9.2.Biosphäre II

Ausbildungsseminar
Wetter & Klima
2009
Thema Biosphäre II:
Ökologie
Sebastian Dietz
Vortrag gehalten am 18.12.2009
Inhaltsverzeichniss
I. Einleitung
I.1
I.2
Seite:
Definition
Arten der Ökologie
II. Autoökologie
II.1
Abiotische Umweltfaktoren
I.1.1 Temperatur
I.2.2 Sonnenlicht
I.2.3 Wasser
I.2.4 Wind
I.2.5 Erde & Gestein
I.2.6 Periodische Störungen
II.2
Globale Klimamuster
II.2.1 Sonnenstrahlung
II.2.2 Meeresströmung
II.2.3 Gebirgsketten
II.3
Biogeographie – Biome
II.3.1 Trockenklimate
II.3.2 Tropischer Regenwald
II.3.3 Borealer Nadelwald – Taiga
II.3.4 Sommergrüne Laubwälder
II.3.5 aquatische Biome
III. Verhaltensökologie
III.1
III.2
Sukzession
Biologische Invasion - Einschleppung von Organismen
3
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4
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IV. Populationsökologie
13
V. Literaturverzeichniss
VI. Abbildungsverzeichniss
16
16
I. Einleitung
I.1 Definition Ökologie
Ökologie befasst sich mit Wechselbeziehungen zwischen belebter und unbelebter Umwelt, also
zwischen den Lebewesen und Klima, Wasser, Boden, Luft. Ökologie ist eine Systemwissenschaft,
in der die Erkenntnisse aus verschiedenen naturwissenschaftlichen Bereichen zusammenfließen.
In den nachfolgenden Kapiteln liegt das Hauptaugenmerk auf den verschiedenen klimatischen
Bedingungen (Biomen) mit ihren unterschiedlichen Klimabedingungen und somit der
unterschiedlichen Bevölkerung von Organismen.
I.2 Arten der Ökologie
Die Ökologie untergliedert sich allgemein in 3 Hauptbereiche:
– Autoökologie: Wechselwirkung zwischen der Umwelt und Organismen
– Populationsökologie: Beschreibt die Fortpflanzung der Organismen
– Synökologie: Verhaltensbeschreibung (u.a. Anpassung und Besiedlung) von Organismen
In dieser Ausarbeitung werden von jeden Kapitel jedoch nur jene angesprochen, welche etwas mit
Klima und Klimabedingungen zu tun haben (Außnahme Populationsökologie). Dadurch ist die
Synökologie nur sehr kurz gefasst mit den Themen Entstehung neuer Biome und Einwanderung von
Organismen. Die Autoökologie umfasst in dieser Arbeit die wichtigsten Biome der Erde zusammen,
beschreibt globale Klimamuster und abiotische Umweltbedingungen.
II Autoökologie
II.1 Abiotische Umweltfaktoren
abiotische Umweltfaktoren sind Faktoren, an welchen Lebewesen nicht direkt beteiligt sind. Im
Gegensatz dazu stehen die biotischen Umweltfaktoren, bei denen Lebewesen direkt beteiligt sind,
z.b.Räuber-Beute-Beziehung, Konkurrenz
II.1.1 Temperatur
Die Umgebungstemperatur ist für die meisten Organismen von wichtigster Bedeutung, da nur die
wenigsten Organismen „warmblüter“ sind und ihre Körpertemperatur regeln können. Die interne
Temperatur eines Organismus wird durch die Umgebungstemperatur drastisch beeinflusst. So
können zum Beispiel Zellen aufgrund ihres Wassergehaltes bei Temperaturen unter 0°C platzen und
lebenswichtige Proteine bei Temperaturen über 45°C denaturieren. Bei extremen Temperaturen
kommt es zur Reduzierung des Stoffwechsels bis hin zu dessen Erliegen. Bei einer
Temperaturerhöhung von 10°C steigt zum Beispiel die Rate biologischer Prozesse um das Doppelte
an. Auch die Warmblüter können nur in einen gewissen Temperaturintervall ihre interne Temperatur
aufrecht halten und somit ihren Stoffwechsel selbst regulieren. Diese kühlen ihren Körper durch
Verdunstung von Wasser (Schwitzen, Hecheln,...). Allerdings führt dies zu einem starken
Wasserverlust, welcher ebenfalls tödlich enden kann. Die Dauer und der Zeitpunkt des Auftritts
extremer Temperaturen spielt eine genauso wichtige Rolle wie die absolute Temperatur.
