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225.Письменный перевод аннотирование и реферирование немецкого текста по специальности для студентов факультета биологии и экологии

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Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова
Кафедра иностранных языков
Письменный перевод, аннотирование
и реферирование немецкого текста
по специальности для студентов
факультета биологии и экологии
Методические указания
Рекомендовано
Научно-методическим советом университета для студентов,
обучающихся по специальностям Биология,
Прикладная информатика в химии
и направлению Экология и природопользование
Ярославль 2009
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 81:51
ББК Ш 143.24я73
П 35
Рекомендовано
Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного издания. План 2009 года
Рецензент
кафедра иностранных языков Ярославского государственного
университета им. П. Г. Демидова
Составители:
Е. А. Зеленкова, ст. преподаватель, зав. секцией немецкого языка,
Т. Н. Фомина, канд. филол. наук, доцент кафедры ин. языков
П 35
Письменный перевод, аннотирование и реферирование немецкого текста по специальности для студентов факультета
биологии и экологии: метод. указания / сост. Е. А. Зеленкова,
Т. Н. Фомина; Яросл. гос. ун-т им. П. Г. Демидова. – Ярославль :
ЯрГУ, 2009. – 44 с.
Методические указания окажут помощь при подготовке к сдаче экзамена по немецкому языку. Получая необходимые знания и
умения работы с аутентичными текстами по специальности, обучающиеся вырабатывают твёрдые навыки перевода, аннотирования, реферирования, передачи содержания и обсуждения немецких специальных текстов.
Предназначены для студентов, обучающихся по специальностям 020201 Биология, 080801 Прикладная информатика в химии
и направлению 020800 Экология и природопользование (дисциплина «Немецкий язык», блок ГСЭ), очной формы обучения.
УДК 81:51
ББК Ш 143.24я73
© Ярославский государственный
университет им. П. Г. Демидова, 2009
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Контрольные задания
по каждому отдельному тексту (теме)
1) Прочитать текст вслух;
2) перевести его, выписать все незнакомые слова в словарную тетрадь, включая и служебную лексику.
Для всех специальностей:
– выписать в специальный словник: термины вашей науки,
общенаучную лексику (не менее 25–30 единиц по каждой теме),
выучить эти слова;
– составить вопросник по теме (от 12 до 20 вопросов) на немецком языке, т. е. вопросы должны иметь систему;
– дать письменные (краткие, полные) ответы на данные вопросы, составив, таким образом, пересказ текста как темы.
1. Биология
Темы:
– биология (история биологии);
– отрасли биологии (ботаника, зоология, микробиология);
– отрасли биологии (физиология, психобиология, экология);
– методы исследования биологии;
– сферы применения биологии;
– музеи природоведения.
2. Экология
Темы:
– экология (история экологии);
– отрасли экологии (коротко обо всех);
– защита окружающей среды (проблемы);
– из истории экологии (от античности до нашего времени);
– экологическая политика в Германии и России в международном масштабе.
3. Химия
– химия (история, понятия);
– органическая химия;
– неорганическая химия;
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– физическая химия, биохимия, аналитическая химия;
– экономическое значение химии, химия в быту.
Требования к зачету (для студентов
всех специальностей очного обучения
факультета биологии и экологии)
1. Сдача пройденных тем по специальности (пересказ понемецки, вопросы-ответы).
2. Предъявление словников и отчета по знанию специальной
лексики (ответ, контрольный диктант).
3. Сдача норм индивидуального чтения:
1 семестр – 10 тыс. п. з.
2 семестр – 12 тыс. п. з.
3 семестр – 15 тыс. п. з.
4 семестр – 20 тыс. п. з.
4. Предоставление для контроля (или защита) реферата по
индивидуальному чтению на немецком языке.
Объем – 3 семестр 2,5–3 тыс. п. з.
4 семестр 3–3,5 тыс. п. з.
5. Контрольная работа по грамматике (1, 2 семестр) или
письменный перевод специального текста со словарем (3, 4 семестр).
Объем – 1,8–2 тыс. п. з. за 60 мин.
Требования к экзамену (для всех
специальностей)
Допуск к экзамену студенты получают при наличии сданных
зачетов, составлении словарных тетрадей и двух рефератов по
индивидуальному чтению за 3 и 4 семестр.
Экзамен состоит из следующих этапов:
1. Передача на русском или иностранном языке содержания
прослушанного дважды общенаучного или специального текста
(Объём звучания 1,5–2 мин.) Возможна текстовая письменная
проверка прослушанного.
2. Письменный перевод со словарем специального текста.
Объём 1,8–2 тыс. п. з. за 60 мин.
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3. Передача на русском или иностранном языке содержания
специального текста без словаря. Объем – 1,5–1,8 тыс. п. з., время
на подготовку 20–30 мин. Ответы на вопросы преподавателя по
данному тексту.
Беседа по одной из пройденных за все время обучения специальных тем (без подготовки).
Дополнительно студенты должны уметь рассказать
– о себе (биография и студенческая жизнь),
– о своем университете,
– о своем факультете,
– об одной из проблем своей специальности (на базе индивидуального чтения),
– биографию ученого по изучаемой отрасли науки.
Kapitel 1
Biologie
Biologie (griechisch βίος bios, „Leben“ und griechisch λόγος logos, „Lehre“) ist die Naturwissenschaft, die sich mit allgemeinen Gesetzmäßigkeiten des Lebendigen, aber auch mit den speziellen Besonderheiten der Lebewesen, ihrer Organisation und Entwicklung sowie
ihren vielfältigen Strukturen und Prozessen befasst.
Die Biologie ist eine äußerst umfassende Wissenschaft, die sich in
viele Fachgebiete unterteilen lässt. Zu den auf Allgemeinheit ausgerichteten Teilgebieten der Biologie gehören insbesondere die Theoretische Biologie, allgemeine Zoologie, allgemeine Botanik, aber auch
Physiologie, Biochemie und Ökologie. In neuerer Zeit haben sich infolge der fließenden Übergänge in andere Wissenschaftsbereiche (z.B.
Medizin und Psychologie) sowie des vielfach stark interdisziplinären
Charakters der Forschung auch die Begriffe Biowissenschaften, Life
Sciences und Lebenswissenschaften etabliert.
Die Betrachtungsebenen der Biologen reichen von Molekülstrukturen über Organellen, Zellen, Zellverbände, Gewebe und Organe zu
komplexen Organismen. In größeren Zusammenhängen wird das Ver5
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halten einzelner Organismen sowie ihr Zusammenspiel mit anderen
und ihrer Umwelt untersucht.
Die Ausbildung von Biologen erfolgt an den Hochschulen im
Rahmen eines Biologiestudiums.
Geschichte
Die Lehre vom Leben wurde bereits 600 v. Chr. von Thales von
Milet entwickelt, der damals unter anderem glaubte, dass das Leben
aus dem Wasser komme. Von der Antike bis ins Mittelalter beruhte
die Biologie hauptsächlich auf Beobachtungen der Natur. In die Interpretation flossen häufig Dinge wie die Kraft der Elemente oder verschiedene spirituelle Ansätze ein, so auch der religiöse Schöpfungsmythos in der biblischen Genesis. Hierbei wird ein sorgfältig geformter Kloß Lehm (adam) mit dem „göttlichen Odem“ behaucht – und
also ward er eine lebendige Seele. (Näheres zu der damit verbunden
Problematik siehe Leben.)
Erst mit Beginn der wissenschaftlichen Revolution begann man
sich vom Übernatürlichen zu lösen und beschrieb Fakten. Im 16. Jahrhundert und im 17. Jahrhundert erweiterte sich das Wissen über die
Anatomie durch die Wiederaufnahme von Sektionen und neue Erfindungen, wie das Mikroskop, enorm. Die Entwicklung der Chemie
brachte auch in der Biologie Fortschritte. Experimente, die zur Entdeckung von molekularen Lebensvorgängen wie der Fermentation und
der Photosynthese führten, wurden möglich. Im 19. Jahrhundert wurden die Grundsteine für zwei große neue Wissenschaftszweige der
Naturforschung gelegt: Gregor Mendels Arbeiten an Pflanzenkreuzungen begründeten die Vererbungslehre und spätere Genetik und
Werke von Jean-Baptiste de Lamarck, Charles Darwin und Alfred
Russel Wallace beschrieben die Evolutionstheorie.
Der Begriff Biologie selbst, im modernen Sinne verwendet,
scheint mehrfach unabhängig voneinander eingeführt worden zu sein.
Gottfried Reinhold Treviranus (Biologie oder Philosophie der lebenden Natur, 1802) und Jean-Baptiste Lamarck (Hydrogéologie, 1802)
verwendeten und definierten ihn erstmals. Das Wort selbst wurde
schon 1797 von Theodor Gustav August Roose im Vorwort seiner
Schrift Grundzüge der Lehre von der Lebenskraft verwendet und
taucht im Titel des dritten Bands von Michael Christoph Hanows
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Philosophiae naturalis sive physicae dogmaticae: Geologia, biologia,
phytologia generalis et dendrologia von 1766 auf. Zu den Ersten, die
den Begriff der Biologie in einem umfassenden Sinn prägten, gehörte
der deutsche Anatom und Physiologe Karl Friedrich Burdach.
Mit der Weiterentwicklung der Untersuchungsmethoden drang
die Biologie in immer kleinere Dimensionen vor. Im 20. Jahrhundert
kamen die Teilgebiete Physiologie und Molekularbiologie zur Entfaltung. Grundlegende Strukturen wie die DNA, Enzyme,
Membransysteme und die gesamte Maschinerie der Zelle können seitdem auf atomarer Ebene sichtbar gemacht und in ihrer Funktion genauer untersucht werden. Zugleich gewann die Bewertung von Datenerhebungen mit Hilfe statistischer Methoden immer größere Bedeutung und verdrängte die zunehmend als bloß anekdotisch empfundene
Beschreibung von Einzelphänomenen. Als Zweig der Theoretischen
Biologie begann sich seit den 20er Jahren des 20. Jahrhunderts zudem
eine Mathematische Biologie zu etablieren.
Ebenfalls seit dem Ende des 20. Jahrhunderts entwickeln sich aus
der Biologie neue angewandte Disziplinen: Beispielsweise ergänzt die
Gentechnik unter anderem die klassischen Methoden der Tier und
Pflanzenzucht und eröffnet zusätzliche Möglichkeiten, die Umwelt
den menschlichen Bedürfnissen anzupassen.
Die praktische Biologie und Medizin gehörten zu den Disziplinen, in denen im Deutschen Reich noch Ende des 19. Jhs. im Vergleich mit anderen Disziplinen am vehementesten Gegenwehr gegen
die Zulassung von Frauen geübt wurde. So versuchten u.a. E.
Huschke, C. Vogt, P. J. Möbius und T. L. W. von Bischoff die geistige Inferiorität von Frauen nachzuweisen, um deren Zulassung zum
Studium zu verhindern. Hingegen waren die beschreibenden biologischen Naturwissenschaften (aber auch andere beschreibende Naturwissenschaften wie Physik und Mathematik) weiter. Hier zeigten sich
die noch ausschließlich männlichen Lehrenden in einer Studie A.
Kirchhoffs (1897) zumeist offen für die Zulassung von Frauen zum
Studium. Mittlerweile ist der Anteil von Frauen und Männern, die das
Studium der Biologie beginnen gleich; auch in prestigeträchtigeren
und gut bezahlten Positionen nimmt langsam der Anteil von Frauen in
der Biologie zu (bei Professuren liegt er derzeit bei knapp 15 %).
