6. Analyse

Nachdem die Implementierung abgeschlossen ist, soll nun das Modell analysiert werden. Aufgrund der Komplexität kann in dieser Arbeit bei Weitem nicht auf alle Einzelheiten eingegangen werden. Im Folgenden wird zunächst das Gesamtergebnis untersucht, wozu verschiedene Szenarien betrachtet werden. Anschließend wird eine genauere Modelluntersuchung am Beispiel des Bevölkerungs-Teilssystems durchgeführt. Abschließend werden verschiedene Kritikpunkte aus der Literatur herangezogen und besprochen. Alle folgenden Diagramme werden mit der entwickelten Software erstellt.

6.1 Die Szenarien der Grenzen des Wachstums

Die Autoren des Modells haben mit der Veröffentlichung verschiedene Standardszenarien beschrieben. In jedem dieser Szenarien wurden verschiedene Parameter so eingestellt, dass bestimmte Entwicklungen abgeschätzt werden können. Die ersten drei dieser „offiziellen“ Szenarien werden nun vorgestellt. Die restlichen65 lassen sich über das das Java-Applet aufrufen. Die Szenarien verändern sich tendenziell von einer nicht nachhaltigen Entwicklung zu einer nachhaltigen.

Szenario 1:
Abbildung 22 zeigt den Standardlauf mit den für fünf Teilsysteme repräsentativen Größen. Standardlauf deswegen, da von keinen größeren Veränderungen der bisherigen Systemdynamik ausgegangen wird.


Abbildung 22: Szenario 1 – Zustand der Welt

Die Gesellschaft entwickelt sich weiter wie üblich ohne große politische Veränderungen66. Die Bevölkerung und die Industrie wachsen so lange weiter, bis der Ressourcenmangel und die Umweltverschmutzung zu groß werden. Es müssen hohe Investitionen aufgebracht werden, um den Ressourcenfluss aufrecht zu erhalten. Dadurch fehlt es an Investitionen in anderen Wirtschaftssektoren. Abbildung 23 zeigt, dass der Output in allen drei Wirtschaftsektoren stark zurück geht:


Abbildung 23: Szenario 1 - Lebensstandard

Durch die geringere Nahrungsmittelproduktion und die reduzierte Gesundheitsversorgung steigt die Sterberate, bei gleichzeitig abnehmender Geburtenrate, stark an (siehe Abbildung 24), woraus die Bevölkerungsentwicklung aus Abbildung 22 resultiert.


Abbildung 24: Szenario 1 – Geburtrate / Sterberate

Anmerkung: In vielen Graphen ist der Übergang von dem Jahr 1940 zu 1941 ein deutlicher Knick erkennbar. Dieser resultiert daraus, dass nach 1940 eine andere Datenbasis für bestimme Parameter verwendet wird.
Szenario 2:
Die natürlichen Ressourcen werden im World3-Modell auf eine Größe (natürliche Ressourcen) aggregiert. Im ersten Szenario basiert die Zahl auf einer Statistik des U.S. Bureau of Mines67 und wird mit 1012 Rohstoffeinheiten angegeben. Im Szenario 2 wird nun davon ausgegangen, dass doppelt so viele Rohstoffe vorhanden sind und weniger Kosten für den Abbau durch verbesserte Abbautechniken aufzubringen sind68. Der Parameter Zeitpunkt Investition Ressourcenbeschaffung, lässt diese Änderung der verbesserten Abbautechniken wirksam werden, indem er auf das Jahr 2002 eingestellt wird. Durch diese Änderung kann die Industrie ca. 25 Jahre länger wachsen. Das Kosumniveau - gemessen an den Konsumgütern pro Kopf - kann nun ebenfalls noch stärker anwachsen, wie die nächste Abbildung verdeutlicht.


Abbildung 25: Szenario 1 (feine Linien) und Szenario 2 (kräftige Linien) – Industrieoutput und Konsumgüter pro Kopf

Die stark angestiegene Industrieproduktion bringt eine enorme Umweltverschmutzung mit sich. Die landwirtschaftlichen Erträge sinken dadurch. Um dem entgegenzuwirken, müssen sehr große Investitionen zur Regeneration der Anbauflächen aufgebracht werden. Die Nahrungsmittelknappheit, sowie die Umweltverschmutzung und die daraus resultierende gesundheitliche Beeinträchtigung, haben einen starken Bevölkerungseinbruch (ca. um 2045) zur Folge. Die zuletzt genannte Schlussfolgerung69 ist im nächsten Schaubild zusammengefasst.