II.1.2 Sonnenlicht
Das Sonnenlicht ist die wichtigste Energiequelle der Erde. Die Lichtintensität und ihr
Einfallswinkel, sowie die Länge der Sonnenscheindauer sind in sehr vielen Prozessen von
Organismen entscheidend. Die Energiezuführung hängt von der Sonnenenergierate pro
Flächeneinheit ab und diese direkt vom Einfallswinkel. Bei tiefen Sonnenstand wird die
Sonnenenergie über eine große Fläche verteilt (→ weniger intensiv) während bei der Mittagssonne
direkt am Zenit nur eine kleine Fläche betroffen ist, diese aber umso intensiver. Dazu kommt noch
dass die tiefstehende Sonne einen langen Weg durch die Atmosphäre hat und dadurch viel Energie
durch Absorption und Reflexion verloren geht. Die jährliche Durchschnittstemperatur fällt im
Mittel pro Breitengrad um ca. 0,4°C.
Genauso wichtig wie der Sonneneinfallswinkel ist auch die Hangneigung und -richtung einer
Ebene. Diese entscheidet ebenfalls über die Länge und Intensität der Sonnendauer an bestimmten
Gebieten. Deswegen ist eine unterschiedliche Häufigkeit der Niederschläge vor und hinter eines
Gebirges zu beobachten (Wetterseite, siehe unter Globale Klimamuster).
II.1.3 Wasser
Wasser ist eine der lebensnotwendigsten Ressourcen der Erde. Die Verfügbarkeit des Wassers ist je
nach Gebiet unterschiedlich und Organismen müssen sich je nach Wassservorkommen ihren
Lebensraum anpassen. Ausserdem ist der größte Teil der Erde mit Wasser bedeckt und Lebewesen
im Wasser müssen sich auf verschiedenen pH-Werten und Drücke innerhalb der aquatischen
Umgebung einstellen. Auch der Wassergehalt in der Luft sowie der Grundwasserstand ist von
großer Bedeutung. In den terristischen Lebensräumen kämpfen die Organismen zum Beispiel
ständig gegen das Austrocknen und somit um Wasser.
II.1.4 Wind
Die Effekte der Außentemperatur werden durch den Wind verstärkt, indem ein schnellerer
Wärmeaustausch (Verdunstung) und eine Konvektion der Körpertemperatur stattfindet. Dadurch
verlieren die Organismen schneller ihre Feuchtigkeit und trocknen schneller aus. Auch das
Pflanzenwachstum wird durch den Wind stark beeinflusst. So wachsten bei Bäumen zum Beispiel
die Äste auf der Schattenseite normal, während die Äste auf der Windseite inhibiert werden.
II.1.5 Erde & Gestein
Die Zusammensetzung der Erde, speziell die Struktur welche abhängig ist von der Körnung, den
Humusgehalt, den pH-Wert und der Gesteinszusammensetzung sind limitierende Faktoren bei der
Verbreitung von Leben. Können Pflanzen auf einem Untergrund schlecht wachsen, so kommen dort
auch wenige Tiere vor. Neben der Gesteinszusammensetzung spielt natürlich auch immer die
Feuchtigkeit eine Rolle. Im Zusammenspiel dieser Faktoren kommt es zu einer mosaikartigen
Flächenbedeckung, was wir in terristischen Biomen beobachten können. Auch in der aquatischen
Zone spielt die Gesteinszusammensetzung eine wesentliche Rolle, da das Wasser von Flüssen und
Bächen ständig mit dem Gestein wechselwirkt und dadurch die chemische Zusammensetzung
abhängig vom Gestein ist. Auch in der marinen Zone bestimmt die Beschaffenheit der Gezeitenzone
und des Meeresgrundes die Organismentypen und -verteilung.
