Simulation des Meeresspiegelanstieges mit GIS
Unterrichtseinheit
Schülerinnen und Schüler der Jahrgangsstufen 9 und 10 simulieren mit dem kostenlosen GIS-Tool ArcExplorer den Anstieg des Meeresspiegels in verschiedenen Ländern und beurteilen die Folgen.Im Rahmen der Thematik "Stabilität und Instabilität der Natur" sollen im Geografieunterricht ausgewählte Klimaprobleme thematisiert werden. Dafür bietet sich zum Beispiel der drohende globale Anstieg des Meeresspiegels aufgrund des Treibhauseffektes an. Welche Auswirkungen hat das rasante Abschmelzen der Gletscher auf die Höhe des Meeresspiegels? Welche weiteren Ursachen können zu einem Anstieg des Meeresspiegels führen? Und was bedeutet es wiederum für bestimmte Länder oder Regionen, wenn der Meeresspiegel um einen bestimmten Wert steigt? In den nächsten Jahrzehnten wird die globale Temperatur weiter steigen, was die Zunahme extremer Wetterlagen zur Folge haben wird. Der Anstieg des Meeresspiegels vollzieht sich im Rahmen dieser Entwicklung sehr langsam, viele Presseberichte sind übertrieben. Es gibt auf der Erde jedoch Regionen, für die schon ein Anstieg um einige Dezimeter dramatische Auswirkungen haben würde. Diese werden im Rahmen dieser Unterrichtseinheit mithilfe von GIS untersucht. Das hier vorgestellte Projekt wurde vom Ministerium für Bildung, Jugend und Sport des Landes Brandenburg gefördert. Der programmtechnische Teil wurde dabei von der LiveMap GmbH umgesetzt.GIS - Geografische Informationssysteme - spielen in vielen Betrieben und Behörden eine immer größere Rolle. Jeder, der Planungsaufgaben unter einem räumlichen Aspekt bearbeitet, wird GIS schnell als ein effektives Werkzeug kennen lernen. Dabei liefert GIS wesentlich mehr als nur mit dem Computer erzeugte Karten. Eine Karte ist statisch, GIS ist dynamisch! Durch das Konzept der unterschiedlichen Schichten (Layer) kann die Komplexität der Darstellung leicht an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden. Herein- und Herauszoomen sind problemlos möglich. Integrierte Datenbankfunktionen ermöglichen es, in Sekundenschnelle Antworten auf komplexe Sachverhalte zu bekommen und diese zu visualisieren. Die Bedeutung von GIS sollte deshalb schon in der Schule vermittelt werden. Entsprechende Software steht zum Teil kostenlos zur Verfügung oder ist über Schulbuchverlage zu erhalten (Diercke-GIS der Westermann Schulbuchverlag GmbH). Alle hier vorgestellten GIS-Projekte wurden mit dem ArcView GIS der ESRI Geoinformatik GmbH erstellt und lassen sich mit dem kostenlosen ArcExplorer im Unterricht bearbeiten. Vorausgesetzt werden grundlegende Fertigkeiten im Umgang mit dem GIS-Tool ArcExplorer. In dem nachfolgend skizzierten Unterrichtsverlauf finden Sie eine bewährte Gliederung der Thematik. Allgemeines zur Arbeit mit dem ArcExplorer Das kostenfreie Tool ArcExplorer bietet in Kombination mit einer Einzelplatzlizenz von Diercke GIS oder ArcView die Möglichkeit, Lernende günstig an die Arbeit mit GIS heranzuführen. Unterrichtsverlauf, 1. Stunde Einstieg mit Vorträgen, einem Arbeitsblatt und Informationen zu den Themen Gletscherschwund und Meeresspiegelanstieg aus dem Internet. Unterrichtsverlauf, 2. und 3. Stunde Simulationen des Meeresspiegelanstieges mit GIS. Hier finden Sie auch Screenshots, die Ergebnisbeispiele der Simulationen zeigen. Arbeitsaufträge und Daten Muster-Arbeitsblatt, Datensätze, mit denen die Erhöhung des Meerespiegels in verschiedenen Ländern und Regionen simuliert werden kann, Hinweise zum ArcExplorer - auch und gerade für "GIS-Neulinge"! Die Schülerinnen und Schüler sollen den dramatischen Rückgang der Gletscher weltweit und besonders im Alpenraum aufgrund des globalen Temperaturanstieges erkennen. die Kausalkette Abschmelzen der Gletscher, Eintrag von Süßwasser ins Meer, Anstieg des Meeresspiegels, Überflutung flacher Küstenbereiche erkennen. das Ausmaß und den Zeitraum des Meeresspiegelanstieges erkennen und sich kritisch mit Medienaussagen auseinandersetzen. mithilfe eines GIS den Anstieg des Meeresspiegels simulieren und die Folgen beurteilen. Thema Simulation des Meeresspiegelanstieges mit GIS Autor Ralf Schollbach Fach Geographie Zielgruppe Klasse 9/10 Zeitraum 3-4 Stunden (ohne Einführung in das GIS-Tool) Technische Voraussetzungen Computer mit mind. 200 Mhz-CPU, ein Rechner pro 1-2 Lernende, Internet Software ArcExplorer der ESRI Geoinformatik GmbH (kostenloser Download) Planung Verlaufsplan Meeresspiegelanstieg mit GIS der Unterrichtseinheit Wegen des großen Datenvolumens der GIS-Projekte (Deutschland, Niederlande, Bangladesh, Bahamas, Brasilien) bieten wir diese unter Arbeitsmaterialien nur einzeln zum Download an. Die langfristigen Messungen der globalen Temperatur der Erde führten zu der Erkenntnis, dass sich der Treibhauseffekt verstärkt und die Temperaturen weiter ansteigen werden. Dabei herrscht noch Unklarheit über den Grad des Einflusses menschlicher Aktivitäten. Während einige Wissenschaftler davon ausgehen, dass der Verbrauch fossiler Brennstoffe und der damit verbundene massive Eintrag von Kohlendioxid in die Atmosphäre in den letzten 200 Jahren die Hauptursache für die Verstärkung des Treibhauseffekts sei, behaupten andere, dass der Mensch nur einen geringen Anteil habe und natürliche Prozesse, zum Beispiel eine schwankende Sonnenaktivität, zum globalen Temperaturanstieg führen würden. Diese Problematik bietet sicher interessanten Diskussionsstoff, zum Beispiel für den Unterricht in politischen Bildung, soll aber hier nicht weiter behandelt werden. Tatsache ist, dass in den nächsten Jahrzehnten die globale Temperatur weiter steigen wird, selbst bei sofortigem Stopp des Kohlendioxid-Ausstoßes. Diese Erwärmung hat vielfältige Auswirkungen, so zum Beispiel die Zunahme extremer Wetterlagen und Witterungserscheinungen, wie Stürme, Hochwasser oder Dürren. Eine weitere Auswirkung ist das beschleunigte und gut sichtbare Abschmelzen von Gletschern und ein damit verbundener Meeresspiegelanstieg. Die Materialien des Gletscherarchivs (PDF-Downloads unter "Informationen") verdeutlichen zum Beispiel, mit welcher Geschwindigkeit die Alpengletscher verschwinden. Im Jahr 2050 wird es die meisten Gletscher dort nicht mehr geben. Daraus ergeben sich folgende Fragen: Welche Auswirkungen hat das rasante Abschmelzen auf die Höhe des Meeresspiegels? Welche weiteren Ursachen können zu einem Anstieg des Meeresspiegels führen? Und was bedeutet es wiederum für bestimmte Länder oder Regionen, wenn der Meeresspiegel um einen bestimmten Wert steigt? Auf den Seiten des Hamburger Bildungsservers hat Dieter Kasang Ursachen und Auswirkungen eines Meeresspiegelanstieges ausführlich dargestellt. Die wichtigsten Erkenntnisse hier in Kurzform: Für die Veränderung des Meeresspiegelniveaus gibt es zwei Ursachen: Die Veränderung von Form und Volumen der Meeresbecken, zum Beispiel durch Sedimentation oder plattentektonische Prozesse - diese sind eher langfristig. Die zweite Ursache ist die Veränderung des Wasservolumens durch Veränderung des Wasser-Eis-Verhältnisses oder durch Ausdehnen oder