Ökologie - Biologie für die Oberstufe

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Einige wirbellose Wattbewohner der höheren Breiten und manche Wasserinsekten überleben die Kälte, indem sie sich unbeschadet einfrieren lassen und bei Erwärmung wieder aufleben. Bei manchen Arten können sogar über 90 Prozent der Körperflüssigkeit gefrieren; die übrigen zehn Prozent enthalten in diesen Fällen sehr hohe Konzentrationen an Frostschutzsubstanzen. An den Außenseiten der geschrumpften Zellen bilden sich Eiskristalle und Muskeln und Organe werden verformt. Nach dem Auftauen erlangen diese bei den zu dieser wohl extremsten Form der Anpassung befähigten Arten rasch wieder ihre ursprüngliche Form und Funktion. 2.2 Abiotischer faktor Wasser Wasser ist der Hauptbestandteil aller Lebewesen. Es macht etwa 75–95 Prozent sämtlicher lebender Zellen aus und es gibt kaum einen physiologischen Prozess, bei dem Wasser nicht von grundlegender Bedeutung ist. Wasser bedeckt zu etwa 75 Prozent die Erdoberfläche und bildet damit den von der Größe der Fläche und vom Volumen her bedeutendsten Lebensraum der Erde: die Ozeane. Neben der Temperatur hat die verfügbare Wassermenge in Form von Niederschlägen, Oberflächenwasser, Grund- und Bodenwasser den größten Einfluss auf die Verbreitung der terrestrisch lebenden Organismen. Im Folgenden werden zunächst die einzigartigen und bemerkenswerten physikalischen und chemischen Eigenschaften von Wasser dargestellt. Auf dieser Basis soll anschließend der Einfluss dieser Eigenschaften auf pflanzliche und tierische Organismen in verschiedenen Lebensräumen näher betrachtet werden. 2.2.1 Wasser zirkuliert zwischen Erdoberfläche und Atmosphäre Alle Meeres- und Süßwasserlebensräume sind direkt oder indirekt als Elemente eines globalen Wasserkreislaufes (hydrologischer Kreislauf) miteinander verbunden (⇒ Abbildung 2.13), innerhalb dessen Wasser von der Atmosphäre zur Erdoberfläche und zu einem späteren Zeitpunkt wieder zurück in die Atmosphäre gelangt. Treibende Kraft des Wasserkreislaufes ist die Solarstrahlung, die die Erdatmosphäre erwärmt und Energie für die Verdunstung von Wasser liefert. Niederschlag setzt den Wasserkreislauf in Bewegung. Wasserdampf, der in der Atmosphäre zirkuliert, gelangt irgendwann in Form von Niederschlag wieder zur Erdoberfläche zurück. Dabei fällt ein Teil des Wassers direkt auf den Erdboden, ein anderer auf Gewässer wie Seen, Fließgewässer und Ozeane und ein weiterer Teil wird von der Vegetation zurückgehalten. Die Menge an Wasser, die im Boden versickern kann, hängt unter anderem vom Bodentyp (vgl. Kapitel 2.6), von der Neigung des jeweiligen Geländes, dem Pflanzenbewuchs und der Stärke des Niederschlages ab. Wenn bei starken Regenfällen der Boden wassergesättigt ist, kann er kein weiteres Wasser aufnehmen und überschüssiges Wasser fließt auf der Erdoberfläche ab (Oberflächenabfluss). 2.2 Abiotischer Faktor Wasser WIEDERHOLUNgSfRAgEN 2.1 1. Entwickeln Sie ein Experiment, mit dem es möglich ist, den Toleranzbereich eines Individuums bezüglich des Umweltfaktors Temperatur zu bestimmen. Zeichnen Sie zu diesem Zweck eine Toleranzkurve. Gehen Sie von folgenden Werten aus: T min 5 °C, T max 39 °C, Optimum bei 20 °C. 2. Erläutern Sie die Begriffe Endothermie und Ektothermie in eigenen Worten. Erklären Sie dabei die grundsätzlichen Unterschiede zwischen den beiden Lebensweisen und leiten Sie charakteristische Kompromisse bzw. Vor- und Nachteile ab. 3. Erläutern Sie, inwiefern Thermoregulation lebensnotwendig für die allermeisten Tierarten ist. Nennen sie zwei Tierarten, die nach Ihrer Meinung Ausnahmen von dieser Regel darstellen und begründen Sie die Ausnahmen. 