II.1.6 Periodische Störungen
- Jahreszeiten: Die vier Jahreszeiten verursachen ein periodisches Auftreten von
Temperaturunterschieden, Sonneneinfallswinkel, Tageslängen, usw.. Daraus resultiert eine geringe,
jahreszeitlich bedingte Breitengradverschiebung. Beispielsweise bei Breitengrad 20 sind starke
Regen- und Dürrezeiten zu finden (einmal tropisches Klima und das andere Mal Wüstenklima).
Deshalb findet man hier hauptsächlich tropische, laubabwerfende Wälder wohl. Die Jahreszeiten
beeinflussen auch die Winde, wovon auch die Meeresströmungen abhängen. So kommt es unter
anderem zum Austausch von oberflächennahen Wassermassen mit Wasser aus der Tiefe. Besonders
stark ist dies bei kleineren Seen oder Teichen zu beobachten, welche jahreszeitlich zirkulieren und
in den heißen Monaten sogar „kippen“ können.
- Naturkatastrophen: Waldbrände wiederholen sich in bestimmten Gebieten regelmäßig, sodass sich
die Organismen in diesen Lebensräumen den Bränden angepasst haben und diese sogar benötigen
(wegen Nährstoffversorgung, Wachstum,...). Dasselbe kann auch für Vulkanausbrüche, Hurrikanes
oder Tornados gelten. Allerdings wiederholen sich manche Naturkatastrophen, wie beispielsweise
Vulkanausbrüche nur so selten, dass Habitatsbewohner keinen Schutzmechanismus ausgebildet
haben und das Habitat daher vernichtet wird. Es kommt zu einer Neubesiedlung mit neuen
Organismen, bzw. mit den Überlebenden Organismen und dadurch zu einer Neustrukturierung des
Gebietes.
II.2 Globale Klimamuster
II.2.1 Sonnenstrahlung
Die Neigung der Erdachse ist verantwortlich für die unterschiedlichen Sonnenintensitäten in den
geographischen Breiten. Dadurch enthalten äquatoriale und tropische Breiten mehr direktes
Sonnenlicht und somit ist auch die Erwärmung höher als in andere Breiten. Da warme Luft mehr
Feuchtigkeit aufnimmt als kalte Luft, ist somit das Wasseraufnahmevermögen in diesen Gebieten
erhöht. Die meiste Feuchtigkeit, welchen den Pflanzen von der Sonne entzogen wird, wird von der
Luft aufgenommen und steigt mit ihr auf. Dort kondensiert es wieder aufgrund der kälteren
Temperatur und kommt als Niederschlag wieder zur Erde. Luft welche sich von den Tropen
wegbewegt ist sehr trocken, da sie ihre ganze Feuchtigkeit in den Tropen lässt. Dadurch ist
tropische Klima geprägt von hohen Temperaturen, intensiven Sonnenlicht und ausgiebigen
Niederschlägen. Dies bewirkt ein ausgiebiges und reichhaltiges Pflanzenwachstum und auch die
Entstehung von Korallenriffen. Die sich vom Äquator wegbewegenden trockenen Luftmassen
werden bei ca. Breitengrad 30 wieder Richtung Erdboden gedrückt. Dort nehmen sie Feuchtigkeit
vom Land aufgrund der erwärmten Luftmassen (und dadurch erhöhten Wasseraufnahmekapazität)
auf und ziehen weiter. Durch diesen Effekt entsteht die Wüstenlandschaft, welche durch ein
trockenes Klimamuster geprägt ist. Teile der sinkenden Luft ziehen nun in Richtung der Pole, wo
sie in den mittleren Breitengraden einen Zirkulationskern bilden und langsam wieder steigen. Sie
geben die Feuchtigkeit aufgrund ihrer Höhe in den Bereichen des 60sten Breitengrades ab. In dieser
Region sind die immergrünen Nadelwälder angesiedelt. Das dortige Klima enthält viele
Regenergüsse und eine niedrige Temperatur. Die anderen Teile der sinkenden Luft verlieren auf
ihrem Weg Richtung Pole die Feuchtigkeit, welche für das Klima in unseren Regionen
mitverantwortlich ist. Die trockene, kalte Luft zieht von den Nadelwäldern weiter Richtung Pole.