Zusammenziehen des flüssigen Wassers aufgrund von Temperaturänderungen - diese Vorgänge laufen verhältnismäßig kurzfristig ab. Nach Modellsimulationen betrug die thermale Expansion des Ozeans im 20. Jahrhundert 0,3-0,7 Millimeter pro Jahr mit einer steigenden Tendenz auf 0,6-1,1 Millimeter in den letzten Jahrzehnten. Das Abschmelzen von Gebirgsgletschern trug im 20. Jahrhundert möglicherweise zu einem Meeresspiegelanstieg von 2-5 Zentimetern bei. Das weltweit in Gletschern und kleineren Eiskappen (ohne Grönland und Antarktis) gebundene Wasser entspräche beim Schmelzen einer Anhebung des Meeresspiegels um 51 Zentimeter. Der Einfluss der Alpengletscher auf den Meeresspiegelanstieg ist verschwindend gering. In der Antarktis übertrifft die Akkumulation den Massenverlust um 10 Prozent, was eine Absenkung des Meeresspiegels um 0,5 Millimeter pro Jahr zur Folge hat. Bis zum Ende des 21. Jahrhunderts ist mit einem Anstieg von 40-70 Zentimetern auszugehen. blau: Beitrag durch das Abschmelzen von Gletschern grün: Grönlandeis rot: beide Vorgänge zusammen durchgezogen: Daten nur unter Berücksichtigung der Zunahme der Treibhausgase nach dem IPCC-Szenarium IS92a gestrichelt: unter zusätzlicher Berücksichtigung der Sulfataerosole Nicht berücksichtigt sind der Beitrag der thermalen Expansion des Meerwassers (20-37 cm) und der Massenzunahme des antarktischen Eisschildes (etwa -8 cm). Der dunkelgraue Sektor zeigt den Bereich der Mittelwerte für alle 35 SRES Szenarienrechnungen, der hellgraue zeigt die Spannweite der Szenarienrechnungen, die obere und untere Grenzlinie zeigen die Extreme unter Berücksichtigung der Unsicherheiten in Bezug auf die Veränderungen von Landeis, Permafrost und Sedimentation. In den Balken am Rand sind die entsprechenden Unsicherheitsbereiche für die einzelnen Szenarien angegeben. Bei einer Temperaturerhöhung um 8 Grad Celsius würde der grönländische Eisschild bis zum Jahr 3500 abgeschmolzen sein und eine Erhöhung des Meeresspiegels um etwa 7,20 Meter verursachen. Sollten sämtliche im Moment in Form von Eis gebundenen Wassermassen dem Meerwasser hinzugefügt werden, hätte das einen globalen Meeresspiegelanstieg von fast 80 Metern zur Folge, wovon etwa 71,5 Meter durch das antarktische Inlandeis, 6,9 Meter durch grönländisches Inlandeis und nur etwa 0,5 Meter durch alle übrigen Gletscher verursacht werden (Quelle: Marcinek, Joachim: Droht eine nächste Kaltzeit?; Urania Verlag Leipzig; 1982; S.12). So dramatisch das Verschwinden der Alpengletscher ist, der Beitrag zur Meeresspiegelerhöhung kann vernachlässigt werden. Der Anstieg des Meeresspiegels vollzieht sich sehr langsam, etwa 0,5 Meter in den nächsten 100 und 3-6 Meter in den nächsten 1.000 Jahren. Insofern sind zahlreiche Medienberichte kritisch zu betrachten (das Titelbild des "Spiegel" Ausgabe 44/1986 zeigt zum Beispiel eine Fotomontage, auf der der Kölner Dom zu einem Drittel im Meer versunken ist). Es gibt auf der Erde jedoch Regionen, für die schon ein Meeresspiegelanstieg um einige Dezimeter dramatische Auswirkungen haben wird. Hinzu kommt, dass mit einem höheren Meeresspiegel auch die Gefahr von Sturmfluten und Überschwemmungen zunimmt. Diese Regionen sollen im Rahmen dieser Unterrichtseinheit mithilfe von GIS untersucht werden. Gletscherschwund in den Alpen Als Einstieg werden Zeitschriftenartikel (zum Beispiel "Der Spiegel", 44/1986; das Titelbild zeigt eine Fotomontage, auf der der Kölner Dom zu einem Drittel im Meer versunken ist) oder Fotos aus dem Bildmaterial der Gletscherarchiv-Website