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Meilensteine der Biologie
• 600 v. Chr. Thales von Milet – stellt die erste Theorie zur Entstehung des Lebens auf
• 350 v. Chr. Aristoteles – diverse Schriften zur Zoologie
• 70–50 v. Chr. Plinius – veröffentlicht die 37-bändige Historia
Naturalis zur Botanik und Zoologie
• 1665 Hooke – Beschreibung von Zellen in Korkgewebe
• 1683 van Leeuwenhoek – entdeckt Bakterien, Einzeller, Blutzellen und Spermien durch Mikroskopie
• 1758 Linné – entwickelt die bis heute gültige Taxonomie im
Tier– und Pflanzenreich
• 1839 Schwann und Schleiden – Begründer der Zelltheorie
• 1858 Darwin (1842, unveröffentlicht) und Wallace – begründen
unabhängig voneinander die Evolutionstheorie
• 1866 Mendel – Arbeiten über Versuche mit Pflanzenhybriden
begründen die Genetik
• 1925 mit der Aufstellung der Lotka-Volterra-Gleichungen beginnt das Zeitalter der mathematischen Biologie
• 1944 Oswald Avery zeigt, dass DNA und nicht, wie vorher
vermutet, Proteine der Träger der Erbinformationen ist
• 1950 Barbara McClintock veröffentlicht ihre (lange Zeit nicht
anerkannte) Entdeckung von beweglichen Elementen in der Erbmasse
(Transposons). Heute bildet ihre Entdeckung die Grundlage gentechnologischer Verfahren
• 1952 Alan Lloyd Hodgkin und Andrew Fielding Huxley stellen
die Grundgleichungen der Elektrophysiologie auf
• 1953 James D. Watson und Francis Crick veröffentlichen die
Doppelhelixstruktur der DNA (wichtigen Anteil an der Strukturaufklärung hatten dabei auch Rosalind Franklin und Maurice Wilkins [6]
• 1983 Kary Mullis erfindet die Polymerase-Kettenreaktion
(PCR). DNA-Moleküle können fortan im Labor millionenfach vervielfältigt werden
• 1990 Beginn der Erforschung des menschlichen Erbguts durch
das Human-Genom-Projekt
• 2003 Abschluss des Human-Genom-Projekts
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Einteilung der Fachgebiete
Fachsystematik der Biologie
Die Biologie als Wissenschaft lässt sich durch die Vielzahl von
Lebewesen, Untersuchungstechniken und Fragestellungen nach verschiedenen Kriterien in Teilbereiche untergliedern: Zum einen kann
die Fachrichtungen nach den jeweils betrachteten Organismengruppen
(Pflanzen in der Botanik, Bakterien in der Mikrobiologie) eingeteilt
werden. Andererseits kann sie auch anhand der bearbeiteten mikro–
und makroskopischen Hierarchie-Ebenen (Molekülstrukturen in der
Molekularbiologie, Zellen in der Zellbiologie) geordnet werden.
Die verschiedenen Systeme überschneiden sich jedoch, da beispielsweise die Genetik viele Organismengruppen betrachtet und in
der Zoologie sowohl die molekulare Ebene der Tiere als auch ihr Verhalten untereinander erforscht wird. Die Abbildung zeigt in kompakter
Form eine Ordnung, die beide Systeme miteinander verbindet.
Im Folgenden wird ein Überblick über die verschiedenen Hierarchie-Ebenen und die zugehörigen Gegenstände der Biologie gegeben.
In seiner Einteilung orientiert er sich an der Abbildung. Beispielhaft
sind Fachgebiete aufgeführt, die vornehmlich die jeweilige Ebene betrachten.
Botanik
Die Botanik ging aus der Heilpflanzenkunde hervor und beschäftigt sich vor allem mit dem Bau, der Stammesgeschichte, der Verbreitung und dem Stoffwechsel der Pflanzen.
Zoologie
Die Zoologie beschäftigt sich vor allem mit dem Bau, der Stammesgeschichte, der Verbreitung und den Lebensäußerungen der Tiere.
Molekularbiologie
Die grundlegende Stufe der Hierarchie bildet die Molekularbiologie. Sie ist jene biologische Teildisziplin, die sich mit Molekülen in
lebenden Systemen beschäftigt. Zu den biologisch wichtigen Mole9
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külklassen gehören Nukleinsäuren, Proteine, Kohlenhydrate und Lipide.
Die Nukleinsäuren DNA und RNA sind als Speicher der Erbinformation ein wichtiges Objekt der Forschung. Es werden die verschiedenen Gene und ihre Regulation entschlüsselt sowie die darin
codierten Proteine untersucht. Eine weitere große Bedeutung kommt
den Proteinen zu. Sie sind z. B. in Form von Enzymen als biologische
Katalysatoren für beinahe alle stoffumsetzenden Reaktionen in Lebewesen verantwortlich. Neben den aufgeführten Gruppen gibt es noch
viele weitere, wie Alkaloide, Terpene und Steroide. Allen gemeinsam
ist ein Grundgerüst aus Kohlenstoff, Wasserstoff und oft auch Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel. Auch Metalle spielen in sehr geringen
Mengen in manchen Biomolekülen (z. B. Chlorophyll oder Hämoglobin) eine Rolle.
Biologische Disziplinen, die sich auf dieser Ebene beschäftigen,
sind:
• Biochemie,
• Molekularbiologie,
• Genetik und Epigenetik (DNA-unabhängige Vererbung von
Merkmalen),
Pharmazeutische Biologie und Toxikologie.
Zellbiologie (Cytologie)
Zellen sind grundlegende strukturelle und funktionelle Einheiten
von Lebewesen. Man unterscheidet zwischen prokaryotischen Zellen,
die keinen Zellkern besitzen und wenig untergliedert sind, und
eukaryotischen Zellen, deren Erbinformation sich in einem Zellkern
befindet und die verschiedene Zellorganellen enthalten. Zellorganellen
sind durch einfache oder doppelte Membranen abgegrenzte Reaktionsräume innerhalb einer Zelle. Sie ermöglichen den gleichzeitigen Ablauf verschiedener, auch entgegengesetzter chemischer Reaktionen.
Einen großen Teil der belebten Welt stellen Organismen, die nur aus
einer Zelle bestehen, die Einzeller. Sie können dabei aus einer
prokaryotischen Zelle bestehen (die Bakterien), oder aus einer
eukaryotischen (wie manche Pilze).
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In mehrzelligen Organismen schließen sich viele Zellen gleicher
Bauart und mit gleicher Funktion zu Geweben zusammen. Mehrere
Gewebe mit Funktionen, die ineinandergreifen, bilden ein Organ.
Biologische Disziplinen, vornehmlich auf dieser Ebene (Beispiele):
• Zellbiologie, Zellphysiologie
• Mykologie, Mikrobiologie, Protozoologie, Phykologie
• Immunologie, Infektionsbiologie, Neurobiologie
• Histologie, Anatomie
Entwicklungsbiologie
Jedes Lebewesen ist Resultat einer Entwicklung. Nach Ernst Haeckel lässt sich diese Entwicklung auf zwei zeitlich unterschiedlichen
Ebenen betrachten:
– Durch die Evolution kann sich die Form von Organismen in Laufe
der Generationen weiterentwickeln (Phylogenese)
– Die Ontogenese ist die Individualentwicklung eines einzelnen Organismus von seiner Zeugung über seine verschiedenen Lebensstadien
bis hin zum Tod. Die Entwicklungsbiologie untersucht diesen Verlauf.
Physiologie
Die Physiologie befasst sich mit den physikalischen, biochemischen und informationsverarbeitenden Funktionen der Lebewesen.
Physiologisch geforscht und ausgebildet wird sowohl in den akademischen Fachrichtungen Biologie und Medizin als auch in der Psychologie.
Verhaltensbiologie
Die Verhaltensbiologie erforscht das Verhalten der Tiere und des
Menschen. Sie beschreibt das Verhalten, stellt Vergleiche zwischen
Individuen und Arten an und versucht, das Entstehen bestimmter Verhaltensweisen im Verlauf der Stammesgeschichte zu erklären, also
den "Nutzen" für das Individuum.
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Theoretische Biologie
Die Theoretische Biologie befasst sich mit mathematisch
formulierbaren Grundprinzipien biologischer Systeme auf allen Organisationstufen.
Arbeitsmethoden der Biologie
Die Biologie nutzt viele allgemein gebräuchliche wissenschaftliche Methoden, wie strukturiertes Beobachten, Dokumentation (Notizen, Fotos, Filme), Hypothesenbildung, mathematische Modellierung
und Abstraktion. Notwendiger Prüfstein der formulierten Hypothesen
und Theorien sind stets Experimente. Bei der Formulierung von allgemeinen Prinzipien in der Biologie und der Knüpfung von Zusammenhängen stützt man sich sowohl auf empirische Daten als auch auf
mathematische Sätze. Je mehr Versuche mit verschiedenen Ansatzpunkten auf das gleiche Ergebnis hinweisen, desto eher wird es als
gültig anerkannt. Diese pragmatische Sicht ist allerdings umstritten;
insbesondere Karl Popper hat sich gegen sie gestellt. Aus seiner Sicht
können Theorien durch Experimente oder Beobachtungen und selbst
durch erfolglose Versuche, eine Theorie zu widerlegen, nicht untermauert, sondern nur untergraben werden (siehe Unterdeterminierung
von Theorien durch Evidenz).
Einsichten in die wichtigsten Strukturen und Funktionen der Lebewesen sind mit Hilfe von Nachbarwissenschaften möglich. Die
Physik beispielsweise liefert eine Vielzahl Untersuchungsmethoden.
Einfache optische Geräte wie das Lichtmikroskop ermöglichen das
Beobachten von kleineren Strukturen wie Zellen und Zellorganellen.
Das brachte neues Verständnis über den Aufbau von Organismen und
mit der Zellbiologie eröffnete sich ein neues Forschungsfeld. Mittlerweile gehört eine Palette hochauflösender bildgebender Verfahren,
wie Fluoreszenzmikroskopie oder Elektronenmikroskopie, zum Standard.
Als eigenständiges Fach zwischen den Wissenschaften Biologie
und Chemie hat sich die Biochemie herausgebildet. Sie verbindet das
Wissen um die chemischen und physikalischen Eigenschaften von den
Bausteinen des Lebens mit der Wirkung auf das biologische Gesamtgefüge. Mit chemischen Methoden ist es möglich, bei biologischer
Versuchsführung zum Beispiel Biomoleküle mit einem Farbstoff oder
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einem radioaktiven Isotop versehen. Das ermöglicht ihre Verfolgung
durch verschiedene Zellorganellen, den Organismus oder durch eine
ganze Nahrungskette.
Die Mathematik liefert viel verwendete Werkzeuge zur Beschreibung und Analyse allgemeinerer Zusammenhänge der Biologie. Beispielsweise erweist sich die Modellierung durch Differentialgleichungen in vielen Bereichen der Biologie (etwa der Evolutionstheorie,
Ökologie, Neurobiologie und Entwicklungsbiologie) als nützlich. Zur
Zwecken der Versuchsplanung und Analyse finden Methoden der Statistik Anwendung.
Die unterschiedlichen biologischen Teildisziplinen nutzen verschiedene systematische Ansätze:
• Mathematische Biologie: Aufstellen und Beweisen allgemeiner
Sätze der Biologie.
• Biologische Systematik: Lebewesen charakterisieren und anhand ihrer Eigenschaften und Merkmale in ein System einordnen
• Physiologie: Zerlegung und Beschreibung von Organismen und
ihren Bestandteilen mit anschließendem Vergleich mit anderen Organismen, woraus eine Funktionserklärung folgen kann
• Genetik: Katalogisieren und analysieren des Erbgutes und der
Vererbung
• Verhaltensbiologie, Soziobiologie: Das Verhalten von Individuen, von artgleichen Tieren in der Gruppe und zu anderen Tierarten beobachten und erklären
• Ökologie: Beobachten einer oder mehrerer Arten in ihrem Lebensraum, ihrer Wechselbeziehung und den Auswirkungen biotischer
und abiotischer Faktoren auf ihre Lebensweise
• Nutzansatz: die Zucht und Haltung von Nutzpflanzen, Nutztiere
und Nutzmikroorganismen untersuchen und durch Variation der Haltungsbedingungen optimieren
Anwendungsbereiche der Biologie
Die Biologie ist eine naturwissenschaftliche Disziplin, die sehr
viele Anwendungsbereiche hat. Durch biologische Forschung werden
Erkenntnisse über den Aufbau des Körpers und die funktionellen Zusammenhänge gewonnen. Sie bilden die Grundlage, auf der die Medizin/Veterinärmedizin Ursachen und Auswirkungen von Krankheiten
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bei Mensch und Tier untersucht. Auf dem Gebiet der Pharmazie werden Medikamente, wie beispielsweise Insulin oder zahlreiche Antibiotika, aus genetisch veränderten Mikroorganismen statt aus ihrer natürlichen biologischen Quelle gewonnen, weil diese Verfahren preisgünstiger und um ein vielfaches produktiver sind. Für die Landwirtschaft
werden Nutzpflanzen mittels Molekulargenetik mit Resistenzen gegen
Schädlinge versehen und unempfindlicher gegen Trockenheit und
Nährstoffmangel gemacht. In der Nahrungs- und Genussmittelindustrie sorgt die Biologie für eine breite Palette länger haltbarer und biologisch hochwertigerer Nahrungsmittel. Einzelne Lebensmittelbestandteile stammen auch hier von genetisch veränderten Mikroorganismen. So wird das Lab zur Herstellung von Käse heute nicht mehr
aus Kälbermagen extrahiert, sondern mikrobiell erzeugt.
