Arbeitsblatt: Japan - die Katastrophe

Fadri Feuerstein Physik – aktuell März 2011 Japan – die Katastrophe Physik – aktuell (März 2011, Real) Wo liegt Japan? Was ist alles passiert? Was müssen die Japaner noch alles befürchten? Was bedeutet der Begriff „Super-GAU? Was bedeutet das für uns hier in der Schweiz – müssen wir uns davor fürchten? Was passierte in Tschernobyl am 26. April 1986? Wie funktionieren Kernkraftwerke? Was versteht man unter einer „Kernschmelze? 1 Fadri Feuerstein Physik – aktuell März 2011 Japan – die Katastrophe Physik – aktuell (März 2011, Real) Wo liegt Japan? RAGESTELLUNG 1: 1. Atlas S. 174/175 (neu) 2. Miss die Distanz zwischen Japan Tokyo und Schweiz Bern in cm. 3. Wie viele Kilometer liegen zwischen Japan und der Schweiz (Massstab 1 600000) 2 Fadri Feuerstein Physik – aktuell März 2011 Japan – die Katastrophe Physik – aktuell (März 2011, Real) Vortragsreihe: Gruppe 1: Erkundigt sich laufend zu den Geschehnissen In Japan. Gruppe 2: Wie entstehen Tsunamis? Wo entstehen diese? Welche Auswirkungen haben Tsnumais? Was haben Tsunamis in Japan zerstört? Gruppe 3: Wie funktionieren Kernkraftwerke? Wozu dienen Kernkraftwerke? Was versteht man unter einer „Kernschmelze? Gruppe 4: Was bedeutet der Begriff „Super-GAU? Müssen wir uns hier in der Schweiz fürchten? Wovor müssen sich die Japaner fürchten? Gruppe 5: Was passierte in Tschernobyl am 26. April 1986? Ausgangslage: Recherchiert, erkundigt euch, schaut euch Filme an, holt euch Erklärungen, versucht zu verstehen! Ihr seid anschliessend Experten – also auch verantwortlich, dass ihr euer Thema versteht und Fragen beantworten könnt. Ziel: gute Hilfsmittel (PowerPoint, Filme, .) die zur Erklärung dienen, eine inhaltlich korrekte aber auch vom Layout her spannende und anschauliche Zusammenfassung für eure Mitschüler. Bereitet auch Fragen vor. Zeit: Dienstag 15.03.2011, Mittwoch 16.03.2011: VORBEREITUNG Ab Dienstag, 22.03.2011: Vorträge 3 Fadri Feuerstein Physik – aktuell März 2011 Japan – die Katastrophe Physik – aktuell (März 2011, Real) Gruppe 1: RAGESTELLUNG Erkundigt euch laufend zu den Geschehnissen in Japan. Notiert diese, zeigt dazu Bilder, erwähnt Fakten und notiert genaue Daten. Mega-Katastrophe in Japan: Ein gewaltiger Erdstoß bringt Häuser zum Einsturz und löst einen Tsunami aus. Und die Erde kommt nicht zur Ruhe. Wo die Naturgewalten gewütet haben und welche Regionen Glück gehabt haben. Eine gewaltige Naturkatastrophe mit unabsehbaren Folgen schockiert Japan und die Welt: Erst erschütterte ein Erdstoß mit der Stärke 8,9 das Land, dann rollte der durch das Beben ausgelöste Tsunami heran. Eine gewaltige Flutwelle überspülte die Ostküste der Hauptinsel Honshu. Boote wurden ans Ufer geschleudert und Autos und Häuser ins Meer gespült. Vermutlich Tausende Menschen kamen ums Leben. Das Epizentrum des Bebens gegen 14:45 Uhr Ortszeit (6:45 Uhr MEZ) lag 130 Kilometer östlich der Stadt Sendai und knapp 400 Kilometer nordöstlich der Hauptstadt Tokio. Monsterwelle überflutet Hafenstädte Eine zehn Meter hohe Flutwelle traf die Küste rund um die Hafenstadt Sendai. In Aufnahmen aus Hubschraubern war zu sehen, wie die Flutwelle Schiffe, Lastwagen, Autos und Trümmer vor sich her in die Stadt Sendai schob. Flüsse traten durch das einströmende Meerwasser über die Ufer. Die Behörden riefen die Küstenbewohner auf, sich in höher gelegene Gebiete oder in obere Stockwerke zu begeben. Es drohten weitere Tsunamis. Auch könne es weitere starke Nachbeben geben. Eines erschütterte die Region rund 16 Stunden nach dem ersten