Biosphäre und Ökosysteme
Alle Lebewesen von den Tiefen der Ozeane und Meere bis zu der unteren Lufthülle der Erde gehören zur Biosphäre. So heißt unsere Welt in der Biologie. |
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Für Schlauwebbis
Lebewesen stehen im Austausch mit der Umgebung ihres Lebensraumes. Sie nehmen Stoffe z. B. durch Nahrung oder Atmung auf und geben sie in umgewandelter Form wieder an ihre Umgebung ab. Alle Lebewesen sind dazu in der Lage sich fortzupflanzen. Außerdem besitzen sie die Fähigkeit, sich veränderten Umweltbedingungen anzupassen. |
Innerhalb der Biosphäre steht alles Lebendige im ständigen Austausch mit der unbelebten Umwelt aus Luft, Wasser, Erdboden und anderen Stoffen.
Lebensgemeinschaften und ihre Umgebung bilden ein Ökosystem, eine Mini-Biosphäre. Ein toter Baumstamm kann ebenso ein Ökosystem sein wie ein ganzer Laubwald. Eines haben beide gemeinsam: Alle Lebewesen sind aufeinander angewiesen und durch Nährstoffkreisläufe miteinander verbunden. Das gilt für die Bakterie im Waldboden genauso wie für die 30 Meter hohe Buche, in der gerade ein Schwarzspecht brütet.
| Ein Aquarium ist ein von Menschen angelegtes Ökosystem. Es eignet sich gut zur Beobachtung der Stoffkreisläufe. Die Fische und Pflanzen im Aquarium leben in wechselseitigen Beziehungen zu ihrer Wasserumgebung. Sie sind eingebunden in die Kreisläufe, in denen ständig Nährstoffe ausgetauscht und umgewandelt werden. Das Ökosystem kann jedoch nur dann reibungslos funktionieren, wenn alle beteiligten Lebewesen, die Umgebung und die Bedingungen wie Licht, Temperatur und Luft im Gleichgewicht sind. Gibt es von einem Bestandteil zu viel oder zu wenig, sind die Folgen verheerend. |
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Die Nährstoffkreisläufe
Der Sauerstoffkreislauf und der Kohlenstoffkreislauf sind miteinander verbunden. Am Beispiel des Aquariums bedeutet es vereinfacht, dass Pflanzen die Fische mit Sauerstoff zum Atmen versorgen. Pflanzen und Fische atmen diese Luft als Kohlendioxid aus. Das Kohlendioxid wird von den Pflanzen wieder in Sauerstoff umgewandelt.
Der Sauerstoffkreislauf
Sauerstoff ist der Stoff des Lebens. Es ist ein farbloses und geruchloses Gas ohne Geschmack. Chemiker nennen es O2. Die Natur hat zur Herstellung von Sauerstoff einen einzigartigen Prozess entwickelt: die Fotosynthese. Pflanzen stellen mithilfe ihres grünen Pflanzenfarbstoffs (Chlorophyll) aus Licht, Wasser und Kohlendioxid den Sauerstoff her. Das Kohlendioxid entsteht bei der Atmung und beim Verfeuern von Brennstoffen.
Für Schlauwebbis
Fossile Brennstoffe – die Energiequellen aus der Vergangenheit
Die Karbonzeit vor 360 bis 290 Millionen Jahren hat uns die wichtigen Energiequellen Erdöl, Kohle und Erdgas hinterlassen. Das Werden und Vergehen der riesigen Sumpfwälder und ihrer Bewohner waren die Voraussetzungen für die Entstehung der Kohle. Erdöl und Erdgas haben wir dem Absterben von winzigkleinen Lebewesen, hauptsächlich Algen, in den Urmeeren zu verdanken. Während ihrer Verwesung am Meeresgrund entwickelten sich im Verlauf der Urzeit daraus Erdöl und Erdgas. |
Bei der Fotosynthese ist Sauerstoff ein Abfallprodukt. Sauerstoff entsteht, wenn die Pflanzen Traubenzucker (Glucose) als Nährstoff erzeugen. In der Nacht oder bei Dunkelheit benötigt die Pflanze selbst Sauerstoff, den sie aus der Umgebungsluft nimmt. Die Wasserpflanzen im Aquarium wandeln das von den Fischen ausgeatmete Kohlendioxid in Sauerstoff um. Die Größe eines Aquariums und die Wassertemperatur beeinflussen ebenfalls den Sauerstoffgehalt des Wassers:
Je wärmer das Wasser ist, desto weniger Sauerstoff kann es aufnehmen. Wird die Anzahl der Pflanzen erhöht, steigt auch der Sauerstoffgehalt.