Weitere angrenzende Fachgebiete, die ihre eigenen Anwendungsfelder haben, sind Bionik, Bioinformatik und Biotechnologie.
Kapitel 2
Ökologie
Ökologie, Disziplin der Biologie, die sich mit den Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Organismen, sowie zwischen Organismen und den auf sie einwirkenden unbelebten Umweltfaktoren
befasst. Darüber hinaus erforscht sie den Stoff– und Energiehaushalt
der Biosphäre und ihrer Untereinheiten (z.B. Ökosysteme). Je nach
Ausgangspunkt der Betrachtung unterscheidet man die Autökologie
oder Ökophysiologie, bei der ein Einzelorganismus oder eine einzelne
Art betrachtet werden, die Demökologie oder Populationsökologie,
die sich mit den Umwelteinflüssen auf ganze Populationen befasst,
und die Synökologie bzw. Ökosystemforschung, die sich mit den
Wechselbeziehungen zwischen den Organismen einer Lebensgemeinschaft sowie zwischen diesen und der Umwelt beschäftigt. Der Begriff
Ö. wurde erstmals 1869von Ernst Haeckel (1834-1919) benutzt und
leitet sich von dem griechischen Wort oikos (Haus) ab. Die Wurzeln
der Ö. reichen jedoch weit in die Zeit vor Haeckel zurück; ökologische Aussagen und Beschreibungen existierten bereits in der Antike.
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Ökologie ist keine Wissenschaft mit einer einfachen linearen
Struktur, sondern überschneidet sich mit vielen anderen Disziplinen,
insbesondere mit Genetik, Evolution, Verhaltensforschung und Physiologie. Teilgebiete der Ökologie sind u.a. Tierökologie, Pflanzenökologie, Geoökologie, Limnologie, Meeresökologie, Humanökologie,
Agrarökologie, Forstökologie, Verhaltensökologie, Populationsökologie und Paläoökologie.
Seit den 1950er Jahren gibt es ein weit verbreitetes Konzept zum
Bestehen und zum Aufbau von Ökosystemen, das Ökosystemkonzept.
Danach gibt es auf der Erde abgrenzbare funktionelle Einheiten, die
Wirkungsgefüge aus verschiedenen Organismenarten und unbelebten
Bestandteilen sind. Durch die Beziehungen der Organismen untereinander und mit den unbelebten Bestandteilen entsteht ein übergeordnetes Ganzes, eben das Ökosystem. Nach 1960 wurde das Ökosystemkonzept intensiv in die Forschungen mit einbezogen. Bei der Untersuchung von Landlebensräumen, Binnengewässern und Meeren
wurde zunehmend interdisziplinär gearbeitet. Um 1960 waren Bekanntheitsgrad und Wertschätzung der Ö. noch sehr gering, was sich
aber Anfang der 1970er-Jahre änderte, als man erkannte, welche
Auswirkungen die weltweiten Umweltverschmutzungen hatten. Durch
die weltweite Umweltkrise ergaben sich neue Aufgabenstellungen in
der Ö. Zunehmend erforschte man nun auch die Rückwirkungen
menschlicher Tätigkeit auf verschiedene Ökosysteme und setzte im
Bereich der angewandten Forschung neue Schwerpunkte. Themen der
angewandten Ö. sind u.a. Waldschäden, ökologischer Landbau (ökologische Landwirtschaft), Abfall– und Wasserwirtschaft, Atomkraft
und Strahlenbelastung, Landwirtschaft und Umweltmanagement.
Literatur: Bick, H.: Grundzüge der Ökologie, Heidelberg,
31999. – Begon, M.E. u.a.: Ökologie, Heidelberg 1998. – Lebensraum
Mensch, Reihe: Mensch, Natur, Technik, Leipzig 2000. – Nentwig,
W.: Humanökologie, Stuttgart 1995. – Odum, E.P.: Ökologie. Grundlagen – Standorte – Anwendungen, Stuttgart 1998. – Tischler, W.:
Ökologie der Lebensräume, Stuttgart 1990, Townsend, C.R.: Ökologie, Heidelberg 1998.
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Ökologie
Das Fachgebiet Ökologie setzt sich mit den Wechselwirkungen
zwischen den Organismen und den abiotischen und biotischen Faktoren ihres Lebensraumes auf verschiedenen Organisationsebenen auseinander.
Individuen: Die Autökologie betrachtet vor allem Auswirkungen
der abiotischen Faktoren wie Licht, Temperatur, Wasserversorgung
oder jahreszeitlichen Wandel auf das Individuum. Biologische Disziplinen, die diese Ebene ebenfalls betrachten, sind beispielsweise die
Anthropologie, Zoologie, Botanik und Verhaltensbiologie.
• Populationen (Demökologie):
Eine Population ist eine Fortpflanzungsgemeinschaft innerhalb
einer Art in einem zeitlich und räumlich begrenzten Gebiet. Die Populationsökologie betrachtet vor allem die Dynamik der Populationen
eines Lebensraumes auf Grund der Veränderungen der Geburten– und
Sterberate, durch Veränderungen im Nahrungsangebot oder abiotischer Umweltfaktoren. Diese Ebene werden auch von der Verhaltensbiologie und der Soziobiologie untersucht.
Im Zusammenhang mit der Beschreibung und Untersuchung sozialer Verbände wie Herden oder Rudel können auch die auf den Menschen angewandten Gesellschaftswissenschaften gesehen werden.
• Biozönosen (Synökologie): Sie stellen Gemeinschaften von Organismen dar. Pflanzen, Tiere, Pilze, Einzeller und Bakterien sind in
einem Ökosystem meist voneinander abhängig und beeinflussen sich
gegenseitig. Sie sind Teil von Stoffkreisläufen in ihrem Lebensraum
bis hin zu den globalen Stoffkreisläufen wie dem Kohlenstoffzyklus
Die Lebewesen können sich positiv (z. B. Symbiose), negativ (z.
B. Fressfeinde, Parasitismus) oder einfach gar nicht beeinflussen.
Lebensgemeinschaft (Biozönose) und Lebensraum (Biotop) bilden zusammen ein Ökosystem.
Biologische Disziplinen, die sich mit Ökosystemen beschäftigen
(Beispiele):
• Biogeographie, Biozönologie
• Ökologie, Chorologie, Geobotanik, Pflanzensoziologie
Da die Evolution der Organismen zu einer Anpassung an eine bestimmte Umwelt führen kann, besteht ein intensiver Austausch zwi16
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schen beiden Fachdisziplinen, was insbesondere in der Disziplin der
Evolutionsökologie zum Ausdruck kommt.
Evolutionsbiologie und Systematik
Die Phylogenese beschreibt die Entwicklung einer Art im Verlauf
von Generationen. Hier betrachtet die Evolutionsbiologie die langfristige Anpassung an Umweltbedingungen und die Aufspaltung in neue
Arten.
Auf der Grundlage der phylogenetischen Entwicklung ordnet die
biologische Taxonomie alle Lebewesen in ein Schema ein. Die Gesamtheit aller Organismen wird in drei Gruppen, die Domänen, unterteilt, welche wiederum weiter untergliedert werden:
• Archaebakterien (Archaea)
• Bakterien (Bacteria)
• Eukaryoten (Eukarya)
Mit der Klassifizierung der Tiere in diesem System beschäftigt
sich die Spezielle Zoologie, mit der Einteilung der Pflanzen die Spezielle Botanik, mit der Einteilung der Archaeen, Bakterien und Pilze die
Mikrobiologie.
Als häufige Darstellung wird ein phylogenetischer Baum gezeichnet. Die Verbindungslinien zwischen den einzelnen Gruppen
stellen dabei die evolutionäre Verwandtschaft dar. Je kürzer der Weg
zwischen zwei Arten in einem solchen Baum, desto enger sind sie
miteinander verwandt. Als Maß für die Verwandtschaft wird häufig
die Sequenz eines weit verbreiteten Gens herangezogen.
Als in gewissem Sinne eine Synthese von Ökologie, Evolutionsbiologie und Systematik hat sich seit Ende der 1980er Jahren die
Biodiversitätsforschung etabliert, die auch den Brückenschlag zu
Schutzbestrebungen für die biologische Vielfalt und zu politischen
Abkommen über Schutz und Nachhaltigkeit bildet.
Umweltschutz bezeichnet die Gesamtheit aller Maßnahmen zum
Schutze der Umwelt mit dem Ziel der Erhaltung der Lebensgrundlagen der Menschen, sowie eines funktionierenden Naturhaushaltes.
Gegebenenfalls sollen durch den Menschen verursachte Beeinträchtigungen oder Schäden behoben werden. Das Augenmerk des Umweltschutzes liegt dabei sowohl auf einzelnen Teilbereichen der Umwelt
(wie Boden, Wasser, Luft, Klima), als auch auf den Wechselwirkun17
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gen zwischen ihnen. Der Begriff Umweltschutz wird seit den 1970erJahren verwendet. Im Zentrum des heutigen Interesses stehen vor allem Umweltverschmutzung und Globale Erwärmung.
Ziele und Philosophien
Ausgangspunkt des Umweltschutzes ist die Erhaltung des Lebensumfelds der Menschen und ihrer Gesundheit. Dies schließt auch
den Schutz der die Menschen umgebenden Natur in einem gewissen
Umfang mit ein. Der Umweltschutz bezweckt in erster Linie den
Schutz der menschlichen Lebensbedingungen. Dazu bedient er sich
oft technischer Mittel. Die zu lösenden Probleme sind teils globale,
teils regionale oder lokale, wobei der Umweltschutz eher nach allgemeinen oder großräumigen technischen Lösungen sucht.
Auch wenn die Schutzgüter und Ziele im Prinzip dieselben sind,
sind zuweilen Unterschiede zwischen Naturschutz und Umweltschutz
erkennbar.
• Als Beispiel eignet sich das Thema "Erneuerbare Rohstoffe":
Naturschützer wollen die Bäume schützen, damit sie möglichst alt
werden, Totholz produzieren und zu einem wertvollen Lebensraum
werden. Umweltschützer sehen den Baum auch als nachwachsenden
Rohstoff und Befürworten die Nutzung von Holz als Energiequelle,
sofern diese Nutzung nachhaltig und umweltverträglich passiert (also
z. B. kein radikaler Kahlschlag).
• Konflikte zwischen Naturschützern und Umweltschützern sind
bei der Errichtung von Windkraftanlagen und Kleinwasserkraftwerken
häufig. Naturschützer argumentieren eher gegen jeglichen Eingriff in
die Natur, während Umweltschützer eher den Vorteil der Einsparung
von Kohlenstoffdioxid-Ausstoß durch Ökostrom-Kraftwerke sehen.
• Ein anderes Beispiel wäre, dass der Umweltschutz versucht, das
Waldsterben durch Luftreinhaltung zu bremsen. Der Naturschutz versucht die geschädigten Wälder wiederherzustellen und zu erhalten.
Dabei muss er vor allem lokal agieren.
Trotz dieser unterschiedlichen Perspektiven sind Umwelt– und
Naturschutz im Normalfall keine Gegensätze sondern können näherungsweise gleichgesetzt werden.