Dort sinkt sie, nimmt Feuchtigkeit auf und zieht nun zurück Richtung Äquator. Also Folge ist an
den Polen ein sehr trockenes und kaltes Klima, welches kaum Regenergüsse beinhaltet.
II.2.2 Meeresströmung
Die Meeresströme haben ebenfalls sehr großen Einfluss auf das globale Klimamuster, vor allem an
den Küsten, weil sie dort die Luft erwärmen oder abkühlen. Durch die Aufnahme von Wasser über
den Meeren ist es direkt an Küsten in der Regel feuchter als im Landesinneren. Südlich des
Äquators zirkulieren die Meeresströme gegen den Uhrzeigersinn, nördlich im Uhrzeigersinn. Als
Folge strömt kaltes Wasser,welches trockene Luftmassen mit sich bringt, von den Polen entlang der
Westküste der Kontinente, warmes Tropengewässer entlang der Ostküste. Folgen davon sind zum
Beispiel das kalte, trockene Klima an der Westküste Südamerikas und das trockene Klima in
Kalifornien, da an beiden Küsten jeweils kalter Strom von den Polen kommt. Dagegen treiben die
tropischen Meeresströme warme und feuchte Luftmassen nach Florida oder an die Ostküste
Südamerikas. Starke Ströme wie der Golfstrom bringen feuchte Luft sogar bis nach Europa und
spielen dadurch eine große Rolle für unser Klima.
II.2.3 Gebirgsketten
Innerhalb der Kontinente beeinflussen große Gebirge die Klimaverhältnisse. Die Berge zwingen die
Luft zum Aufsteigen und damit zum Abkühlen. Da kühle Luft weniger Feuchtigkeit speichern kann,
ist sie gezwungen, diese in Form von Regen oder Schnee frei zu setzten. Ein Höhenunterschied von
ca. 1000m verursacht eine Abkühlung von durchschnittlich 6°C, was einer geographischen
Breitenzunahme von ca. 900 km entspricht. Die windzugewandten Seite ist durch den
Temperaturverlust viel niederschlagsreicher, als die Seite im Rücken des Gebirges. An der
windabgewandten Seite entsteht ein Regenschatten, da dort die nun trocken Luft absinkt, sich
dadurch wieder erwärmt und dem dortigen Gebiet Feuchtigkeit entzieht. Dadurch entstehen an den
windabgewandten Seiten des Gebirges unter anderem Wüsten. Typische Beispiele sind hier das
Himalaja Gebirge Asiens oder die Rocky Mountains Amerikas.
II.3 Biome
Bild 1 Biome der Erde
Ein Biom ist ein großflächiger Lebensraum in der Biosphäre, welcher sich je nach Klima und
Umweltfaktoren von anderen Biomen unterscheidet. Treten in verschiedenen Bereichen ähnliche
klimatische und umweltphysikalische Faktoren auf, so entstehen dort unabhängig voneinander
ähnliche Biome. So ist zum Beispiel direkt um den Äquator der tropische Regenwald, welche in
Asien (speziell Indonesien, Philippinen, Malaysia, Papua-Neuguinea), Afrika und Südamerika
wegen ähnlichen Klimabedingungen wachsen. Wandert man vom Äquator nach Norden, so kommt
man über ein Savannengebiet zu den Wüsten, welche zwischen dem 15ten und 30sten
Breitengraden liegen. Sie sind aufgrund von terristrischen Massen etwas verschoben. In NordAfrika beginnt die Wüste schon ab Breitengrad 15, wobei im Süden Afrikas, Australien und
Südamerika erst ab den 20sten Breitengrad und in Asien und Nordamerika erst ab Breitengrad 25
eine Richtige Wüste zu erkennen ist. Auf die Wüste folgt sommergrüner Laubwald, welcher an den
Meeren und hauptsächlich in Europa durch das mediterisale Biom versetzt auftritt. Der
sommergrüne Laubwald wir dann spätestens bei Breitengrad 60 durch den borealen Nadelwald
ersetzt, welcher sich hauptsächlich über Asien und Kanada erstreckt. Auf ihn folgt dann direkt die
Tundra und die Eiswüsten.