Je mehr Fische im Aquarium sind, desto mehr Sauerstoff verbrauchen sie und desto höher wird der Anteil an Kohlendioxid im Wasser. Bis zu einem bestimmten Punkt können die Pflanzen das Kohlendioxid aufnehmen und verarbeiten. Wird dieser Punkt überschritten, ersticken die Fische, weil zu wenig Sauerstoff im Wasser ist.
Der Kohlenstoffkreislauf
Kohlenstoff ist das Element in der Natur, das am häufigsten mit anderen Stoffen Verbindungen eingeht. In einer chemischen Formel wird Kohlenstoff mit einem C dargestellt. Ebenso wie Sauerstoff benötigen alle Lebewesen das Element Kohlenstoff als Grundstoff für andere Bausteine des Lebens wie Zucker, Stärke, Zellstoff, Fette, Eiweiße usw.
Kohlenstoff ist kein Gas und kein Metall. Ein Diamant ist aber z. B. Kohlenstoff in Kristallform und gehört zu den Mineralien.
CO2
Kohlendioxid ist eine Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff. Daher der Name CO2. Es ist ein Gas, das man weder sehen noch riechen kann. Im Gegensatz zu Sauerstoff schmeckt es jedoch leicht säuerlich. Kohlendioxid hat großen Einfluss auf das Leben dieser Erde. Es ist in riesigen Mengen im Meer und in Kalkstein gespeichert. Auch in Kohle, Erdgas und Öl ist Kohlenstoff enthalten. Bei der Verbrennung dieser Stoffe, zum Beispiel beim Autofahren oder Heizen, entsteht Kohlendioxid. Gleichzeitig ist es das Abfallprodukt der Atmung und der Stoff aus dem Pflanzen durch die Fotosynthese Sauerstoff herstellen. Hier schließt sich der Kreis auch für unser Aquarium: Sauerstoff und Kohlendioxid müssen in einem bestimmten Verhältnis zueinander im Wasser gelöst sein, damit die Fische und Pflanzen überleben können.
Für Schlauwebbis: Treibhauseffekt und Klimawandel
Kohlendioxid wird auch als „Treibhausgas“ bezeichnet. Kohlendioxid, Wasserdampf und winzige Mengen anderer Gase hüllen die Erde schützend ein. Diese Hülle „schluckt“ die Sonneneinstrahlung und wirft sie gleichzeitig zurück. Wie in einem Treibhaus bleibt die Wärme in der Atmosphäre. Auf der Erde ist es dadurch im Durchschnitt 15° C warm.
Ohne diese natürliche Schutzhülle würden die Temperaturen bei -18° C liegen. Ein Leben auf der Erde wäre nicht möglich. Im Urzeit-Spezial erfährst du mehr über die Entstehung der Erde.
Dann erfand der Mensch die Dampfmaschine, deren Dampfkessel mit Kohle betrieben, wird und als Abfall CO2 produzierte. Das Zeitalter der Industrialisierung begann. 300 Jahre später ist Liste der technischen Errungenschaften, die unablässig Kohlendioxid und andere Schadstoffe in die Atmosphäre pusten, lang: Fabriken, Flugzeuge, Autos Heizungen und Computer usw. In unserem „Treibhaus Erde“ steigen deshalb die Temperaturen. Bis zum Jahr 2100 sollen im Durchschnitt Temperaturen zwischen 16,4° C und 20,8°C herrschen.