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Aufgaben und Teilbereiche
Zu den wichtigsten Handlungsfeldern des Umweltschutzes zählen
Klima-, Wald- und Gewässerschutz. Aktuell werden vor allem die
Probleme der Globalen Erwärmung und Luftverschmutzung diskutiert.
Klimaschutz
Ziel des Klimaschutzes ist es der unnatürlichen globalen Erwärmung entgegen zu wirken und ihre Folgen abzumildern. Hauptansätze
des Klimaschutzes sind gegenwärtig die Verringerung des von Menschen verursachten Ausstoßes von Treibhausgasen und die Erhaltung
und Unterstützung der Ozeane und Wälder. Diese nehmen das mengenmäßig bedeutsamste Treibhausgas Kohlenstoffdioxid auf. Der
Klimaschutz ist daher stark mit den beiden Teilbereichen Waldschutz
und Gewässerschutz verbunden.
Waldschutz
Der Waldschutz umfasst alle forstwirtschaftlichen Maßnahmen
zum Schutz von Wäldern und Baumbeständen vor Schäden jeglicher
Art. Dabei werden sowohl die forstwirtschaftlichen wie auch die
nicht-materiellen Ansprüche (wie Erholung, Klimawirkung oder
Landschaftsgestaltung) an den Wald als schützenswert betrachtet. Dabei steht der Schutz des Waldes gegen schädliche Tiere, Pilze und
Pflanzen (Forstschädlinge) oder Umwelteinflüsse im Vordergrund.
Gewässerschutz
Als Gewässerschutz bezeichnet man die Gesamtheit der Bestrebungen, die Gewässer (Oberflächengewässer und das Grundwasser)
vor Beeinträchtigungen zu schützen. Der Gewässerschutz hat verschiedene Zwecke:
Reinhaltung des Wassers als Ressource für Trink- oder Betriebswasser als Teilaufgabe des Umweltschutzes
Schutz aquatischer (d. h. vom Wasser abhängiger) Ökosysteme
als Teilaufgabe des Naturschutzes.
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Umweltprobleme
Umweltprobleme sind vom Menschen verursachte Änderungen in
der Umwelt. Sie wirken sich nachteilig auf die aktuelle oder zukünftige Existenz oder das Wohlergehen der Menschen aus.
Menschliche Handlungen beeinflussen unvermeidbar die Umwelt.
Neben den gewünschten Verbesserungen haben sie oft auch ungewollte, nachteilige Folgen. Früher waren diese Umweltbeeinflussungen
und ihre Folgen lokal. Waren die Auswirkungen zu schwerwiegend,
zogen die Menschen weiter. Heute hat sich die Situation grundlegend
gewandelt. Die negativen Folgen menschlicher Handlungen sind unübersehbar und ein Weiterziehen ist nicht mehr möglich, da hierfür
kein freier, unberührter Platz mehr vorhanden ist.
Geschichte
Die modernen westlichen Umweltschutzbewegungen wurden
während der Industriellen Revolution begründet. Doch schon vorher
machten sich unterschiedliche Kulturen Gedanken über den Schutz ihrer Umwelt.
Vorgeschichte
Altertum
Mit der Bildung von zusammenhängenden Siedlungen entstanden
auch Probleme durch Abfälle und Abwässer. Schon im Altertum befasste man sich mit dem Problem der Abwasserbeseitigung. Entwässerungskanäle lassen sich bereits 3000 v. Chr. im Euphrattal nachweisen. Im Römischen Reich wurden meist offene Gerinne genutzt, aufgrund des hohen Bauaufwandes waren Abwasserrohre selten.
Mittelalter
Im frühen Mittelalter ging das Wissen um eine geordnete Abwasserentsorgung weitgehend verloren, weshalb es über Jahrhunderte
hinweg zu verheerenden Pest– und Choleraepidemien kam.
Im England des dreizehnten Jahrhunderts verbot König Edward I.
von England die Verbrennung minderwertiger Kohle, da sich der
Rauch in London zu einem großen Problem entwickelt hatte.
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Ursprung der Umweltschutzbewegung
In Europa begann die großflächige Umweltverschmutzung mit
der Industriellen Revolution. Große Fabriken und die Verbrennung
immer größer werdender Mengen von Kohle und anderer fossiler
Brennstoffe führten zu zunehmender Luftverschmutzung. Der Müll
der Fabriken und der Abfall der Städte ließ die Müllberge wachsen.
Die Umweltschutzbewegung entwickelte sich als Gegenreaktion auf
die Industrialisierung, Urbanisierung sowie Luft- und Wasserverschmutzung.
In den stark gewachsenen Städten musste eine geordnete Abwasserentsorgung errichtet werden. Im Jahre 1739 war Wien als erste
Stadt Europas erstmals vollständig kanalisiert. Erst ab 1842 wurde in
London mit dem Bau des Kanalisationssystems begonnen. Die erste
Kläranlage auf dem europäischen Festland wurde 1882 in Frankfurt
am Main in Betrieb genommen.
Umweltschutz im 20. Jahrhundert
Das neuzeitliche Bewusstsein für den Umweltschutz entwickelte
sich in den westlichen Ländern in den 1960er Jahren, als man feststellte, dass sich industrielle Tätigkeiten sehr nachteilig auf die Umwelt
auswirken können. Maßgeblich zu diesem Wertewandel beigetragen
haben offensichtliche Missstände wie das Fischsterben im Rhein, die
Versauerung von Gewässern, spektakuläre Chemiekatastrophen wie
etwa in Seveso oder Bhopal, sowie das damals propagierte
„Waldsterben“
1971 wurde die bekannte Umweltschutzorganisation Greenpeace
von Friedensaktivisten in Vancouver, Kanada gegründet. Die Organisation entstand aus der Formation Don't Make a Wave Committee, die
von amerikanischen und kanadischen Atomkraftgegnern und Pazifisten gegründet worden war. Ziel dieses Komitees war es eine Serie von
Atombombentests zu verhindern. Später nahmen viele unabhängige
Gruppen den Namen Greenpeace an. Erst am 14. Oktober 1979 wurden sie alle zu einer einzelnen Organisation Greenpeace International
zusammengefasst.
1972 entstand das Blue Marble Foto. Es war das erste klare Bild,
das die von der Sonne beschienene Seite der Erde zeigt. Für die Umweltschutzbewegung der 1970er Jahre war das Bild ein wichtiges
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Symbol für die Zerbrechlichkeit und Verletzlichkeit der Erde und ihre
Isoliertheit im All.
Umweltschutzorganisationen
Eine Umweltschutzorganisation ist eine Organisation, die gegen
aus ihrer Sicht schädliche Veränderungen der Biosphäre vorgeht. Eine
der bekanntesten Umweltschutzorganisationen ist Greenpeace e.V.
Die Umweltaktivisten wenden auch Aktionen des Zivilen Ungehorsams an und riskieren häufig Geldstrafen, manchmal gar ihre körperliche Unversehrtheit. Für aufsehenerregende Umweltaktionen in
diesem Sinne sind vor allem die Anti-Atomkraft-Bewegung, Greenpeace, Sea Shepherd und Robin Wood bekannt. Bekannte Umweltaktivistinnen und -aktivisten sind Al Gore, Monika Griefahn, David
McTaggart und Wangari Muta Maathai.
Umweltpolitik
Unter Umweltpolitik versteht man die Gesamtheit politischer Bestrebungen, welche die Erhaltung der natürlichen Lebensgrundlagen
des Menschen bezwecken. (Für Umweltleitlinien in Organisationen
siehe betriebliche Umweltpolitik.)
In Deutschland sind von staatlicher Seite in erster Linie das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit
(BMU) und das Umweltbundesamt (UBA) für den Umweltschutz zuständig. Auf Länder– und Landkreisebene sind weitere Behörden auf
dem Gebiet des Umweltschutzes tätig. Das Bundesumweltministerium
veröffentlicht unter anderem jährliche Zustandsberichte.
Umweltrecht in Deutschland
Seit 1994 verpflichtet das deutsche Verfassungsrecht in Artikel
20a des Grundgesetzes den Staat dazu, die natürlichen Lebensgrundlagen zu schützen. Es handelt sich um eine sogenannte Staatszielbestimmung, das ist eine allgemeine Verpflichtung des Gesetzgebers
und der Verwaltung. Ein entsprechendes gesetzgeberisches oder verwaltungsmäßiges Handeln ist jedoch nicht gerichtlich einklagbar.
Das Umweltrecht ist über zahlreiche Gesetze verstreut. Umweltwissenschaftlern und Umweltjuristen fordern seit vielen Jahren, das
Umweltrecht in einem Umweltgesetzbuch (UGB) kodifiziert zusam22
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menzufassen und die Einzelvorschriften besser aufeinander abzustimmen.
Inter- und Supranationaler Umweltschutz
Im Bereich des Umweltschutzes wird der nationalstaatliche Einfluss immer geringer. Durch den steigenden Grad an internationalen
Kommunikationsnetzwerken und weltwirtschaftlicher Verflechtungen
entsteht eine kollektive Verantwortung für die Umwelt. Die Staaten
werden dazu gezwungen gemeinsam nach Problemlösungen zu suchen. Umwelt kennt keine von Menschen gezogenen Grenzen. Die
durch industrielle Herstellung erzeugte Verschmutzung einer Region
die auf die übrigen Teile der Welt ausstrahlt, wird zu einer Angelegenheit aller. Länderübergreifende Umweltpolitik rückt folglich zunehmend in das außenpolitische Blickfeld zumindest der Staaten, denen durch die Summe der globalen Umweltverschmutzung auch höhere Umweltbelastungen entstehen. Internationale Foren und
Organisationen sind eine Antwort auf diesen Prozess.
Die erste internationale Umweltschutzkonferenz fand 1972 in
Stockholm statt (s. Konferenz der Vereinten Nationen über die Umwelt des Menschen).
Einer der wichtigsten supranationalen Akteure ist die UN
(UNEP) – unter ihrem Dach kommt ein Großteil der mulitlateralen
Umweltabkommen zustande. Eine Übersicht über die Vielzahl mittlerweile bestehender internationaler Umweltabkommen bietet die Liste internationaler Umweltabkommen.
Probleme
Vielen Schwellen- und Entwicklungsländern fehlen oftmals die
nötigen Ressourcen für effektive Umweltschutzmaßnahmen. Globale
Auflagen werden von diesen Ländern oft nicht akzeptiert. Sie argumentieren, dass die Industrienationen zum größten Teil für globale
Umweltschäden verantwortlich sind. Bei lokalen Problemen, wie dem
Einsatz akkumulativer Pestizide, fehlen oftmals bezahlbare Alternativen. So wird beispielsweise DDT in diesen Staaten trotz erwiesener
Umweltgefahren weiterhin großflächig zur Insektenbekämpfung eingesetzt.
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Energieverbrauch zu senken, gehört natürlich zu den ganz wichtigen Aufgaben unserer Zeit. Die immense Energieverschwendung bei
Leuchtreklamen, Skybeamern und oft unnötigen, grellen Beleuchtungen die ganze Nacht seien nur nebenbei erwähnt. Doch das Licht ist
auch zur Geißel der Natur geworden. Daher vermisse ich in Zeiten
des Artensterbens bei den erwähnten Richtlinien und Verordnungen
den Begriff "Lichtverschmutzung". Unsere Nächte werden pro Jahr 23% heller – Tendenz steigend. Angezogen vom Licht sterben jährlich
Abermillionen nachtaktive Insekten und auch Zugvögel einen sinnlosen Tod. Ein kleiner Schritt in die richtige Richtung wäre: Kommunen könnten beispielsweise die herkömmlichen, stromfressenden
Quecksilberdampfleuchten gegen umweltfreundliche, sparsame Natriumdampf-Niederdruckleuchten mit zusätzlicher Dimm-Möglichkeit
austauschen. Doch da die öffentliche Beleuchtung meist in den Händen von Stromversorgern liegt, wollen diese weder Strom sparen noch
Lampen auswechseln – sie wollen möglichst viel verdienen. Und so
wird sich, zumindest für die Natur, nicht viel zum Positiven wenden –
EU-Richtlinien hin oder her…
Prima Klima auf Uni-Solar-Dächern
Das überparteiliche UniSolar-Netzwerk will an deutschen Hochschulen Solarprojekte verwirklichen. An mehreren Standorten haben
Studierende den Klimaschutz schon selbst in die Hand genommen:
Solargruppen des Netzwerks haben in Leipzig, Kassel und Karlsruhe
bereits Solaranlagen aufs Uni-Dach gebracht. In Berlin startet eine
Solargruppe in den nächsten Tagen ihre Kampagne und in vielen weiteren Städten laufen erste Vorbereitungen.