4. Nennen und erläutern Sie die verschiedenen Arten der Thermoregulation. 5. Wenn die Umgebungstemperatur über der Körpertemperatur liegt, ist Verdunstung der einzige Weg, um ein schnelles Ansteigen der Körpertemperatur zu vermeiden. Stellen Sie begründet dar, warum unter den gegebenen Bedingungen die anderen beschriebenen Thermoregulationsmechanismen unwirksam sind. Wolkenbruch über dem Meer – ein Teil des Wasserkreislaufs. 21
ystemarer Prozesse, wobei insbesondere die Primärproduktion und ie Zersetzung 2 organischen Abiotische Umweltfaktoren Materials in – ihr terrestrischen Einfluss auf das Leben Ökosystemen on der Verfügbarkeit des Wassers abhängen. b) Für Organismen verfügbare Formen des Wassers. Der wichtigste ggregatzustand des Wassers, der für die meisten Organismen geutzt Abbildung werden kann, 2.13: Der ist Wasserkreislauf die flüssige Form. Manche Organismen rschließen sich aber auch den Wasserdampf. Wenn as Wasser im Boden gefriert, ist die für Landpflanen verfügbare Wassermenge in der Regel stark ingeschränkt. c) Reservoire. Ungefähr 97 Prozent der gesamen Wassermenge der Erdoberfläche befindet ich in den Meeren. Rund zwei Prozent sind Gletschern und den Eiskappen an den Poen gebunden, das restliche eine Prozent erteilt sich auf Seen, Flüsse und auf das Niederschlag Evaporation über dem rundwasser; in der Atmosphäre befindet Meer ich nur ein verschwindend geringer Anteil avon. Ein Wassermolekül bleibt im Durchchnitt neun Tage in der Luft. Pro Tag wird s im Durchschnitt 100–1000 km weit transortiert, im Meer verweilt es etwa 3000 Jahre. a Ökosysteme Wasser also kaum speichern önnen, vermeiden einige Biogeochemiker den egriff „Kreislauf“ und sprechen deshalb vom asserumsatz beziehungsweise von der hydrologichen Bilanz eines Ökosystems. Solarenergie Bewegung des Wasserdampfes durch den Wind über dem Meer Evapotranspiration über dem Land im Boden zirkulierendes Wasser Wolken und der Niederschlag. Diese P dem Meer als auch über dem Festland halb auch Meeres- und Festlandkreisl Festlandkreislauf ist, dass auch durch Pflanzen große Wassermenge Oberflächen- und Grun Wasser der terrest die Meere zurü Transport über dem Land Niederschlag über dem Land unterirdischer Wasserabfluss geschlossen i Diagramm einzelnen serkreisl auf die gewäs 1:20:1 des W soziat stoff e 2 H 2O + Dieser P tung bei d atmosphäre Der Kohlenstoffkreislauf Ein Teil des versickernden Wassers dringt im Boden bis zu undurch- a) Biologische SCHON Bedeutung. gEWUSST? Kohlenstoff bildet lässigen das Grundgerüst Lehm-, Ton- oder der Gesteinsschichten vor und sammelt sich über rganischen Ungefähr Moleküle, 97 Prozent die des gesamten für alle Wasser- Organismen diesen unentbehrlich als Grundwasser. sind. Von dort bahnt es sich unterirdisch seinen b) Für Organismen volumens der Erde verfügbare befinden sich in Formen. den Mee- Organismen, Weg in Quellen die und photosyn- Wasserläufe. hetischren. aktiv Weitere sind, etwa nehmen zwei Prozent CO2sind auf als und Eis wandeln Regenwasser, den Kohlenstoff das in den in oberen Erdschichten verbleibt, kehrt ebenso rganische in den Verbindungen Gletschern und Polkappen um, die von gebunden Konsumenten wie das Oberflächenwasser – Tieren, von Wasserläufen, Seen und Meeren durch ilzen sowie den; das heterotrophen restliche