Das hat Folgen:
Gletscher und Polkappen schmelzen ab. Dadurch steigen die Meeresspiegel. Wenn die Meeresspiegel steigen, wird Lebensraum überschwemmt und damit vernichtet. Hochwasser und starke Regenfälle nehmen weltweit zu, da sich im Wasserkreislauf der Erde immer mehr Wasser befindet. Das Wetter
und das Klima verändern sich. Während die Menschen auf der einen Erdhalbkugel gegen Wassermassen kämpfen, mangelt es auf der anderen Erdhalbkugel am kostbaren Nass. Die Wüsten breiten sich noch weiter aus. Es kommt zu starken, lang anhaltenden Hitzwellen und großer Trockenheit - auch in Südeuropa. Vor allem aber: Wo es kein oder zu viel Wasser gibt, wachsen keine Pflanzen. Es kann weder Obst und Gemüse noch Getreide angebaut werden. Noch mehr Menschen auf der Welt werden hungern und in Armut leben.
Klimaforscher und Umweltschützer auf der ganzen Welt fordern daher alle Länder dieser Erde auf, den Ausstoß von CO2 zu verringern.
Welchen Beitrag du leisten kannst, steht hier. |
Der Stickstoffkreislauf
Stickstoff gehört ebenfalls zu den wichtigen Stoffen des Lebens. Es handelt sich um ein farbloses Gas mit dem chemischen Zeichen N. Stickstoff wird als Ausgangsstoff für weitere Bausteine in den Zellen der Lebewesen benötigt. Er steckt z. B. im Chlorophyll der Pflanzen. Unsere Atmosphäre besteht zu ca. 80% aus Stickstoff. Aber nur bestimmte Bakterien können ihn für sich nutzen: Bakterien mit den lustigen Namen Nitrosomonas und Nitrobacter. Über verschiedene Umbaustufen wandeln sie Stickstoff mit Hilfe von Sauerstoff in Nitrat um. Diese Nitrate werden aus dem Boden von Pflanzen als Nährstoff aufgenommen. Über die Nahrungskette nehmen alle anderen Lebewesen diese Stickstoffverbindung ebenfalls auf.
Schwere Kost: Nitrifikation und Dinitrifikation
Bei der Zersetzung toter Lebewesen und den Ausscheidungen von Mensch und Tier wird Stickstoff durch Bakterien wieder aus chemischen Verbindungen gelöst. Es gelangt so zurück die Atmosphäre. Diese Vorgänge nennt man Nitrifikation und Denitrifikation. Durch abgestorbene Pflanzen, Futterreste, dem Kot bzw. Urin der Fische entsteht im Aquarium zunächst Ammonium. Die Nitrosomonasbakterien nehmen das Ammonium auf und scheiden es als Nitrit wieder aus. Das Nitrit verwenden die Nitrobacter, um es zusammen mit Sauerstoff zu Nitrat abzubauen. Ammonium und Nitrat dienen den Aquariumpflanzen als Nährstoffe zum Wachsen und Gedeihen.
Werden die Pflanzen gefressen oder sterben ab, wird das Ammonium wieder freigesetzt und der Kreis schließt sich. Befinden sich alle Elemente des Stickstoffkreislaufs im Gleichgewicht, geht es den Fischen und Pflanzen gut. Wenn die Bakterien ihre Arbeit allerdings nicht richtig machen oder im Bodengrund zu wenige sind, werden Ammonium und Nitrit zur tödlichen Falle. Bereits gering erhöhte Werte der beiden Stoffe sind Gift für die Fische. Das Nitrit hemmt den Sauerstofftransport im Blut der Fische und sie ersticken. Eine Nitritvergiftung bei Fischen erkennt man daran, dass sie verstärkt atmen und sich an der Wasseroberfläche aufhalten. Um diese Katastrophe zu vermeiden, müssen die Wasserwerte regelmäßig kontrolliert werden. Außerdem dürfen sich nicht zu viele Fische im Aquarium tummeln. Bei der Fütterung muss man darauf achten, dass nicht zu viel und zu oft gefüttert wird. Je mehr Futter die Fische bekommen, desto mehr scheiden sie aus oder die Futterreste erhöhen die Werte.
Du siehst, alles ist eins und voneinander abhängig. Bereits geringfügige Veränderungen haben Auswirkungen. Das gilt für ein Aquarium ebenso wie für das Korallenriff im Meer oder das Ökosystem Mensch.
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