II.3.1 Trockenklimate
Zu den Trockenklimaten der Erde zählen das Wüstenklima, Savannenklima, Tundrenklima und das
Eisklima. Von allen terrestrischen Biomen sind die Wüsten die Trockensten und
Niederschlagsärmsten. Die durchschnittliche Vegetation in Wüsten bedeckt weniger als 5 % der
Oberfläche. Ursachen sind Wassermangel (Trockenwüste, Hitzewüste), Überweidung oder fehlende
Wärme (v.a. in den subpolaren Regionen → Eiswüste, Tundra).
Bild 2 Ausbreitungsgebiet der Trokenklimate
Wüstenklima
Hitze- und Trockenwüsten sind in der Regel starken,
regelmäßigen Temperaturschwankungen ausgesetzt.
Sie sind jeweils zwischen den 15ten und 30sten
Breitengrad auffindbar. Luftmassen werden hier
gezwungen, abzusteigen. Dadurch erwärmen sie sich
und können Wasser vom Land absorbieren. Wegen
der Inversionsschicht in der Tropopause können die
Luftschichten nicht mehr aufsteigen und müssen
nach Norden oder Süden abwandern. Deswegen
nimmt die relative Luftfeuchtigkeit ab und es
kommen trockene und wolkenlose
Klimaverhältnisse auf. Die Vegetationsperiode in
Bild 3: Sandwüste
diesen Gebieten ist normalerweise fünf bis sechs
Monate, manchmal auch sieben Monate. Da es in diesen Breitengraden ein Jahreszeitenklima gibt,
sind die Niederschläge häufiger im Winter aufzufinden. Ansonsten herrscht dort ein Solarklima, mit
sehr geringer Artenvielfalt, welche von Dornbuschgewächsen aus der Wüsten- und
Steppenvegetation geprägt sind.
Eine weitere Aufteilung der Trockenwüsten ist nach ihrem Material möglich. So gibt es die
Sandwüste, welche hauptsächlich aus Quarzsand besteht, der eingeweht wurde oder durch Erosion
von Kieswüsten herrührt. Ein typisches Merkmal dieser Wüsten sind die Dünen, bzw. die
Wanderdünen. Daneben gibt es Kieswüsten, welche aus den Steinwüstenerosion entstehen oder aus
Kiesablagerungen von Gletschern. Die Steinwüsten bestehen aus dichten Schutt- und Felsmaterial.
Eine Trockenwüste, welche nicht nach der Steingröße geordnet ist, ist die Salzwüste. Diese entsteht
aus Verdunstung von Wasser in trokenen Gegenden, in denen Wasser nicht abfließen kann (Iran,
Zentralasien).
Zu weiteren Trockenwüsten gehört die Regenschattenwüste, welche hinter hohen Gebirgen
vorkommt (siehe oben unter Gebirgsketten).
Weitere, nicht ausgeprägte Wüsten sind die Küstenwüste, Nebelwüste, Windwüste und die Reliefund Binnenwüste. Letztere ist im Inneren von Kontinenten und entsteht durch austrocknen von
Beckenlagen.
