2.2

Beispiel eines Ökosystems

2.2.2 Stoffkreisläufe
  • 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.

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

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Abb. 2
Kohlenstoffkreislauf
 

 

 

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!


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:

Für Boden und Atmosphäre ergibt sich folgendes Bild:

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