Kohlenstoffkreislauf & Stickstoffkreislauf

2.2Beispiel eines Ökosystems
2.2.2Stoffkreisläufe
  • Kohlenstoffkreislauf
  • Stickstoffkreislauf

Da wir nun die wesentlichen Elemente eines Ökosystems
besprochen haben, können wir einmal den Weg von 2 wichtigen Elementen
in der Biosphäre verfolgen: Kohlenstoff
und Stickstoff. Daneben sind
sicherlich O2, Schwefel und Phosphor ebenfalls interessant,
nicht zu vergessen der Wasserkreislauf.

Kohlenstoffkreislauf

Der Kohlenstoffkreislauf ist die Umwandlung von C
in seine verschiedenen Erscheinungsformen in der Biosphäre.

(siehe auch Biokurs Klasse 13
Evolution)

Alle Lebewesen benötigen Kohlenstoff, um
ihre körpereigenen organischen Stoffe herzustellen. Er tritt in der
Natur entweder als CO2, als Carbonat (CO32-)
oder in organischen Stoffen auf.

ckreisl1

CO2 wird von den Pflanzen
assimiliert
und durch die Photosynthese in organische Stoffe umgewandelt.
Auch Pflanzen bauen aerob organische
Stoffe ab und geben dabei CO2 an die Luft ab (Dissimilation).

Pflanzen dienen den Tieren als Nahrung, die diese umbauen
und zum Energiegewinn dissimilieren. Dabei entsteht CO2,
das ausgeatmet wird.

Abgestorbenes organisches Material wird von Bodenbewohnern
aerob
zersetzt. Dabei entsteht CO2, das wieder in die Atmosphäre
entweicht.

Blau
eingezeichnet ist das CO2, das von den aeroben Organismen ausgeatmet
wird und das CO2 der Vulkanausbrüche und nichtvulkanischen
Bodenausgasung. Diese CO2-Quellen werden normalerweise in den
Schaubildern vergessen.

Da 70% der Erde mit Wasser bedeckt ist, und Wasser eine
bemerkenswerte CO2-Löslichkeit hat, findet auch ein ständiger
Austausch von CO2 zwischen der Atmosphäre und den Meeren

statt. Jährlich werden etwa einhundert Milliarden Tonnen CO2
zwischen der Atmosphäre und den Meeren ausgetauscht. Der Ozean enthält
etwa sechzigmal so viel Kohlendioxid wie die Atmosphäre. Die nachfolgende
Abbildung zeigt den Kohlenstoff-Kreislauf in der Biosphäre und gibt
die teilweise geschätzten umgeschlagenen Mengen an CO2
1994 an (Quelle: Dave
Bice, Dept. of Geology, Carleton College, Northfield, MN 55057;

verändert;
1Gt = 109 To).


Abb. 1

Wasserkreislauf
hydro7k

zum Vergrößeren anklicken

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 2

Kohlenstoffkreislauf

 

 

 

carbcy7

Bei der obigen Darstellung sind die in
vielen Publikationen nicht erwähnten Emissionen
durch die

Atmung der Organismen
und Vulkanausbrüche
berücksichtigt.

Damit sind die Ozeane die wichtigsten CO2-Speicher
der Erde!

 

carbon

Stickstoffkreislauf

Der Stickstoffkreislauf ist die Umwandlung von N in seine
verschiedenen Erscheinungsformen in der Biosphäre.

Luft besteht zu 78% aus N2 und ist
deshalb eine Art N- Reservoir. Alle Lebewesen benötigen, wie Sie
ja wissen N um z. B. Aminosäuren, Proteine, Nukleinsäuren
und bei Bakterien Zellwände herstellen zu können. Stickstoff
ist das 4. häufigste Element in Mikroorganismen nach Kohlenstoff,
Wasserstoff und Sauerstoff.

Das N-Atom kann in vielen Oxidationsstufen
vorkommen und viele der Umwandlungen in diese Stufen werden von Mikroorganismen
bewerkstelligt. N2 in der Luft kann, wie wir schon gehört
haben, nur von Bakterien genutzt werden. Nitrat
( NO3)
wird von Pflanzen verwendet.

Für ein Gewässer würde der N-Kreislauf
so aussehen:

nitritep

Für Boden und Atmosphäre ergibt sich folgendes
Bild:

nkreisl1


1
Bei Gewittern entstehen Stickstoffoxide,
die mit dem Regenwasser als Nitrat in den Boden gelangen

2
Einige Pflanzen können
mit Hilfe von Bakterien und Pilzen den Luftstickstoff binden

3
Durch Exkrete und Absterben
gelangt stickstoffhaltiges Material in den Boden

4
Anaerobe Fäulnisbakterien
zersetzen das organische Material, wobei sich NH3
(NH4+) bildet

5
Nitrifizierende Bakterien
bilden Nitrat, dieses wird von den Pflanzen aufgenommen

6
Denitrifizierende Bakterien
reduzieren NO3 zu N2 ( N-Verlust
des Bodens)

7
Alle Böden verlieren
Stickstoff als NH3
 


Abb. 3

CO2-Nettofluß
 

mehr Information in Klasse 13 Kapitel Treibhaus

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 4

N-Kreislauf im Wasser

 

 

 

 

 

 


Abb. 5

N-Kreislauf im Boden

 

 

Weiterführende
Quellen:

N2-Kreislauf

http://ucs.byu.edu/bioag/aghort/282pres/Ncycle/index.htm

http://www.geog.ouc.bc.ca/physgeog/contents/9s.html

C-Kreislauf

http://ucs.byu.edu/bioag/aghort/282pres/Ccycle/index.htm

http://geosys.mit.edu/~chem/

http://www.acad.carleton.edu/curricular/GEOL/DaveSTELLA/Carbon/carbon_intro.htm

http://www.whrc.org/science/carbon/carbon.htm

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