Erdstoß. Nach einem Störfall in einem Kernkraftwerk, einer Folge des Bebens, droht im Norden jetzt eine Nuklearkatastrophe. Erste Anwohner des Atommeilers Fukushima Daiichi sind verstrahlt, in zwei Reaktoren kommt es offenbar bereits zu einer Kernschmelze. Das Beben hatte Folgen für den gesamten pazifischen Raum. Der Tsunami erreichte die Philippinen und Taiwan, ebenso die amerikanische Westküste und Chilie. Während es auf Hawaii keine Schäden gab, wurde auf Papua-Neuguinea ein Küstenabschnitt verwüstet. In Kalifornien ertrank ein Mensch. 4 Fadri Feuerstein Physik – aktuell März 2011 Japan – die Katastrophe Physik – aktuell (März 2011, Real) Gruppe 2: RAGESTELLUNG Wie entstehen Tsunamis? Wo entstehen diese? Welche Auswirkungen haben Tsnumais? Was haben Tsunamis in Japan zerstört? Der Begriff Tsunami stammt aus dem japanischen und bedeutet „Grosse Welle im Hafen. Der Begriff wurde von Fischern geprägt, die abends in ihren Hafen zurückkehrten und deren Dörfer und Städte durch eine Riesenwelle zerstört wurden, obwohl sie auf dem offenen Meer keine Wellen bemerkt hatten. Tsunamis entstehen durch die plötzliche Verdrängung riesiger Wassermassen, bedingt durch Erdbeben auf dem Meeresboden, Vulkanausbrüche über und unter Wasser, Erdrutsche oder Meteoriteneinschläge. Etwa 86% aller Tsunamis entstehen durch die so genannten Seebeben Damit ein Tsunami, verursacht von Seebeben, überhaupt entstehen kann, müssen drei Voraussetzungen gegeben sein: 1. Das Erdbeben muss mindestens eine Stärke von 7,0 auf der Richter-Skala haben. Erst ab dieser Stärke reicht die freigesetzte Energie aus, um das Wasser ruckartig hochzuheben. 2. Der Meeresboden muss durch das Erdbeben angehoben oder abgesenkt werden. Wird der Meeresgrund nur seitlich versetzt, entsteht kein Tsunami. Wie zum Beispiel bei dem Erdbeben am 28.3.2005 vor der Westküste Sumatras. 3. Das Hypozentrum des Erdbebens muss sich nahe der Erdoberfläche befinden. Der Unterschied zwischen Tsunamis und normalen oder von starkem Wind verursachten Wellen ist die extrem große Wellenlänge. Das ist der Abstand von einem Wellenberg zum nächsten Wellenberg, der bei Tsunamis zwischen 100 und 300 km betragen kann. Ein weiteres Merkmal von Tsunamis ist ihre relativ kleine Wellenhöhe auf dem offenen Meer. Sie liegt meist zwischen einem halben und einem Meter. Daher werden die Wellen in tiefen Gewässern meist nicht wahrgenommen. Gefährlich wird die Welle erst, wenn sie auf Land trifft. In dem immer flacher werdenden Küstenbereich wird die Welle von ihrer Höchstgeschwindigkeit (bis zu 1.000 km/h auf dem offenen Meer) abgebremst und türmt sich dadurch zu einer bis zu 30 Meter hohen Wellenwand auf. Grund dafür ist die Wasserbewegung. Während bei einer vom Wind erzeugten Welle nur die oberen Wasserschichten bewegt werden, wird bei einer Tsunamiwelle das gesamte Wasservolumen in Bewegung versetzt, vom Meeresboden bis zur Wasseroberfläche. 5 Fadri Feuerstein Physik – aktuell März 2011 Nähert sich dem Land zuerst ein Wellental, wird das Wasser mit einem ungeheueren Sog ins Meer hinaus gezogen. Dadurch wird der Meeresboden oft über große Flächen trockengelegt. Wird diese Erscheinung richtig gedeutet, haben die Menschen am Strand, aufgrund der großen Wellenlänge, ein paar Minuten bis zu einer halben Stunde Zeit, um sich auf höher gelegene Stellen zu flüchten. Der ersten Welle, die am Strand bis zu 30 Meter hoch werden kann, folgen meist weitere, zum Teil noch gefährlichere Flutwellen. Gefährlich sind nicht nur die Wellenberge sondern auch die Wellentäler, da ihr Sog Menschen und ganze Häuser kilometerweit in das Meer hinausziehen kann. Die Vorwarnzeit beträgt je nach Entfernung zum Erdbeben wenige Minuten bis mehrere Stunden. 