Ökologie - Biologie für die Oberstufe

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sernachführung. Sie hängt von der jeweiligen Sonneneinstrahlung und
der Höhe der Temperatur ab und ist am höchsten, wenn beide Größen
besonders hohe Werte erreichen. Die Artendiversität von Pflanzen und
Tieren steht sowohl mit der aktuellen als auch mit der potenziellen Evapotranspiration
in direktem Zusammenhang (⇒ Abbildung 2.14).
Das gesamte Wasservolumen der Erde umfasst etwa eine Milliarde
Kubikkilometer (km ³ bildet werden.
), von denen sich mehr als 97 Prozent in den Meeren
befinden. Weitere zwei Prozent sind in Eis und Schnee der polaren
Gebiete sowie in Gletschermassen der Hochgebirge der Erde gebunden,
während das drittgrößte aktive Reservoir das Grundwasser ist
(0,3 Prozent).
2.2.2 Wasser hat wichtige physikalische
und chemische Eigenschaften
Die chemische Struktur des Wassers
Ein Wassermolekül besteht aus zwei Wasserstoffatomen (H) und einem
Sauerstoffatom (O), dargestellt durch die chemische Summenformel
H2O. Innerhalb des Wassermoleküls liegen so genannte Elektronenpaarbindungen
(kovalente Bindungen) vor, die in der Strukturformel
des Wassers durch die Striche zwischen dem Sauerstoffatom und den
Wasserstoffatomen symbolisiert werden. Innerhalb der kovalenten Bindungen
sind im Wassermolekül die Elektronen jedoch nicht gleichmäßig
zwischen den an den Bindungen beteiligten Atomen aufgeteilt. Aufgrund
der stärkeren Elektronegativität des Sauerstoff-Atoms ist das Wassermolekül
polar und kann darüber hinaus schwache Bindungen mit
seinen Nachbarmolekülen, sogenannte Wasserstoffbrücken, ausbilden
(⇒ Abbildung 2.15). Wasserstoffbrückenbindungen sind viel schwächer
als die kovalenten Bindungen zwischen Sauerstoff und Wasserstoff
innerhalb des Moleküls und können sich daher zwischen den Wassermolekülen
ständig lösen und neu bilden. Der Energiebeitrag jeder
Wasserstoffbrückenbindung für den Zusammenhalt zwischen den Wassermolekülen
ist gering, doch ziellen die ungeheure Evapotranspiration Menge (Abbildung dieser Bindungen
54.25).
summiert die Kräfte so stark auf, dass sie gemeinsam selbst die höchsten
Bäume aufrecht halten. 54.4.2 Effekte der Flächengröße
Wärmeleitfähigkeit
7287_BIO_54_Kap 21.10.2009 12:35 Uhr Seite 1636
Ökologie der Lebensgemeinschaften
zer sind die Zeiträume zwischen den Artbildungsereignissen.
Außerdem mussten viele Lebensgemeinschaften
in den gemäßigten und hohen Breiten, bedingt durch die
großen pleistozänen Kaltzeiten, immer wieder neu ge-
2.2 Abiotischer Faktor Wasser
Die Hauptursache für den vom Breitengrad abhängi- 120
gen Gradienten der biologischen Diversität ist mit großer
Wahrscheinlichkeit das Makroklima. Die beiden
100
wichtigsten Klimafaktoren, die in terrestrischen Lebens- 80
gemeinschaften mit der biologischen Vielfalt korrelieren,
sind die Größe der einfallenden Sonnenenergie und
60
die Verfügbarkeit von Wasser. Beide Faktoren stehen in 40
den Tropen ausreichend zur Verfügung. Sie können über
die so genannte Evapotranspiration kombiniert analy-
20
siert werden. Während die Evaporation die Verdunstung
von Wasser aus dem Boden und über Gewässerflächen
0
100 300 500 700 900
reale Evapotranspiration (mm/Jahr)
1100
bedeutet, versteht man unter Transpiration die cuticuläre
und – von der Menge her entscheidend – die gere-
(a) Bäume.
gelte Transpiration der Höheren Pflanzen über Stomata
(siehe Kapitel 36.4). Beide Prozesse (Evaporation, Tran-
200
spiration) fasst man als Evapotranspiration zusammen.