vorgestellt, um das Problem zu verdeutlichen (Lehrervortrag oder ein vorher vergebener Schülervortrag; siehe auch Fachlicher Kommentar ). Gletscherarchiv Das Gletscherarchiv bietet eine alpenweite Dokumentation von Gletschervergleichen. Unter ?Informationen? können Sie eine Zusammenfassung mit einer Fotodokumentation als PDF herunterladen. Gletscherschwund in den Alpen Als Einstieg werden Zeitschriftenartikel (zum Beispiel "Der Spiegel", 44/1986; das Titelbild zeigt eine Fotomontage, auf der der Kölner Dom zu einem Drittel im Meer versunken ist) oder Fotos aus dem Bildmaterial der Gletscherarchiv-Website vorgestellt, um das Problem zu verdeutlichen (Lehrervortrag oder ein vorher vergebener Schülervortrag; siehe auch Fachlicher Kommentar ). Gletscherarchiv Das Gletscherarchiv bietet eine alpenweite Dokumentation von Gletschervergleichen. Unter ?Informationen? können Sie eine Zusammenfassung mit einer Fotodokumentation als PDF herunterladen. Die Schülerinnen und Schüler arbeiten das Gletscherarchiv-Material (PDF-Download "Kurzfassung") durch und erkennen das Ausmaß und die Geschwindigkeit der Gletscherschmelze in den Alpen. Alternativ oder zusätzlich kann das Arbeitsblatt zum Gletscherschwund zum Einsatz kommen. Erkenntnis: Die Gletscher schmelzen, der Meeresspiegel steigt. Daraus lassen sich weitere Fragen ableiten: Welchen Anteil haben die Alpengletscher am globalen Meeresspiegelanstieg? Wo gibt es noch Eismassen, die zum Meerespiegelanstieg beitragen können? In welchem Zeitraum erfolgt eine Änderung des Meeresspiegels? In welchem Ausmaß erfolgt diese? Der Anstieg des Meeresspiegels Mithilfe des Klimainformationsmaterials vom Hamburger Bildungsserver beantworten die Schülerinnen und Schüler diese Fragen in Gruppenarbeit und stellen die Ergebnisse am Stundenende vor. Das letzte Thema, "Folgen für Küstenzonen und Inselstaaten", soll noch nicht bearbeitet werden, da die Lernenden die dort dargestellten Erkenntnisse zum Teil später noch selbst erarbeiten sollen. Mithilfe von GIS wird simuliert, wie sich ein Anstieg des Meeresspiegels um einen bestimmten Betrag auf die Küstenlinie und die Verteilung von Land und Meer auswirkt. Dazu werden vorbereitete GIS-Projekte angeboten, die von den Schülerinnen und Schülern untersucht werden. Die Projekte wurden sämtlich mit dem ArcView GIS der ESRI Geoinformatik GmbH erstellt und lassen sich mit dem kostenlosen ArcExplorer im Unterricht einsetzen. Als Vergleichsmöglichkeit und unter dem Aspekt des Heimatbezuges wird der Meeresspiegelanstieg am Beispiel von Deutschland durch Hinzuschalten der entsprechenden Layer simuliert. Die Veränderung der Küstenlinien an der Nordsee und das Eindringen des Wassers bis in den Oderbruchraum sind deutlich erkennbar. Durch die Möglichkeit der stufenlosen Maßstabsänderung sind genauere Darstellungen und Untersuchungen einzelner Gebiete möglich, hier zum Beispiel des Küstenraumes um Rügen und Usedom. Aussagen zu den Auswirkungen auf die Bevölkerung sind durch Zuschaltung des Layers "Bevölkerungsdichte" und anschließender Simulation des Meeresspiegelanstiegs durch die Zuschaltung einzelner Layer möglich (siehe Abb. 2). Mithilfe des GIS-Tools können somit Antworten auf folgende Fragen gefunden werden: Gibt es Regionen in Deutschland, die von einer Erhöhung des Meeresspiegels um einen, zwei oder drei Meter betroffen wären? Liegen Städte in den betroffenen Gebieten? Wie hoch ist die Bevölkerungsdichte in diesen Regionen? Welche Maßnahmen müssen ergriffen werden? Auf der Basis einer Höhenschichtenkarte (Atlas oder GIS) werden weitere Regionen gesucht, in denen ein Meeresspiegelanstieg Folgen hätte. Je nach den GIS-Projekten, die bearbeitet werden sollen, werden Gruppen gebildet und Aufträge für die 3. Stunde erteilt. Jede Gruppe untersucht eine Region, simuliert den Meeresspiegelanstieg, trifft Aussagen zur Besiedlung und stellt ihre Arbeitsergebnisse den Mitschülerinnen und Mitschülern anschließend vor (Präsentation eventuell auch als Hausarbeit). Im Fall der Niederlande wird zum Beispiel die hohe Gefahr durch eine mögliche Meeresspiegelerhöhung nicht nur durch den sehr großen Flächenverlust deutlich, sondern auch durch die Gefährdung der Bevölkerung (Abb. 2). Allerdings wurde bei den Niederlanden ein wenig "geschummelt": Bereits jetzt liegen dort große Landesteile unter dem Meeresspiegel. Diese wurden auf die Höhe Null "angehoben" und so als zum Land gehörig definiert. Bei einer Erhöhung des Meeresspiegels um einen Meter werden sie sofort überflutet, obwohl die Deiche natürlich höher sind. Dies relativiert die entsprechenden Karten wieder und kann mit den Schülerinnen Schülern diskutiert werden - im Zusammenhang mit Bangladesh zum Beispiel unter dem Aspekt "Wie geht ein Industrieland und ein Entwicklungsland mit der Gefahr um?" Die Größe der Gruppen sollte bei drei bis vier Lernenden liegen, je nach Klassengröße können die Themen auch parallel von je zwei Gruppen bearbeitet werden. Zur Interpretation sollen weitere Materialien genutzt (Atlas, Lehrbuch, Lexikon, Bücher zur Landeskunde, Internet) und folgende Erkenntnisse als Gesamtergebnis gewonnen werden: Aufgrund unterschiedlicher topografischer Gegebenheiten hat ein Anstieg des Meeresspiegels unterschiedliche Auswirkungen auf einzelne Länder und Regionen. Probleme können sowohl in Industrie- als auch in Entwicklungsländern auftreten. Allerdings ist die Gefahr in den Industrieländern nicht so dramatisch. Zum einen stehen dort weit mehr Mittel bereit, um dem Problem mit moderner Technik zu begegnen, zum anderen sind Bevölkerungsdichte und Geburtenrate nicht so problematisch. Von einem Meeresspiegelanstieg bedrohte Gebiete finden sich häufig in den Deltamündungen großer Flüsse (Ganges/Brahmaputra, Mekong, Nil). Gerade dies sind auch die Gebiete, in denen eine hohe Bevölkerungsdichte herrscht. Offenbar wird die Gefahr eines Meeresspiegelanstieges durch die günstigen Bedingungen in Flussdeltas (fruchtbarer Boden durch regelmäßige Überschwemmungen) verdrängt. Dieses Problem wird durch die Bevölkerungsexplosion und die verzweifelte Suche nach Ackerland noch verstärkt. Das hier zum Download angebotene Arbeitsblatt bezieht sich auf das GIS-Projekt zur Simulation des Meeresspiegelanstiegs in Bangladesh. Die Aufgabenstellung kann auf alle Projekte übertragen werden. Alle hier zum Download angeboten GIS-Projekte wurden mit dem ArcView GIS der ESRI Geoinformatik GmbH erstellt und in das ArcExplorer-Dateiformat (AEP) umgewandelt. Mit diesem kostenlosen Tool können sie im Unterricht eingesetzt werden. Vorausgesetzt werden grundlegende Fertigkeiten im Umgang mit dem ArcExplorer (siehe unten). In dem Ordner "Welt" befinden sich GIS-Daten, die für alle Länderprojekten benötigt werden (Städte, Umrisse der Ozeane). Soll mit nur einem Länderprojekt gearbeitet werden, dann muss der Ordner "Welt" mit zur Verfügung gestellt werden und auch auf der gleichen Ebene wie der jeweilige Länderordner liegen. Da die Datenpakete recht groß sind, sollten Sie sich - je nach Internetverbindung - auf eine längere Downloadzeit einrichten.