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We analyze the optimal dynamic scale and structure of a two-sectoreconomy, where each sector produces one consumption good and one specific pollutant. Both pollutants accumulate at di_erent rates to stocks which damage the natural environment. This acts as a dynamic driving force for the economy. Our analysis shows that along the optimal time-path (i) the overall scale of economic activity may be less than maximal; (ii) the time scale of economic dynamics (change of scale and structure) is mainly determined by the lifetime of pollutants, their harmfulness and the discount rate; and (iii) the optimal control of economic scale and structure may be non-monotonic. These results raise important questions about the optimal design of environmental policies.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Kinetik der Hg-Emission aus Böden und die Bedeutung der nach heutigem Wissenstand relevanten Umweltparameter, i.e. der Hg-Substratkonzentration, der Bodentemperatur, der Bodenfeuchtigkeit, der Lichteinstrahlung und der atmosphärischen Turbulenz, aufzuklären. Hierfür wurde ein Laborflusskammersystem entwickelt und aufgebaut, mit dem sich der Einfluss dieser Parameter auf die Hg-Emission unter kontrollierten und reproduzierbaren Bedingungen im Labor untersuchen ließ. Mit dieser Arbeit wird die erste systematische Untersuchung aller nach heutigem Wissensstand relevanten Umweltparameter vorgelegt, bei der auch die gegenseitige Wechselwirkung der einzelnen Parameter erfasst und eingehend untersucht werden konnte. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die Emission von Hg aus Böden durch zwei unterschiedliche Mechanismen, einen thermischen und einen lichtinduzierten, kontrolliert wird. Die thermisch kontrollierte Emission folgt einer Kinetik quasi nullter Ordnung. Der Mechanismus lässt sich durch ein klassisches Phasengleichgewicht des Hg° zwischen der Bodenmatrix und der Gasphase beschreiben, wobei sich die Bodenfeuchtigkeit über den die Bodenmatrix umschließenden Wasserfilm auf die Kinetik der Phasenreaktion auswirkt. Der Einfluss der Bodenfeuchtigkeit lässt sich über die Wasserspannung erklären. Sie wirkt sich über die Schichtdicke des Wasserfilms und die Oberflächenspannung auf die Geschwindigkeit der Phasenreaktion und die Lage des Phasengleichgewichtes aus. Der zweite Freisetzungsmechanismus basiert auf einer unspezifischen photochemischen Reduktion von Hg-Huminstoffkomplexen zu Hg°. Der wahrscheinlichste Mechanismus ist dabei die Reduktion eines Hg-Huminstoffkomplexes. Für die photochemische Reduktion des Hg konnte ein verallgemeinertes solares Wirkungsgradspektrum abgeleitet werden, welches zusammen mit der hier gefundenen Konzentrationsabhängigkeit eine wesentliche Grundlage zur Quantifizierung dieses Mechanismus bildet. Die Ergebnisse dieser Arbeit sind in ein Modell eingeflossen, welches in Kombination mit Freilandmessungen einen wichtigen Beitrag zur Quantifizierung der Hg-Emission aus Böden auf lokaler, regionaler und globaler Ebene liefern kann.