Energiewende – aus Sonne Kohle machen
Die Initiative will an Hochschulen die Nutzung von Solarenergie
fördern und hat dazu ein Beteiligungsmodell geschaffen, das auf
Kleindarlehen von Studierenden, Alumni und Uni-Mitarbeitern setzt.
Diese zweckgebundenen Darlehen werden an Projektpartner weitergereicht, die idealerweise aus dem Hochschulumfeld stammen und
Installation, Betrieb und Wartung der Anlagen übernehmen. Das
Netzwerk will damit den Klimaschutz an Hochschulen institutionalisieren und zeigen, dass sich Ökonomie und Ökologie vereinbaren las24
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sen. Außerdem werden die Darlehen mit vier bis sechs Prozent verzinst.
In Leipzig, Kassel, Jena und Karlsruhe stehen bereits Solaranlagen auf Uni-Dächern, in weiteren Städten sind Anlagen in Vorbereitung. In Berlin wird im Herbst auf dem Dach der Mensa der Freien
Universität eine derart finanzierte Photovoltaik-Anlage installiert.
Studierende können sich daran mit einem Darlehen ab 250 Euro beteiligen, Ehemalige und Hochschulangehörige müssen mindestens 500
Euro aufbringen.
In Leipzig hat dieses Modell schon erste Früchte getragen. Im
vergangenen Frühjahr ging eine 200 Quadratmeter große
Photovoltaikanlage auf dem Dach des geisteswissenschaftlichen Zentrums der Universität in Betrieb. Die 170.000 Euro teure Anlage wird
in den kommenden zwanzig Jahren 600.000 Kilowattstunden Strom
erzeugen und vom Studentenwerk betrieben. Da sich das Studentenwerk selbst an der Anlage beteiligen wollte, ließ es nur Darlehen in
Höhe von 75.000 Euro zu.
Die Gesamtsumme wäre aber auch durch studentische Kredite zusammengekommen: „Darlehensanträge in entsprechender Höhe wurden von etwa 150 Interessenten, darunter knapp 100 Studenten, ausgefüllt und eingereicht“, so Ferdinand Dürr, Vorsitzender des Vereins
UniSolar-Leipzig e.V. Zeichner, die im ersten Projekt keine Berücksichtigung fanden, können sich bereits für Nachfolgeprojekte vormerken lassen.
Laut Dürr werden von der Darlehenssumme jährlich zehn Prozent
zurückgezahlt, für das Restguthaben garantiert das Netzwerk eine
vierprozentige Verzinsung.
Um das Beteiligungsmodell weiter zu entwickeln und zu verbreitern, suchen die Initiativen noch Unterstützung von Umweltgruppen,
AStA-Ökoreferaten und Interessierten. Eine Kontaktaufnahme ist über
die Website des UniSolar-Netzwerkes möglich.
Gemeinsam Umwelt und Klima schützen
Zukünftig soll das "UniSolar-Netzwerk" die Solarprojekte an
Hochschulen vernetzen, sie stärken und motivieren. Neben der Rolle
als Plattform für den Erfahrungsaustausch will es in Planung befindlichen Projekten mit Informationsmaterialien und Gründungshilfen zur
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Seite stehen. Zudem haben wir uns das Ziel gesetzt, neue Solargruppen an Hochschulen zu initieren und die Idee auch in Lehre und Forschung zu tragen. Für die "Woche der Sonne" von 16. bis 25. Mai sind
phantasievolle Aktionen an den Hochschulen geplant, um weiter für
die Idee zu werben.
Kapitel 3
Chemie
Die Chemie entstand in ihrer heutigen Form als exakte Naturwissenschaft im 17. und 18. Jahrhundert allmählich aus der Anwendung
rationalen Schlussfolgerns basierend auf Beobachtungen und Experimenten der Alchemie. Einige der ersten großen Chemiker waren Robert Boyle, Humphry Davy, Jöns Jakob Berzelius, Joseph Louis GayLussac, Joseph Louis Proust, Marie und Antoine Lavoisier und Justus
von Liebig.
Die Chemie (Standardaussprache: [çe'mi:]; RheinischWestfälisch, Sächsisch: [ʃe'mi:]; bairisch, badisch, Österreichisches
Deutsch: [ke'mi:]) ist die Lehre vom Aufbau, Verhalten und der Wortherkunft
„Chemie“ entstand aus dem neueren Griechisch χημεία wörtlich
„die Kunst der Metall-Gießerei“ im Sinne von „Umwandlung“. Die
heutige Schreibweise Chemie löste zu Beginn des 19. Jahrhunderts die
seit dem 17. Jahrhundert bestehende als Chymie ab. Diese Chymie
war wahrscheinlich eine Vereinfachung und Umdeutung der seit dem
13. Jahrhundert als Wort belegten Alchimie („die Kunst des Goldherstellens“), welches selbst eine mehrdeutige Etymologie aufweist (zu
den Konnotationen vergleiche die Etymologie des Wortes Alchemie[1]:
Das Wort wurzelt wohl in arabisch al-kīmiyá, welches u. a. „Stein der
Weisen“ bedeuten kann, eventuell aus altgriechisch χυμεία, chymeía,
„die Gießung“, oder aus koptisch/altägyptisch kemi, „schwarz[e Erden]“; vergleiche hierzu auch Kemet).
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Allgemeines
Die Chemie befasst sich mit den Eigenschaften der Elemente und
Verbindungen, mit den möglichen Umwandlungen eines Stoffes in einen anderen, macht Vorhersagen über die Eigenschaften für bislang
unbekannte Verbindungen, liefert Methoden zur Synthese neuer Verbindungen und Messmethoden, um die chemische Zusammensetzung
unbekannter Proben zu entschlüsseln.
Obwohl alle Stoffe aus vergleichsweise wenigen „Bausteinsorten“, nämlich aus etwa 80 bis 100 der 118 bekannten Elemente aufgebaut sind, führen die unterschiedlichen Kombinationen und Anordnungen der Elemente zu einigen Millionen sehr unterschiedlichen
Verbindungen, die wiederum so unterschiedliche Materieformen wie
Wasser, Sand, Pflanzen– und Tiergewebe oder Kunststoffe (z.B. PVC)
aufbauen. Die Art der Zusammensetzung bestimmt schließlich die
chemischen und physikalischen Eigenschaften der Stoffe und macht
damit die Chemie zu einer umfangreichen Wissenschaft.
Fortschritte in den verschiedenen Teilgebieten der Chemie sind
oftmals die unabdingbare Voraussetzung für neue Erkenntnisse in anderen Disziplinen, besonders in den Bereichen Biologie und Medizin,
aber auch im Bereich der Physik und der Ingenieurwissenschaften.
Außerdem erlauben sie es häufig, die Produktionskosten für viele Industrieprodukte zu senken. Beispielsweise führen verbesserte Katalysatoren zu schnelleren Reaktionen und dadurch zur Einsparung von
Zeit und Energie in der Industrie. Neu entdeckte Reaktionen oder
Substanzen können alte ersetzen und somit ebenfalls von Interesse in
der Wissenschaft und Industrie sein.
• Für die Medizin ist die Chemie bei der Suche nach neuen Medikamenten und bei der Herstellung von Arzneimitteln unentbehrlich.
• Die Ingenieurwissenschaften suchen häufig je nach Anwendung
nach maßgeschneiderten Materialien (leichte Materialien für den
Flugzeugbau, beständige und belastbare Baustoffe, hochreine Halbleiter…). Deren Synthese ist eine der Aufgaben der Chemie.
• In der Physik werden z. B. zur Durchführung von Experimenten
oft hochreine Stoffe benötigt, deren Herstellung spezielle Synthesemethoden erfordern.
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Wirtschaftliche Bedeutung der Chemie
Die chemische Industrie ist – gerade auch in Deutschland – ein
sehr bedeutender Wirtschaftszweig: In Deutschland liegt der Umsatz
der Chemieindustrie bei über 100 Milliarden Euro, die Zahl der Beschäftigten lag nach der Wiedervereinigung Deutschlands bei über
700.000 und ist jetzt unter 500.000 gesunken. Sie stellt einerseits
Grundchemikalien wie beispielsweise Schwefelsäure oder Ammoniak
her, oft in Mengen von Millionen von Tonnen jährlich, die sie dann
zum Beispiel zur Produktion von Düngemitteln und Kunststoffen
verwendet. Andererseits produziert die chemische Industrie viele
komplexe Stoffe, u. a. pharmazeutische Wirkstoffe (Arzneistoffe) und
Pflanzenschutzmittel (Pestizide), maßgeschneidert für spezielle Anwendungen. Auch die Herstellung von Computern, Kraft- und
Schmierstoffen für die Automobilindustrie und vielen anderen technischen Produkten ist ohne industriell hergestellte Chemikalien unmöglich.
Chemie im Alltag
Chemische Reaktionen im Alltag finden zum Beispiel beim Kochen, Backen oder Braten statt, wobei oft gerade die hier ablaufenden,
recht komplexen Stoffumwandlungen zum typischen Aroma der Speise beitragen. Nahrung wird bei körpereigenen Abbauvorgängen chemisch in ihre Bestandteile zerlegt und auch in Energie umgewandelt.
Eine gut beobachtbare chemische Reaktion ist die Verbrennung.
Haarfärbung, Verbrennungsmotoren, Handy-Displays, Waschmittel, Dünger, Arzneimittel u.v.m. sind weitere Beispiele für Anwendungen der Chemie im alltäglichen Leben.
Im Alltag wird der Begriff 'Chemie' oft in einem eingeschränkten
Sinn als Abkürzung für 'Produkt der chemischen Industrie' verwendet,
zum Beispiel bei der 'Chemischen Reinigung': Diese reinigt Textilien
mit (synthetischen) Lösungsmitteln. Der Reinigungsvorgang selbst ist
in der Regel ein Lösen der Verunreinigung (beispielsweise eines Fettflecks) im Lösungsmittel und damit kein chemischer Prozess (Stoffumwandlung) im eigentlichen Sinne, sondern ein physikalischer Vorgang (Lösen). Im Gegensatz dazu ist das manchmal als 'Putzen ohne
Chemie' gepriesene Auflösen von Kalkflecken mit Essig oder Zitronensaft sehr wohl ein chemischer Vorgang, da dabei festes
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Calciumcarbonat (Kalk) durch die Säuren zu löslichen Calciumsalzen
und Hydrogencarbonat bzw. Kohlenstoffdioxid umgesetzt wird.
Die Chemie hat in der Öffentlichkeit – auch aufgrund von Chemiekatastrophen und Umweltskandalen – ein relativ schlechtes Ansehen. Viele Fachleute empfinden dies angesichts des Nutzens und der
allgemeinen Bedeutung der Chemie als nicht gerechtfertigt, weil in
Europa unter anderem aufgrund der strikten Gesetzgebung
(Chemikaliengesetz, Gefahrstoffverordnung) eine weitgehend sichere
Handhabung von Chemikalien gewährleistet ist. Um das Ansehen der
Chemie zu verbessern wurde das Jahr 2003 von verschiedenen Trägerorganisationen zum „Jahr der Chemie“ erklärt.
Geschichte
Die Chemie in der Antike bestand im angesammelten praktischen
Wissen über Stoffumwandlungsprozesse und den naturphilosophischen Anschauungen der Antike. Die Chemie im Mittelalter entwickelte sich aus der Alchemie, die in China, Europa und Indien schon
seit Jahrtausenden praktiziert wurde.