eine Prozent Protisten verteilt sich und Prokaryonten Verdunstung (Evaporation) – genutzt wieder in die Atmosphäre zurück. Pflanzen erden auf können. Seen, Flüsse Darüber und das Grundwasser. hinaus produzieren In der sorgen die photoautotrophen darüber hinaus für zusätzliche Wasserverluste des Bodens. Durch rganismen Atmosphäre Sauerstoff, befindet sich, der in zur Form Atmungder von Was- ihre Organismen Wurzeln nehmen nötig ist. sie Wasser aus dem Erdreich auf und geben es omit ist serdampf, der Kohlenstoff-, der die Luftfeuchtigkeit Sauerstoffbedingt,je- und Kohlendioxidkreislauf über die Spaltöffnungen eng ihrer Blätter (Stomata) kontrolliert wieder ab weils nur ein verschwindend geringer Anteil iteinander verbunden. Das CO (Transpiration). Den Gesamtbetrag von Evaporation und Transpiration der gesamten weltweiten Wassermenge 2, das von der Photosynthese zu – fasst man als Evapotranspiration zusammen. Zur Gesamtmenge des trukturellem Kohlenstoff umgesetzt wird, stammt nur zu einem ge- auch wenn man dies an einem typischen Re- verdunstenden Wassers kommt neben der Evapotranspiration noch die ingen Anteil gentag gerne aus der bezweifeln Atmung möchte. von Ein Organismen Was- desselben Verdunstung an den benetzten Pflanzenoberflächen (Interzeptions- ebensraums. sermolekül Durch bleibt, die wenn starke es einmal Durchmischung in die verdunstung) der Gas- hinzu. Sowohl das Ausmaß der Evapotranspiration als hase in Gasphase der Atmosphäre übergetreten ist, wird im Durchschnitt das CO2 allochton auch das der Interzeptionsverdunstung hängen von der Sonneneinstrah- entstammend neun Tage aus in der weiter Luft. Pro entfernten Tag wird es dabei Gebieten) lung, inder Temperatur und von der verfügbaren Wassermenge ab. Die in Ökosystem etwa 100–1000 eingetragen. km weit transportiert. Analog Wenn zur hydro- Gesamtverdunstung ist erwartungsgemäß in trockenheißen Gebieten gischen es einmal Bilanz ins wird Meer gelangt deshalb ist, verweilt bei der es dort Untersuam größten. In anderen Gebieten stellt sich ein dem Verhältnis von verhung von statistisch lokalen für etwa „Kreisläufen“ 3000 Jahre. auch von fügbarer Wassermenge und Temperatur entsprechendes Gleichgewicht ohlenstoffbilanzen beziehungsweise Koh- ein: So ist beispielsweise in feuchtheißen Regionen die Verdunstung nstoffumsätzen gesprochen. wesentlich höher als in Gebieten mit hohen verfügbaren Wassermen- c) Reservoire. Das größte Reservoir ist gen und niedrigen Temperaturen. Die potenzielle Evapotranspiration ist ein Maß für den potenziellen Wasserverlust bei unbegrenzter Wasie Lithosphäre (zum Beispiel Kalkstein) it ca. 2299,8 Prozent des globalen Kohlentoffs von etwa 75 Millionen Gigatonnen Gt : 1 Gt = 1 x 10 9 diesen ca. 35.000 Gt stehen 90 Gt in jä CO2 der Atmosphäre. Insgesamt ist di anorganischem Kohlenstoff des Meer Konzentration der Atmosphäre. In de bender Anteil) sind etwa 0,001 Prozen gespeichert. Zu einer Speicherung von Beispiel auch bei der Moorbildung, w ganischen Kohlenstoffverbindungen weiter zu anorganischem Kohlenstoff können. Cyanobakterien, einige Alge reichen Standorten vorkommen, bonat auszuscheiden. A und Korallenbänke Kohlenstoff geb atmosphärisches CO (d) Wichtige 2 Photosynthese synthese de tons werd PhotoZell- CO2-Me syntheseatmung men. Es ungefä auch d märpr wiede Phyto- Auch V plankton t); dieses gigantische CO2-Q Verbrennung fossiler Energieträger und Primär- Konsumenten höherer Ord-
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