-bereich der Umlaufbahnen dar.

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