Die Alchemisten beschäftigten sich sowohl mit der Veredlung der
Metalle (Herstellung von Gold aus anderen unedlen Metallen) als
auch mit der Suche nach Arzneimitteln bzw. einem Allheilmittel für
Krankheiten. Insbesondere für die Herstellung von Gold suchten die
Alchemisten nach einem Elixier (Philosophen-Stein, Stein der
Weisen), das die unedlen („kranken“) Metalle in edle („gesunde“) Metalle umwandeln sollte. Im medizinischen Zweig der Alchemie wurde
ebenfalls nach einem Elixier gesucht, dem Lebenselixier, ein Heilmittel für alle Krankheiten, das schließlich auch Unsterblichkeit verleihen
würde. Kein Alchimist hat allerdings je den Stein der Weisen oder das
Lebenselixier entdeckt.
Bis zum Ende des 16. Jahrhunderts basierte die Vorstellungswelt
der Alchemisten in der Regel nicht auf wissenschaftlichen Untersuchungen, sondern auf Erfahrungstatsachen und empirischen Rezepten.
Alchemisten führten eine große Auswahl Experimente mit vielen Substanzen durch, um ihre Ziele zu erreichen. Sie notierten ihre Entdeckungen und verwendeten für ihre Aufzeichnungen die gleichen Symbole, wie sie auch in der Astrologie üblich waren. Die mysteriöse Art
ihrer Tätigkeit und die dabei oftmals fabrizierten farbigen Flammen,
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Rauch oder Explosionen führten dazu, dass sie als Magier und Hexer
bekannt und teilweise verfolgt wurden. Für ihre Experimente entwickelten die Alchemisten die gleichen Apparaturen, wie sie heute noch
in der chemischen Verfahrenstechnik verwendet werden.
Ein bekannter Alchimist war Albertus Magnus. Er befasste sich
als Kleriker mit diesem Themenkomplex und fand bei seinen Experimenten ein neues chemisches Element, das Arsen. Erst mit Paracelsus
wandelte sich die Alchemie von einer mehr empirischen zu einer mehr
experimentellen Wissenschaft, die zur Basis der modernen Chemie
wurde.
Die Chemie in der Neuzeit erhielt als Wissenschaft entscheidende
Impulse im 18. und 19. Jahrhundert: Sie wurde auf die Basis von
Messvorgängen und Experimenten gestellt – den Gebrauch der Waage
sowie die Beweisbarkeit von Hypothesen und Theorien über Stoffe
und Stoffumwandlungen.
Die Arbeiten von Justus von Liebig über die Wirkungsweise von
Dünger begründeten die Agrarchemie und lieferten wichtige Erkenntnisse über die anorganische Chemie. Die Suche nach einem synthetischen Ersatz für den Farbstoff Indigo zum Färben von Textilien waren
der Auslöser für die bahnbrechenden Entwicklungen der organischen
Chemie und der Pharmazie. Auf beiden Gebieten hatte man in
Deutschland bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts eine absolute Vorrangstellung. Dieser Wissensvorsprung ermöglichte es beispielsweise,
den zur Führung des Ersten Weltkrieges notwendigen Sprengstoff statt
aus importierten Nitraten mit Hilfe der Katalyse aus dem Stickstoff
der Luft zu gewinnen (siehe Haber-Bosch-Verfahren).
Die Autarkiebestrebungen der Nationalsozialisten gaben der
Chemie als Wissenschaft weitere Impulse. Um von den Importen von
Erdöl unabhängig zu werden, wurden Verfahren zur Verflüssigung
von Steinkohle entwickelt (Fischer-Tropsch-Synthese). Ein weiteres
Beispiel war die Entwicklung von synthetischem Kautschuk für die
Herstellung von Fahrzeugreifen.
In der heutigen Zeit ist die Chemie ein wichtiger Bestandteil der
Lebenskultur geworden. Chemische Produkte umgeben uns überall,
ohne dass wir uns dessen bewusst sind. Allerdings haben Unfälle der
chemischen Großindustrie wie beispielsweise die von Seveso und
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Bhopal der Chemie ein sehr negatives Image verschafft, so dass Slogans wie „Weg von der Chemie!“ sehr populär werden konnten.
Die Forschung entwickelte sich um die Wende zum 20. Jahrhundert soweit, dass vertiefende Studien des Atombaus nicht mehr zum
Bereich der Chemie gehören, sondern zur Atomphysik bzw. Kernphysik. Diese Forschungen lieferten dennoch wichtige Erkenntnisse über
das Wesen der chemischen Stoffwandlung und der chemischen Bindung. Weitere wichtige Impulse gingen dabei auch von Entdeckungen
in der Quantenphysik aus (Elektronen-Orbitalmodell).
Fachrichtungen
Die Chemie wird aus traditionellen Gründen in die organische
und anorganische Chemie unterteilt, wobei etwa um 1890 auch noch
die physikalische Chemie hinzukam.
Seit der Harnstoffsynthese 1828 von Friedrich Wöhler, bei der die
organische Substanz Harnstoff aus der anorganischen Verbindung
Ammoniumcyanat hergestellt wurde, verwischen sich die Grenzen
zwischen Stoffen aus der unbelebten (den „anorganischen“ Stoffen)
und der belebten Natur (den organischen Stoffen). So stellen Lebewesen auch eine Vielzahl anorganischer Stoffe her, während im Labor
fast alle organischen Stoffe hergestellt werden können.
Die traditionelle, aber auch willkürliche Unterscheidung zwischen
anorganischer und organischer Chemie wurde aber dennoch beibehalten. Ein Grund besteht darin, dass die organische Chemie stark vom
Molekül bestimmt wird, die anorganische Chemie jedoch oft von Ionen, Kristallen, Komplexverbindungen und Kolloiden. Ein weiterer
ist, dass sich die Reaktionsmechanismen und Stoffstrukturen in der
Anorganik und Organik vielfach unterscheiden.
Eine weitere Möglichkeit ist es, die Chemie nach der Zielrichtung
in die untersuchende, 'zerlegende' Analytische Chemie und in die aufbauende, produktorientierte Präparative– oder Synthetische Chemie
aufzuspalten. In der Lehrpraxis der Universitäten ist die Analytische
Chemie oft als Unterrichtsfach vertreten, während die Präparative
Chemie im Rahmen der organischen oder anorganischen Chemie behandelt wird.
Es gibt natürlich noch weitere Fachgebiete, doch die hier geschilderten sollen einen groben Überblick verschaffen.
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Für die entsprechenden Hauptartikel siehe Chemie in der
Wikipedia.
Allgemeine Chemie
Unter Allgemeiner Chemie werden die Grundlagen der Chemie
verstanden, die in fast allen chemischen Teilgebieten von Bedeutung
sind. Sie stellt somit das begriffliche Fundament der gesamten Chemie
dar: den Aufbau des Atoms, das Periodensystem der Elemente (PSE),
die Chemische Bindung, die Grundlagen der Stöchiometrie, Säuren,
Basen und Salze, Redoxreaktionen und Grundgesetze der Chemie.
Im Gegensatz zu anderen naturwissenschaftlichen Disziplinen
gibt es in der Chemie den Terminus Technicus „Allgemeine Chemie“
(eine „Allgemeine Physik“ gibt es nicht). Insofern steht die Allgemeine Chemie am Anfang jeder näheren Beschäftigung mit der Chemie.
Anorganische Chemie
Diese auch Anorganik genannte Richtung umfasst, einfach ausgedrückt, die Chemie aller Elemente und Verbindungen, die nicht ausschließlich Kohlenstoffketten enthalten, denn diese sind Gegenstände
der organischen Chemie. Die anorganische Chemie beschäftigt sich
beispielsweise mit Phosphorsäure, Silicium und anderen kohlenstofffreien Verbindungen, aber auch mit Kohlendioxid, den Säuren Cyanwasserstoff (Blausäure) und Kohlensäure sowie mit deren Salzen. Es
gibt aber noch eine ganze Reihe von Verbindungen, beispielsweise
Organometallverbindungen, die sich nicht so eindeutig zuordnen lassen.
In der Anorganik geht es um kleine Moleküle oder überhaupt um
Salze bzw. Metalle, daher reicht eine Summenformel meist aus. In
wenigen Fällen, wo es dennoch Isomere gibt, werden verständlicherweise wie in der organischen Chemie systematische Namen und
Strukturformeln benötigt. Oft orientieren sich diese dabei sogar an denen von ähnlich aufgebauten Substanzen in der organischen Chemie
(siehe beispielsweise Silane).
Historische Definition: Die Anorganische Chemie befasst sich mit
den chemischen Elementen und Reaktionen der Stoffe, die nicht von
organischem Leben (mit Hilfe der hypothetischen Lebenskraft) erzeugt werden.
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Organische Chemie
Die auch Organik genannte organische Chemie ist die Chemie des
Elementes Kohlenstoff und seiner Verbindungen mit anderen Elementen. Durch dessen Fähigkeit, lange Ketten zu bilden, sowie durch die
drei verschiedenen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungsmöglichkeiten
(Einfach-, Doppel- und Dreifachbindung) sind in der Organischen
Chemie wesentlich mehr und in der Regel komplexere Verbindungen
bekannt als in der anorganischen Chemie. Durch die enorme Vielfalt
an Ketten, Ringen und anderen Verbindungen enthält schon alleine die
Chemie der Kohlenwasserstoffe eine gewaltige Zahl an unterschiedlichen Substanzen, die sich oft nur an einer einzigen Doppelbindung
oder überhaupt nur an der Struktur unterscheiden. Hinzu kommt noch,
dass häufig auch Fremdatome im Kohlenwasserstoffgerüst eingebaut
sind. Um diese Unzahl an Verbindungen einwandfrei zu identifizieren,
genügen keine Summenformeln mehr, was sich mit einem Beispiel
leicht demonstrieren lässt:
C2H6O kann bedeuten:
Wie jeder durch bloßes Abzählen feststellen kann, stimmt die
Summenformel für beide Substanzen, die allerdings sehr unterschiedlich sind, wovon man sich bei den entsprechenden Hauptartikeln überzeugen kann. Es sind insgesamt nur 9 Atome vorhanden, doch trotzdem ist eine Summenformel allein keine ausreichende Kennzeichnung
mehr. Nun muss man sich nur noch zusätzliche Atome vorstellen, und
das Chaos ist perfekt.
Aus diesem Grund gibt es die IUPAC-Nomenklatur, die jeder
Substanz (auch jeder anorganischen) einen eindeutigen, systematischen Namen zuweisen, obwohl gerade bei organischen Stoffen oft
Trivialnamen (gewohnte Bezeichnungen; z. B.: Essigsäure) vorhanden
sind. Nach diesen Regeln wird die erste Substanz Ethan(C2H6) + ol
(Endung für Alkohole, also -OH), also Ethanol, und die zweite
Meth(Methyl (CH3-)) + oxy (-O-) + Methan, also Methoxymethan,
genannt.
Historische Definition: Früher dachte man, dass organische Substanzen, wie schon das Wort „organisch“ sagt, nur von Lebewesen
hergestellt werden können. Man schrieb dies einer so genannten „vis
vitalis“, also einer „Lebenskraft“ zu, die in diesen Substanzen verborgen sei. Diese Theorie war lange Zeit unangefochten, bis es Friedrich
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Wöhler 1828 gelang, erstmals eine anorganische Substanz im Labor in
eine organische umzuwandeln. Wöhlers berühmte Harnstoffsynthese
aus Ammoniumcyanat durch Erhitzen auf 60 °C: OCN−
Physikalische Chemie
Bei der physikalischen Chemie handelt es sich um den Grenzbereich zwischen Physik und Chemie. Während in der präparativen
Chemie (Organik, Anorganik) die Fragestellung z. B. ist: „Wie kann
ich einen Stoff erzeugen“, beantwortet die physikalische Chemie stärker quantitative Fragen, z. B. „Unter welchen Bedingungen findet eine
Reaktion statt?“ (Thermodynamik), oder „Wie schnell ist die Reaktion“ (Kinetik). Die an Bedeutung gewinnende theoretische Chemie,
Quantenchemie oder Molekularphysik versucht, Eigenschaften von
Stoffen, chemischer Reaktionen und Reaktionsmechanismen anhand
von physikalischen Modellen, wie z. B. der Quantenmechanik oder
Quantenelektrodynamik und numerischen Berechnungen zu ergründen.