Abbildung 26: Szenario 2 – Hohe Industrieproduktion und die Folgen

Szenario 3:
Im nächsten Szenario gelten die Parameteränderungen aus dem letzten Szenario mit einer hinzukommenden Änderung. Die Technik zur Kontrolle des Schadstoffausstoßes ist verbessert worden. Hierfür wird der Parameter Verbesserungsrate Umweltschutztechnik auf 0,04 festgelegt, was bedeutet, dass „sich die pro Einheit der Industrieproduktion anfallende Schadstoffmenge ab 2002 jährlich um 4% senken läst“70. Das Ergebnis davon ist, dass die Umweltbelastung stark zurückgeht und weniger Investitionen zur Regeneration der Anbauflächen aufgebracht werden müssen. Der ökologische Fußabdruck ist durch die geringere Umweltbelastung langfristig deutlich geringer. Im Gegensatz dazu liegt die Kurve für den Wohlstandsindex nur bis zum Jahr 2085 über der vergleichbaren Kurve des zweiten Szenarios.


Abbildung 27: Szenario 2 (feine Linien) und Szenario 3 (kräftige Linien) – Wohlstandsindex und ökologischer Fußabdruck

Letztendlich kommt es jedoch auch hier zum Zusammenbruch, da die Maßnahmen nicht ausreichen, um den Kapitalabfluss aus dem Industriesektor aufzuhalten. Das nächste Schaubild zeigt die Graphen für die Bevölkerung und die Umweltbelastung für das zweite Szenario und die Veränderung dazu im dritten Szenario bis ins Jahr 2150.


Abbildung 28: Szenario 2 (feine Linien) und Szenario 3 (kräftige Linien) – Veränderung von Bevölkerungsentwicklung und Umweltbelastung

Für alle weiteren Szenarien sind die Parametereinstellungen im Anhang 4 zu finden. Diese können mit dem Java-Applet aufgerufen werden. Darüber hinaus können auch eigene Szenarien erstellt werden. Dazu müssen nur die Schieberegler (oder alternativ die Werte in den Textfeldern) in der Parameter-Registerkarte geändert werden.

6.2 Empfindlichkeit des World3-03-Modells

Wie empfindlich das Modell auf (realitätsnahe) Parameteränderungen reagiert, soll mit zwei unterschiedlichen Testreihen analysiert werden. Dazu wird jeweils ein Parameter in gleichen Intervallen verändert und für jede Änderung ein Graph ausgegeben. Die Grundeinstellung für die Parameter sind die gleichen wie in Szenario 1. Die zwei jeweiligen Änderungen sind angegeben.

1. Beispiel: Änderung des Parameter natürliche Ressourcen Anfangswert


Abbildung 29: Schrittweise Änderung des natürlichen Ressourcen Anfangswerts

Die Abbildung zeigt zunächst, dass der Anfangswert der natürlichen Ressourcen korrekt angepasst wird und sich jeweils um den Betrag von 0,5 * 1012 Ressourceneinheiten ändert, von 0,5 Billionen auf 3 Billionen. Die Kurven für die Rate der Ressourcennutzung weichen bei allen Parametereinstellungen für den anfänglichen Teil der Simulation nicht voneinander ab. Erst ab einem gewissen Zeitpunkt entscheidet die anfängliche Rohstoffmenge über den weiteren Verlauf. Ist der Anfangswert der Ressourcen hoch, sind über einen längeren Zeitraum genug Ressourcen für die Nutzung vorhanden, wodurch die entsprechende Rate weiter anwachsen kann. Erst wenn ein gewisser kritischer Wert der verbleibenden Ressourcen unterschritten wird, erreicht die Rate der Nutzung den Höhepunkt und stürzt anschließend stärker ab, als sie anfangs angewachsen ist.
Beurteilung:
Es erscheint logisch, dass sich für den Anfang der Simulation die Kurven der Ressourcennutzungsraten nicht unterscheiden, da in der Wirtschaft noch keine Grenzen auszumachen sind bzw. exponentielles Wachstum „gewährleistet“ ist. Erst ab den Zeitpunkten, wo in etwa die Hälfte der Ressourcen abgebaut sind, muss sich automatisch die Nutzungsrate drosseln. Es lässt sich anführen, dass der Abbauaufwand bei einer kleineren Ressourcenmenge größer ist und deshalb die Kurve nicht linear bis Null läuft71.
Die Fläche unter den Kurven kann zwar hier nicht berechnet werden, jedoch zeigt das Schaubild, dass sich die jeweiligen Flächen der Kurvenpaare in etwa proportional zu- bzw. abnehmen.