6 Fadri Feuerstein Physik – aktuell März 2011 Japan – die Katastrophe Physik – aktuell (März 2011, Real) Gruppe 3: RAGESTELLUNG Wie funktionieren Kernkraftwerke? Wozu dienen Kernkraftwerke? Was versteht man unter einer „Kernschmelze? Kernschmelze: Gruppen Oberstufe Real Geografie Japan-KkW Das Horrorszenario der Kernschmelze in einem Atomkraftwerk scheint in Japan Realität geworden zu sein. Welche Kettenreaktionen zu erwarten sind. Die Kernschmelze ist ein extrem gefährlicher Unfall in einem Kernreaktor. Wenn – wie jetzt in Japan – bei einem Atomkraftwerk die Kühlung versagt und sämtliche Sicherheitsvorkehrungen ausfallen, erhitzen sich die Brennstäbe im Reaktorkern. Im schlimmsten Fall schmelzen zunächst die Metallhülsen der Brennstäbe, später auch der Uran- oder Plutoniumbrennstoff selbst. Die Kettenreaktion erfolgt dann „unkontrolliert. Der Kern wird so heiß, dass die Schmelzmasse sich durch die Stahlwände des Reaktorgefäßes frisst. Damit würde eine große Menge Radioaktivität in dem Schutzgebäude rund um das Reaktorgefäß freigesetzt. Dieses Gebäude soll den Austritt von Radioaktivität in die Umwelt verhindern. Steht der Reaktordruckbehälter noch unter Druck, kann es bei den im inneren ablaufenden Reaktionen mit Wasserdampf zu einer Explosion kommen. Dadurch können hochradioaktive Spaltprodukte nach außen dringen und sich in der Umgebung ausbreiten. Als bekanntestes Ereignis mit einer Kernschmelze gilt der Reaktorunfall im Block 4 des Kraftwerks von Tschernobyl am 26. April 1986. Nach einer Explosion im Reaktorkern wurde eine große Menge radioaktiver Stoffe freigesetzt. Die radioaktive Wolke verbreitete sich damals über weite Teile Europas. 7 Fadri Feuerstein Physik – aktuell März 2011 Japan – die Katastrophe Physik – aktuell (März 2011, Real) Gruppe 4: RAGESTELLUNG Was bedeutet der Begriff „Super-GAU? Müssen wir uns hier in der Schweiz fürchten? Wovor müssen sich die Japaner fürchten? Ein Auslegungsstörfall eines Kernkraftwerks (AKW, KKW) größter anzunehmender Unfall (GAU) ist der größte Unfall. Die Sicherheitssysteme müssen in einem solchen Fall gewährleisten, dass die Strahlenbelastung außerhalb der Anlage die nach der Strahlenschutzverordnung geltenden Störfallgrenzwerte nicht überschreitet. Als Super-GAU wird ein Unfall bezeichnet, bei dem stärkere Belastungen auftreten als beim oben definierten Auslegungsstörfall. Mit „Super wird angedeutet, dass die Folgen des GAU übertroffen werden. Bei einer Freisetzung von Radioaktivität jenseits der gesetzlich festgelegten Grenzwerte ist daher nach Definition der Rahmen des GAU überschritten und ein Super-GAU eingetreten. Streng genommen erfüllt ein Unfall ab der INES-Stufe 5 diese Bedingung. Es ist jedoch in der Politik üblich, erst schwere und katastrophale Unfälle mit Super-GAU zu bezeichnen (INES 6 und INES 7). Bekanntestes Beispiel für einen Super-GAU war die Katastrophe von Tschernobyl. In der Folge eines Super-GAU geht die wirtschaftliche Investition in ein AKW oder eine Wiederaufbereitungsanlage (WAA) durch eine unkontrollierte Kettenreaktion vollständig verloren, das AKW wird danach nicht mehr nutzbar sein. Hingegen sind die Folgen eines Super-GAU in der Regel beträchtlich und überschreiten die in der gesamten vorherigen Betriebszeit erwirtschafteten Betriebsgewinne. Zudem waren in allen bekannten Fällen die Versicherungen der Betreibers völlig