Die Physikalische Chemie wurde um 1890 vor allem von Svante
Arrhenius, Jacobus Henricus van 't Hoff und Wilhelm Ostwald begründet. Letzterer war auch erster Herausgeber der 1887 gemeinsam
mit van 't Hoff gegründeten Zeitschrift für physikalische Chemie und
hatte in Leipzig den ersten deutschen Lehrstuhl für Physikalische
Chemie inne.
Das erste eigenständige Institut für Physikalische Chemie wurde
1895 von Walther Nernst, der sich bei Ostwald habilitiert hatte, in
Göttingen gegründet. Weitere spezifisch der Physikalischen Chemie
gewidmete Institute folgten dann in rascher Folge in Leipzig (1897),
Dresden (1900), Karlsruhe (1903), Breslau, Berlin (1905) und andernorts.
Chemiker und Physiker, die vorwiegend im Bereich der Physikalischen Chemie tätig sind, werden auch als Physikochemiker bezeichnet.
Biochemie
Biochemie: Der Blutfarbstoff Hämoglobin ist ein Eisenkomplex
im Blut, dessen Struktur sich mit der Aufnahme (Oxidation) bzw. der
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Abgabe
von
Sauerstoff
(Komplexbildungsreaktion).
(Reduktion)
ändert
Theoretische Chemie
Theoretische Chemie ist die Anwendung nichtexperimenteller
(üblicherweise mathematischer oder computersimulationstechnischer)
Methoden zur Erklärung oder Vorhersage chemischer Phänomene.
Man kann die Theoretische Chemie grob in zwei Richtungen unterteilen: Einige Methoden basieren auf Quantenmechanik, andere auf der
statistischen Thermodynamik. Wichtige theoretische Chemiker sind
bzw. waren Linus Carl Pauling, John Anthony Pople, Walter Kohn
und John C. Slater.
Technische Chemie
Die Technische Chemie beschäftigt sich mit der Umsetzung von
chemischen Reaktionen im Labormaßstab auf großmaßstäbliche Industrieproduktion.
Chemische Reaktionen aus dem Labor lassen sich nicht ohne weiteres auf die großindustrielle Produktion übertragen. Die technische
Chemie beschäftigt sich daher mit der Frage, wie aus einigen Gramm
Produkt im Labor viele Tonnen des selben Produktes in einer Fabrik
entstehen.
Etwas abstrakter ausgedrückt: Die technische Chemie sucht nach
den optimalen Bedingungen für die Durchführung technisch relevanter Reaktionen; dies geschieht empirisch oder mehr und mehr durch
eine mathematische Optimierung auf der Grundlage einer modellhaften Beschreibung des Reaktionsablaufs und des Reaktors.
Vorbereitung→Reaktion→Aufbereitung
Nahezu jede Produktion in der chemischen Industrie lässt sich in
diese drei Schritte gliedern. Zunächst müssen dabei die Edukte vorbereitet werden. Sie werden eventuell erhitzt, zerkleinert… oder komprimiert. Im zweiten Schritt findet die eigentliche Reaktion statt. Im
letzten Schritt wird schließlich das Reaktionsgemisch aufbereitet. Mit
der Vorbereitung und der Aufbereitung beschäftigt sich die chemische
Verfahrenstechnik. Mit der Reaktion im technischen Maßstab beschäftigt sich die chemische Reaktionstechnik.
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Kapitel 4
Das Museum für Naturkunde
Mit seinen über 30 Millionen Objekten gehört das Museum für
Naturkunde zu den bedeutendsten Naturkundemuseen der Welt. Die
wissenschaftlichen Sammlungen umfassen mineralogische, geologische, paläontologische und zoologische Sammlungsbestände. Sie bilden die Grundlage für die Forschung, die in den verschiedenen Bereichen des Museums durchgeführt wird, und für die öffentlichen Ausstellungen. Darüber hinaus werden sie im Rahmen von Ausleihen und
Gastaufenthalten ständig intensiv von Wissenschaftlern aus aller Welt
genutzt. Als Forschungswerkzeug sind sie mit einem Forschungsgerät
einer Großforschungseinrichtung vergleichbar.
In vielerlei Hinsicht spiegelt sich in der Geschichte des Museums
für Naturkunde die Geschichte Deutschlands in den letzten 200 Jahren. Hervorgegangen ist das Museum für Naturkunde aus drei Museen, die 1810 gleichzeitig mit der Gründung der Berliner Universität
Unter den Linden eingerichtet wurden: das Anatomisch-Zootomische,
das Mineralogische (ab 1814) und das Zoologische Museum.
Um 1880 füllten die Objekte der Sammlungen zwei Drittel des
Hauptgebäudes der Universität. Schon 1875 schätze man den Bestand
des Zoologischen Museums auf 600000 Objekte.
Dieses Ausmaß behinderte sowohl die wissenschaftliche Arbeit
als auch die Besucher. Deshalb entschloss man sich wenig später zum
Bau eines neuen Museums. Dieses wurde am 2. Dezember 1889 vom
deutschen Kaiser Wilhelm II in der Invalidenstraße eröffnet. An diesem Standort befindet sich das Museum heute noch.
Ab 1889 kam eine neue Herausforderung auf das Naturkundemuseum zu: die Aufnahme, Bearbeitung und Beförderung von Sammlungen aus den deutschen Kolonien. Dies führte zu einem gewaltigen
Zuwachs an Sammlungsmaterial, nicht zuletzt von bedeutenden Forschungsreisen, deren Material ganz selbstverständlich ins Museum für
Naturkunde als dem nationalen deutschen Naturkundemuseum eingebracht wurde. Zu diesen Forschungsreisen zählen die "Gazelle"Expedition, die Plankton-Expedition mit dem Schiff "National", die
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Valdivia-Tiefsee-Expedition und die Tendaguru-Expedition nach
Deutsch Ostafrika (heute Tansania).
Bald wuchsen die Bestände der zoologischen Sammlungen so
stark an, dass in den Jahren 1914-1917 ein zusätzlicher Quertrakt entstand. Im II. Weltkrieg kam es dann zur Katastrophe. Der weltbekannte Zoologe am Berliner Naturkundemuseum, Walter Arndt (18911944), wurde wegen “defätistischer Äußerungen“ verurteilt und am
26.Juni 1944 hingerichtet. Am 3. Februar 1945 folgte die Zerstörung
des Ostflügels des Museums. Schon zuvor hatte es erhebliche Zerstörungen an den Dächern des Gebäudes gegeben, die jedoch in den
Sammlungen relativ wenig Schaden angerichtet hatten. Die Mehrzahl
der Sammlungsstücke waren in Sicherheit gebracht worden. Mit der
Zerstörung des Ostflügels wurden die großen Säugetiere und in der
neu gebauten Walhalle die dort aufgestellten meisterhaften Walplastiken nahezu gänzlich zertrümmert. Dennoch wurde das Museum schon
am 16. September 1945 als erstes Museum in Berlin wieder eröffnet.
Nach dem Krieg im Ostteil Berlins gelegen, folgten im Museum
schwierige Jahre des Wiederaufbaus. Die Modernisierung der Schausammlung trat dabei in den Hintergrund und wurde erst Anfang der
1960iger Jahre wieder forciert. Die Sammlungen erhielten jedoch weiterhin Zuwachs durch wertvolle Schenkungen, aber auch durch eigene
Sammlungen bei Expeditionen nach Kuba, in die Mongolische Volksrepublik oder die Sowjetunion. Der Besuch westlicher Länder war die
Ausnahme. Gäste von dort konnten jedoch relativ problemlos im Museum arbeiten und so den wissenschaftlichen Austausch aufrecht erhalten.
Nach dem Mauerfall und der Wiedervereinigung kam es zu einer
Reorganisation des Museums in drei Institute: ein Institut für Mineralogie, ein Institut für Paläontologie und ein Institut für Systematische
Zoologie. 1992 renovierte man die Dächer sowie Teile der Fassade
und schuf für die drei Institute neue Labortrakte. Im August 2003 eröffnete das Museum den neuen Dauerausstellungsteil "Präparation".
Mit dem gleichzeitig eröffneten „Humboldt-Exploratorium“ ging das
Museum einen Schritt in Richtung „public understanding of science“:
Die vorwiegend jungen Besucher wurden nun von den Wissenschaftlern und Museumspädagogen zu selbstständiger wissenschaftlicher
Arbeit angeregt, was begeistert angenommen wurde. Im Jahr 2005
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wurde mit der Sanierung und Renovierung von rund einem Drittel der
Ausstellungsfläche des Museums begonnen.
Im Jahr 2006 folgte eine weitere Umstrukturierung. Es wurde erstmals ein hauptamtlicher Generaldirektor berufen. Die Institute wurden
aufgelöst zugunsten einer Abteilung für Forschung, einer Abteilung für
Sammlungen und einer Abteilung für Ausstellungen und Öffentliche
Bildung. Ende 2006 begann der Wiederaufbau des Ostflügels.
Um der überregionalen Bedeutung des Museums gerecht zu werden, wurde das Museum zum 1. Januar 2009 per Gesetz in eine Stiftung öffentlichen Rechts umgewandelt und in die LeibnizGemeinschaft aufgenommen. Es trägt jetzt die Bezeichnung „Museum
für
Naturkunde
Leibniz-Institut
für
Evolutions– und
Biodiversitätsforschung an der Humboldt-Universität zu Berlin“.
Kapitel 5
Bekannte Wissenschaftler
Richard Willstätter
Richard Willstätter wuchs in Nürnberg in einer wohlhabenden
Großkaufmannsfamilie auf. Er war Mittelschüler und als Jugendlicher
wohl sehr unordentlich, was seine Mutter zur Bemerkung "Richard,
aus dir wird nix" verleitet haben soll. Das änderte sich aber bald –
wahrscheinlich hätte er sonst sein großes Arbeitspensum gar nicht
bewältigen können. Nach dem Abitur studierte er Chemie in München
und promovierte bei Alfred Einhorn über die Struktur des Cocains.
1902 wurde er zum außerordentlichen Professor für Chemie ernannt.
Bereits 1905 folgte er dem Ruf an die ETH in Zürich, wo er bis 1912
den Lehrstuhl für allgemeine Chemie innehatte. 1912 wechselte er an
das neu gegründete Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie nach BerlinDahlem und übernahm 1915 in München den Lehrstuhl von Adolf von
Baeyer. 1914 wurde er korrespondierendes Mitglied der Bayerischen
Akademie der Wissenschaften, 1916 ordentliches Mitglied.
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Sein Interesse galt schon früh den Problemen allgemein naturwissenschaftlicher Bedeutung, d.h. der Lebensvorgänge oder Biochemie –
ein bis zum heutigen Tag aktuelles Thema. Seine Forschungsschwerpunkte lagen im Bereich der Farbstoffchemie (Chlorophyll, Hämoglobin, Anthocyane) und den Anfängen der Biochemie. Mit heute einfach anmutenden Mitteln hat er Probleme aufgegriffen, die damals
Neuland erschlossen. Seine Forschungen waren erfolgreich, weil er
die Versuche klar plante und die Auffassung vertrat, man müsse die
Natur mit schonenden, naturnahen Methoden erforschen. Wesentlich
für die Beurteilung von Willstätters wissenschaftlicher Leistung ist,
dass er sowohl epochale Entdeckungen in der klassischen organischen
Chemie gemacht, als auch komplizierte neuartige Probleme – wie die
Studien über das Chlorophyll, die Photosynthese und die Enzyme –
angepackt hat.
Für seine Untersuchungen der Farbstoffe im Pflanzenreich, vor
allem des Chlorophylls, wurde ihm 1915 der Nobelpreis für Chemie
verliehen. 1924 trat Willstätter zurück und wurde freier Mitarbeiter in
der chemischen Industrie.