Hinzu kommt die Verdunstung der von Niederschlagswasser
benetzten Vegetationsschicht, die als Interzep-
100
tionsverdunstung bezeichnet wird. Die Evapotranspiration,
aber auch die Interzeptionsverdunstung hängen
von der Sonneneinstrahlung, der Temperatur und von
der verfügbaren Wassermenge ab. Sie sind in trockenheißen
Regionen am größten und auch in feuchtheißen
50
Regionen mit reichlichen Niederschlägen immer noch 10
wesentlich höher als in Gebieten, in denen die Tempera-
0 500 1000 1500 2000
turen niedrig sind und höhere Niederschläge vorkom-
potenzielle Evapotranspiration (mm/Jahr)
(b) Wirbeltiere.
men. Die potenzielle Evapotranspiration ist ein Maß für
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den potenziellen Wasserverlust bei unbegrenzter Was- Abbildung 54.25: Evaporation und Artendiversität. (a) Die Diversernachführung.
Sie hängt von der jeweiligen Sonnen- Abbildung sität der Baumarten 2.14: Nordamerikas Evaporation nimmt und mit Artendiversität.
der realen Evapotraneinstrahlung
und der Höhe der Temperatur ab und ist spirationsrate zu; (b) der Artenreichtum der Wirbeltiere korreliert vor
am höchsten, wenn beide besonders hohe Werte erreichen.
Die Artendiversität von Pflanzen und Tieren korreliert
sowohl mit der realen als auch mit der poten-
allem mit der potenziellen Evapotranspirationsrate. Beide Evapotranspirationswerte
sind als Niederschlagsäquivalente angegeben.
3.2 Vier Eigenschaften des Wassers tragen
raumvielfalt und eine Vielzahl an Mikrolebensräumen
besitzen als kleinere. In der Naturschutzbiologie kann
man anhand von Arten-Flächen-Kurven für die wichtigsten
systematischen Organismengruppen einer Bio-
Der Naturforscher und Mitbegründer der Geografie Alezönose voraussagen, wie mit Reduzierung der Flächenxander
von Humboldt (1769–1859) beschrieb 1807 zusammen
mit dem Botaniker Aimé Bonpland (1773–1858)
größe die Artendiversität wahrscheinlich zurückgehen
d –
wird.
Wasserstoff-
Den Wasserstoffbrücken verdankt mit der Arten-Flächen-Kurve Wasser noch weitere (species-area-curves) einzigartige eine Abbildung 54.26 zeigt d+
eine Arten-Flächen-Kurve
brückenbindung
Eigenschaften. Eine davon ist der die wichtigen hohe spezifische Gesetzmäßigkeiten Wärmekapazität,
der Biodiversität: Un- für nordamerikanische Brutvögel. H Die Steigung der Geter
annähernd gleichen Standortfaktoren enthält ein raden gibt an, wie stark der Artenreichtum mit der Flä-
die Wärmemenge, die erforderlich ist, um 1 Gramm einer Substanz um
O
bestimmtes geografisches Gebiet umso mehr Arten, je chengröße zunimmt. d+
d–
Die Steigungen H verschiedener Ar-
1 °C zu erwärmen. Wasser hat die höchste Wärmekapazität aller Flüs-
größer es ist. Ein Grund für diese Gesetzmäßigkeit liegt ten-Flächen-Kurven dsind – zwar d+
unterschiedlich, das
sigkeiten. In Zusammenhang mit darin, der dass relativ große geringen Flächen auch Wärmeleitfähig-
eine größere Lebens- Grundprinzip, dass die Artendiversität
d –
d +
mit der Fläche
keit bedeutet dies, dass Wasser ungeheure Wärmemengen speichern
kann, ohne dass sich seine Temperatur dadurch deutlich erhöht. Ent-
1636
sprechend müssen Gewässern wie Teichen, Seen und Meeren enorme
Energiemengen zugeführt werden, um diese zu erwärmen. Gewässer
erwärmen sich daher im Frühjahr nur langsam und kühlen im Herbst
ebenso langsam wieder ab. Aus diesem Grund schwankt die Tempera- Abbildung 3.2: Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Was-
Abbildung 2.15: Wasserstoffbrückenbindung zwisermolekülen.
Die Bereiche der polaren Wassermoleküle mit elektritur
in aquatischen Lebensräumen nie so abrupt mit den Jahreszeiten, schen Wassermolekülen.
schen Überschussladungen werden von entgegengesetzt geladenen
Bereichen benachbarter Moleküle angezogen. Jedes Molekül kann
23
Artenreichtum der Bäume
Artenreichtum der Wirbeltiere
180
160
140
Wasserstoffbrücken zu mehreren Partnermolekülen ausbilden. Diese
Assoziate unterliegen einer ständigen, durch die Wärmebewegung
bedingten Veränderung.
Vie
tra
für
ein
Wir
die
Leb
auf
beim
3.2
Was
brü
Ano
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and