2. Beispiel: Änderung des Parameters Verbesserungsrate Bodenertragstechnik


Abbildung 30:  Schrittweise Verbesserung der Bodenertragstechnik

Das Schaubild zeigt die Graphen für die Größen Nahrungsmittel und Bevölkerung. Der Systemparameter Verbesserungsrate Bodenertragstechnik wurde von 0 auf 0,03 auf schließlich 0,06 eingestellt. Durch die Veränderung wird der Flächenertrag verbessert. Die Parameteränderung wird erst ab dem Jahr 2002 wirksam. Erstaunlich ist zunächst, dass eine sichtbare Veränderung erst ab dem Jahr 2035 festgestellt werden kann. Die Erklärung dafür ist, dass sich die Verbesserungsrate mit der Zeit aufkumuliert. Die Bevölkerungsentwicklung profitiert natürlich von der verbesserten Nahrungsmittelverfügbarkeit.
Beurteilung:
Es ist fraglich, ob es sinnvoll ist von einer jährlich sich verbessernden Technik auszugehen. Der  Bodenertrag kann sicherlich nicht beliebig hoch gesteigert werden. In dem Modell wird diese Entwicklung demgegenüber dadurch kompensiert, dass der Flächenverlust (nicht im Schaubild) die intensivere Nutzung kompensiert. Das ist auch ein Grund, weshalb die Kurve Nahrungsmittel für einen der Graphen, ab einem bestimmten Zeitpunkt wieder zu fallen beginnt.72
Interpretieren ließe sich daraus, dass der weltweite Versuch der Ertragsmaximierung durch intensivere Nutzung eine Kehrseite aufweist.

6.3 Untersuchung des Teilssystems Bevölkerung

Wie bereits erwähnt, ist das World3-Modell in verschiedene Teilssysteme eingeteilt. Da im zweiten Kapitel mit einem einfachen Bevölkerungsmodell in die Thematik eingeführt wurde, soll nun das Teilsystem Bevölkerung abschließend analysiert werden. Abbildung 31 zeigt das Teilssystem, so wie es in der Vensim-Version zu finden ist.


Abbildung 31: Teilsystem Bevölkerung73

Die Bevölkerung wird in vier Altersgruppen unterteilt: Präreproduktives Alter (0 bis 14 Jahre), Reproduktives Erwerbsalter (15 bis 44 Jahre), Nicht-reproduktives Erwerbsalter (45 bis 64 Jahre)  und Pensionsalter (über 65 Jahre). Jede Bevölkerungsklasse74 hat jeweils einen „Zufluss“ und zwei „Abflüsse“, mit Ausnahme der Pensionsalterklasse, welche nur einen Abfluss aufweist.
Alle Alterklassen weisen den Abfluss Sterbefälle der jeweiligen Klasse auf. Die altersspezifischen Sterberaten errechnen sich mittels Multiplikatoren75 aus der Lebenserwartung (Mortalitätsklassen).  Der zweite Abfluss der ersten drei Altersklassen, stellt den einzigen Zufluss der letzten drei Klassen dar. Dieser Übergang zwischen den verschiedenen Bevölkerungsgruppen wird über die durchschnittliche Verweildauer („Maturationsrate“) in der jeweiligen Altersklasse berechnet. Die durchschnittliche Verweildauer errechnet sich aus der Differenz des entsprechenden Bevölkerungsintervalls (z.B. Bevölkerung 15 bis 44 --> Verweildauer = 30). Alle Bevölkerungsklassen zusammen werden zu der Größe Bevölkerung aggregiert. Die Anzahl der jeweiligen altersspezifischen Sterbefälle dagegen in der Größe Sterbefälle zusammenaddiert. Die Zahl an Arbeitskräften resultiert aus den zwei Erwerbsklassen multipliziert mit der Konstante Beteiligung am Arbeitsmarkt. Der Wert für die Konstante ist auf 0,75 festgelegt (75 % der Bevölkerung der zwei mittleren Altersklassen arbeitet). Die Zahl der Geburten errechnet sich über folgende Gleichung:

Sollte der Zeitparameter Bevölkerungsgleichgewicht auf einen kleinern Wert gesetzt worden sein, als wie die Einstellung für das zeitliche Ende der Simulation, ist die Zahl der Geburten gleich der Zahl der Sterbefälle. Natürlich ist diese Einstellung unrealistisch, jedoch für Testzwecke brauchbar. Im Normalfall ergibt sich die Geburtenzahl aus der Gesamtfertilität multipliziert mit der reproduktiven Altersklasse geteilt durch den Parameter reproduktive Lebensspanne. Der zuletzt genannte Parameter stellt die reproduktive Lebensspanne dar und ist identisch mit der mittleren Verweildauer der gleichen Alterklasse (--> 30 Jahre). Die zwei noch nicht genannten Parameter Geburtenrate und Sterberate ergeben sich aus den zwei folgenden Gleichungen:

Die Geburtenrate wird in der Demografie auch mit Geburtenziffer bezeichnet und stellt die Anzahl der Lebendgeborenen pro Jahr bezogen auf 1000 Einwohnern dar. Die Sterberate wird mit Sterbeziffer bezeichnet.76