Um dem wachsenden Antisemitismus in den frühen Jahren der
Weimarer Republik zu entgehen, gab er seine Professur 1924 auf.
Schließlich emigrierte er vor der Verfolgung durch die Nationalsozialisten 1938 in die Schweiz, wo er in Locarno die letzten drei Jahre seines Lebens verbrachte.
Fritz Haber
Fritz Haber stammte aus einer jüdischen Familie. Sein Vater führte ein Handelsgeschäft für Stoffe, Farben, Lacke und Drogen. Bei seiner Geburt traten schwere Komplikationen auf; die Mutter verstarb
drei Wochen später. Fritz Habers Vater konnte den Tod seiner Frau –
„für den Fritz die Ursache war“ – nicht überwinden. Dieser Umstand
führte im späteren Leben zu Spannungen zwischen Vater und Sohn.
Haber besuchte ein humanistisches Gymnasium altsprachlicher –
Latein und Griechisch – und mathematischer Ausrichtung. Chemie als
eigenständiges Fach war nicht vorgesehen. Nach kaufmännischer Lehre studierte Fritz Haber 1886 in Berlin und Heidelberg Chemie. Haber
promovierte 1891 in Berlin mit einer Arbeit Über einige Derivate des
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Piperonals in organischer Chemie. Er konvertierte 1893 zum Missfallen seines Vaters zum protestantisch-christlichen Glauben.
Nach verschiedenen Tätigkeiten in der Industrie und an Hochschulen erhielt er 1894 in Karlsruhe an der damaligen Technischen
Hochschule eine Assistentenstelle in der Physikalischen Chemie und
habilitierte dort 1896. 1898 wurde er in Karlsruhe zum außerordentlichen Professor für Technische Chemie ernannt; im selben Jahr veröffentlichte er ein Lehrbuch „Grundriß der praktischen Elektrochemie“.
An der Universität Berlin war er ab 1906 Professor, ab 1912 Honorarprofessor für physikalische Chemie.
Ab 1904 befasste Haber sich mit der katalytischen Bildung von
Ammoniak. Im Folgejahr erschien sein Lehrbuch „Thermodynamik
technischer Gasreaktionen“, in dem die Grundlagen für die späteren
thermochemischen Arbeiten stehen.
Der Forscher beantragte am 13. Oktober 1908 beim Kaiserlichen
Patentamt in Berlin Patentschutz für ein „Verfahren zur synthetischen
Darstellung von Ammoniak aus den Elementen“, den dieses am 8. Juni
1911 mit Patent Nr. 235.421 gewährte[1]. Zwischenzeitlich hatte Haber
einen Mitarbeitervertrag mit der BASF geschlossen und ihr das Patent
zur wirtschaftlichen Verwertung überlassen[2]. In der Folge entwickelte
er 1909 zusammen mit Carl Bosch bei der BASF das Haber-BoschVerfahren, das 1910 zum Patent angemeldet wurde. Dieses Verfahren
ermöglichte die synthetische Herstellung von Ammoniak als Ersatz für
Salpeter zur Herstellung von Düngemitteln und Sprengstoff.
1911 wurde er zum Direktor des Kaiser-Wilhelm-Instituts für
Physikalische Chemie und Elektrochemie in Berlin-Dahlem berufen.
Dieses Institut ist heute als Fritz-Haber-Institut der Max-PlanckGesellschaft nach ihm benannt. Weiter ist das Fritz-Haber-Zentrum
für Molekulare Dynamik der Hebräischen Universität Jerusalem nach
ihm benannt.
Seine Versuche mit Phosgen und Chlorgas (ein Nebenprodukt aus
der Farbproduktion der chemischen Industrie), die – gegen den Willen
seiner ersten Frau Clara Immerwahr (Heirat 1901), die promovierte
Chemikerin war – schon wenige Wochen nach Kriegsbeginn begannen, machten ihn zum Vater der Giftgaswaffen, die im Ersten Weltkrieg von Deutschland eingesetzt wurden. Wenige Tage nach dem ersten deutschen Giftgas-Einsatz am 22. April 1915 bei Ypern beging
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seine Frau Selbstmord mit der Dienstwaffe Habers. Nach dem Ersten
Weltkrieg wurde er aufgrund des Verstoßes gegen die Haager Landkriegsordnung von den Alliierten zeitweilig als Kriegsverbrecher gesucht und floh vorübergehend in die Schweiz. In seinen Lebenserinnerungen berichtete Otto Hahn über ein Gespräch mit Haber: „Auf meinen Einwand, daß diese Art der Kriegführung gegen die Haager
Konvention verstoße, meinte er, die Franzosen hätten – wenn auch in
unzureichender Form, nämlich mit gasgefüllter Gewehrmunition – den
Anfang hierzu gemacht. Auch seien unzählige Menschenleben zu retten, wenn der Krieg auf diese Weise schneller beendet werden könne“[3]. Ab 1919 versuchte er sechs Jahre lang vergeblich, aus dem
Meer Gold zu gewinnen, um die deutschen Reparationen zu bezahlen.
Im April 1917 hatte Haber die Leitung eines Technischen Ausschusses für Schädlingsbekämpfung übernommen, der sich mit der
Entwesung von Unterkünften (Wanzen und Kleiderläuse) und Silos
(Mehlmotten) befassen sollte. Dies geschah mit Blausäuregas, das im
so genannten Bottichverfahren hergestellt wurde, indem Cyannatrium
bzw. Cyankalium im offenen Holzbottich mit verdünnter Schwefelsäure versetzt wurde.[4] Im März 1919 wurde die Deutsche Gesellschaft für Schädlingsbekämpfung (Degesch) gegründet, deren Leitung
zunächst Haber, ab 1920 Walter Heerdt innehatte. Ferdinand Flury,
der wie Heerdt und Bruno Tesch früherer Mitarbeiter Habers war,
entwickelte Zyklon A und erhielt 1920 das Patent dafür. Zyklon A bestand aus Blausäuregas und dem stark riechenden beigefügten Warnstoff Bromessigsäuremethylester, das in Druckflaschen mit
Zerstäuberdüse geliefert wurde. Zyklon A konnte jedoch das
Bottichverfahren nicht verdrängen und galt als unwirtschaftlich.[5] Der
entscheidende Fortschritt zu einem sicheren Verfahren, bei dem Blausäure mit Warnstoff an ein poröses Trägermaterial gebunden ist, nicht
unter Druck steht und nach dem Öffnen der Blechdose langsam ausgast, gelang Walter Heerdt, dem 1926 das Patent für Zyklon B rückwirkend zum 20. Juni 1922 erteilt wurde.
Fritz Haber war seit Gründung der I.G. Farben 1925 in deren
Aufsichtsrat. Nachdem die Nationalsozialisten 1933 an den KaiserWilhelmū-Instituten den Arierparagraphen durchsetzten und die jüdischen Mitarbeiter entließen, was auch er nicht verhindern konnte, ließ
sich Haber resignierend in den Ruhestand versetzen. Er emigrierte
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nach Cambridge, wohin er noch einen Ruf an die Universität erhalten
hatte und starb kurz danach 1934 auf der Durchreise in Basel.
Die Forschungsergebnisse Habers zeigen die Janusköpfigkeit seiner naturwissenschaftlichen Tätigkeit:
Einerseits ist durch Entwicklung der Ammonniaksynthese (zur
Sprengstoffherstellung) bzw. technischer Verfahren zur Herstellung
und Einsatz von Giftgas die Kriegsführung gleichsam auf industrieller
Basis möglich geworden.
Andererseits wäre ohne diese Kenntnisse und Fertigkeiten die Ernährung der heutigen Menschheit nicht möglich. Die Weltjahresproduktion von synthetisiertem Stickstoffdünger beträgt derzeit mehr als
100 Millionen Tonnen. Ohne das diese Produktion ermöglichende
Bosch-Haber-Verfahren entfiele für eine Hälfte der derzeitigen Weltbevölkerung die Ernährungsbasis.
Carl Bosch
Carl Bosch war ein deutscher Chemiker, Techniker und Industrieller. Im Dritten Reich war er Wehrwirtschaftsführer.
Bosch erhielt 1931 zusammen mit Friedrich Bergius den Nobelpreis für Chemie "für ihre Verdienste um die Entdeckung und Entwicklung der chemischen Hochdruckverfahren“.
Carl Bosch wurde als Sohn eines Installateur-Meisters und Neffe
Robert Boschs geboren. Er ging in Schlesien in die Lehre. 1894 begann er ein Studium im Hütten-Fach (Gießereiwesen) an der Technischen Hochschule Charlottenburg, wechselte jedoch bald zur Chemie
nach Leipzig, wo er 1898 in der organischen Chemie bei Johannes
Wislicenus promovierte. Während seines Studium trat Bosch in die
Burschenschaft Cimbria Berlin ein.
Sein Eintritt in die BASF im Jahr 1899 (auf Empfehlung seines
Doktorvaters) war der Anfang einer steilen Karriere. Er entwickelte
zusammen mit Fritz Haber das 1910 patentierte Haber-BoschVerfahren zur Ammoniak-Gewinnung. Es war die Grundlage für ein
äußerst gewinnträchtiges Monopol der BASF bei der Herstellung von
Ammoniak als Grundlage für Dünger und Sprengstoff. Aufgrund des
durch die englische Blockade fehlenden Chilesalpeters sowie der unzureichenden Kapazität des Werkes in Ludwigshafen-Oppau zur Herstellung von Ammoniak für die Kriegsführung im Ersten Weltkrieg
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begann auf Vorschlag von Bosch am 1. Mai 1916 der Neubau eines
Werkes in Leuna. Unter seiner Leitung wurde das Werk in nur 9 Monaten fertiggestellt und produzierte bis zum Kriegsende ausreichende
Mengen Ammoniak.
Seine privaten Interessen gingen von der Mineralogie, über die
Botanik und das Sammeln und Präparieren von Schmetterlingen und
Käfern bis hin zur Astronomie. Er nahm immer wieder die Rolle des
Förderers und Stifters wahr. So unterstützte er ab 1930 über die Imprimatur GmbH die liberale Frankfurter Zeitung mit erheblichen finanziellen Mitteln.
Boschs Firma, die I.G. Farben, unterstützte aus reinen Profitinteressen Adolf Hitler 1932 im Wahlkampf durch die höchste Einzelspende der deutschen Wirtschaft mit 400.000 Reichsmark, um somit
für den 1933 geschlossenen Vertrag über die Lieferung von 350.000
Tonnen Hydrierbenzin den Weg zu bereiten. Letztendlich retteten die
Autarkiebestrebungen der Nationalsozialisten und der Beginn der
Rüstungswirtschaft Boschs Lieblingsprojekte, die Herstellung von
synthetischem Kautschuk (Buna) und synthetischem Benzin durch
Kohlehydrierung und bewahrte so seine Firma die I.G. Farben aufgrund fehlender Rentabilität vor der Realisierung von 300 Millionen
Reichsmark Verlusten. Im Kontrast zu diesen Aktivitäten stehen Carl
Boschs zahlreiche (vergebliche) Versuche, der nationalsozialistischen
Judenpolitik entgegenzutreten und sich für einzelne jüdische Bürger
einzusetzen, zum Teil handelte es sich dabei um Kollegen Boschs,
sowohl Chemiker als auch Mitarbeiter der I.G. Farben. Prominentestes
Beispiel war der Nobelpreisträger Fritz Haber, der 1933 alle seine
Funktionen in der deutschen Wissenschaft verlor und 1934 im Exil
starb.
1935 schied Bosch aus dem Vorstand der I.G. Farben aus und
übernahm als Nachfolger des verstorbenen Carl Duisberg den Vorsitz
des Aufsichtsrats. 1936 wurde er zum Ehrenmitglied der Preußischen
Akademie der Wissenschaften ernannt. 1937 wurde er Nachfolger als
Präsident der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft, ehe er 1940 in Heidelberg
verstarb. Zuletzt war Bosch, nicht zuletzt aufgrund der politischen
Entwicklung in Deutschland, schwer depressiv und unternahm 1939
einen Selbstmordversuch.
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