unzureichend (soweit überhaupt vorhanden), um die Folgen zu entschädigen. Daher wird im Fall eines Super-GAU die Folgelast regelmäßig von der gesamten Gesellschaft und dafür durch den Staatshaushalten getragen. Unfälle vom Kaliber Super-GAU sind weltweit bekannt, beispielsweise von Windscale (WAA Sellafield), Three Mile Island, Tschernobyl und anderen Standorten. In der lokalen Wirkung macht ein Super-Gau den Standort und seine Umgebung unbewohnbar, wie beispielsweise in Prypjat (Stadt) auch an den Standorten von experimentellen offenen Kernwaffenexplosionen. 8 Fadri Feuerstein Physik – aktuell März 2011 Japan – die Katastrophe Physik – aktuell (März 2011, Real) Gruppe 5: RAGESTELLUNG Was passierte in Tschernobyl am 26. April 1986? Die Katastrophe von Tschernobyl (auch: Super-GAU von Tschernobyl) ereignete sich am 26. April 1986 im Kernkraftwerk Tschernobyl nahe der ukrainischen Stadt Prypjat an der Grenze zu Weißrussland, als Folge einer Kernschmelze und Explosion im Kernreaktor Tschernobyl Block 4. Sie gilt als bisher schwerste nukleare Havarie und als eine der schlimmsten Umweltkatastrophen. Auf der INES-Skala wurde sie als bisher einziges Ereignis mit dem Höchstwert 7 (katastrophaler Unfall) eingestuft. Grundlegende Mängel in der Konstruktion des Reaktors sowie Planungs- und Bedienungsfehler bei einem Versuch schaukelten sich auf und bewirkten einen Super-GAU. Große Mengen an radioaktivem Material wurden in die Luft geschleudert und verteilten sich hauptsächlich über die Region nordöstlich von Tschernobyl, aber auch über viele Regionen Europas. Der Unfall führte bei einer nicht genau bekannten Zahl von Menschen zum Tod. Bei vielen Erkrankungen wird die Strahlung als mögliche Ursache angesehen. Dazu kommen psychische, soziale, ökologische und ökonomische Schäden. Über die zu erwartenden Langzeitfolgen besteht seit Jahren ein Streit auch unter Wissenschaftlern. Nach der Katastrophe hatten hunderttausende Helfer, so genannte Liquidatoren, einen Sarkophag – einen provisorischen Betonmantel – um den explodierten Reaktor errichtet. Dieser ist inzwischen an vielen Stellen gerissen und droht einzustürzen. Mit ausländischer Finanzhilfe soll deshalb in den kommenden Jahren eine neue Schutzhülle gebaut werden. Bekannt ist die Katastrophe unter dem russischen Namen der Nachbarstadt Tschernobyl, da Russisch zum Zeitpunkt der Katastrophe Hauptamtssprache war. Der heute amtliche ukrainische Name der Stadt lautet Tschornobyl. 9 Fadri Feuerstein Physik – aktuell März 2011 Japan – die Katastrophe Physik – aktuell (März 2011, Real) 10 Fadri Feuerstein Physik – aktuell März 2011 11 Fadri Feuerstein Physik – aktuell März 2011 12 Fadri Feuerstein Physik – aktuell März 2011 13 Fadri Feuerstein Physik – aktuell März 2011 14 Fadri Feuerstein Physik – aktuell März 2011 Japan – die Katastrophe ABSCHLUSS-ARBEIT Wir haben viel gehört, viel Neues dazu gelernt und haben unsere Gedanken zur Katastrophe in Japan gemacht. So wollen wir nun dieses schreckliche Thema mit einer schriftlichen Arbeit abschliessen. Schriftliche Arbeit (wird benotet) Einzelarbeit THEMEN: Die Geschehnisse In Japan. Wie entstehen Tsunamis? Wo entstehen diese? Wie funktionieren Kernkraftwerke? Wozu dienen Kernkraftwerke? Was versteht man unter einer „Kernschmelze? Was bedeutet der Begriff „Super-GAU? Überschriften für die schriftliche Arbeit AUFTRAG: Was passierte in Tschernobyl am 26. April 1986? ACHTUNG: Keine Textkopien aus dem Internet! ZEITAUFWAND: Dienstag, 12.04.2011 Mittwoch, 13.04.2011 ABGABETERMIN: Dienstag, 19.04.2011 15