Savannenklima
Das Savannenklima liegt zwischen den Wüsten und dem
tropischen Regenwald. Sie ist der Übergangsbereich
vom feuchten zum extrem trockenen Klima. Im
allgemeinen sind Savannen Grasländer mit unregelmäßig
auftretenden Bäumen. Von der Savanne bedeckte
Gebiete sind hauptsächlich in Zentral-Südamerika,
Zentral- und Südafrika und in Australien zu finden. In
der Savanne gibt es drei Jahreszeiten, nämlich kühl und
trocken, heiß und trocken, und warm und nass. Sie
folgen immer wieder aufeinander. Die Vegetation ist
Bild 4: Savannenklimat
artenreich und von periodischen Bränden abhängig, da
diese immer wieder neue Nährstoffe für die Pflanzen bringt. Auch die Savannen kann man
unterscheiden in Feuchtsavanne, Trockensavanne und Dornsavanne.
Eisklima
Kälte- oder Eiswüsten sind Gebiete, in denen so gut wie
keine Pflanzen wachsen können und auch Tiere nur bedingt
vorkommen aufgrund der niedrigen Temperaturen. Hier
herrschen oft extrem trockene und starke Winde. Der
Unterschied zwischen Kälte- und Eiswüsten ist die
Bedeckung der Oberfläche mit Eis (Schnee). Diese
Wüstenarten treten besonders an den Polen (Antarktis,
Arktis) und in Grönland auf. Aber auch in den großen
Gebirgen auf der Erde (Himalaja, Rocky Mountains, Alpen)
kommt dieses Klima vor. Die größte Eiswüste ist die
Bild 5: Eisklimat
Antarktis, bei welche im Inneren so gut wie nie Niederschlag
fällt, da diese aufgrund der extremen Temperaturen schon an den Küstengebieten niedergehen.
Aufgrund des starken Reflexionsvermögen von Eis wird in den Eiswüstengebieten kaum Wärme
absorbiert und es kann bei Polarnächten zu Temperaturen von bis zu knapp – 90 °C kommen.
Nicht nur auf unseren Planeten gibt es Kältewüsten. So hat zum Beispiel der Mars auf seiner
Oberfläche auch in großen Teilen Kältewüsten.
Tundrenklima
Die Tundrengebiete sind durch den permanenten
Frostboden gekennzeichnet und liegen in den
Gebieten zwischen den Eiswüsten an den Polen
und den borealischen Nadelwald. In diesen
Subpolargebieten klettern die Temperaturen in den
wärmsten Monaten auf durchschnittlich 6 bis 10
°C. Im Norden ist die Tundra die Grenze für das
Pflanzenwachstum. Die Vegetation besteht
hauptsächlich aus Moose und niedrigen,
strauchartigen Pflanzen, welche eine
Vegetationsperiode von zwei bis vier Monaten
besitzen. Auch in dieser Phase müssen sie sich vor
Bild 6: T undrenklimat
dem Frost schützen. Die Tundra ist zudem sehr
Niederschlagsarm, jedoch führt die Kombination aus Permafrost, niedrigen Temperaturen und
geringer Verdunstung dazu, dass die Böden dauernd mit Wasser getränkt sind. Im Sommer
herrschen sehr lange Tage. Während dieser Zeit explodiert das Pflanzenwachstum. Eine solche
Vegetation und ein solches Klima lässt sich auch in der alpinen Tundra finden, welche auf gewissen
Höhen bis in subäquatoriale Gebiete reichen.
II.3.2 Tropischer Regenwald
Bild 7: Ausbreitungsgebiet des tropischen Regenwaldes
Der tropische Regenwald liegt um den Äquator.
Hier dauern die Tage 12 Stunden und die
Temperaturen schwanken nur kaum. Die
Niederschläge sind ganzjährig, jedoch im
Frühjahr und im Herbst am intensivsten. Dies
sind die sogenannten Regenzeiten (ca. 10
Monate) welche Grund dafür sind, dass meist
mehr Niederschlag fällt, als Wasser von der Luft
aufgenommen werden kann. Das meiste Wasser,
welches absorbiert wird verdunstet gleich
wieder, sodass in sehr kurzen Zeitabständen
regelmäßig Niederschlag fällt. Jährlich kommen
Niederschlagsmengen zwischen 20 und 40 m(!),
in windzugewandten Berghängen sogar
teilweise über 60m gemessen. Die
Maximaltemperaturen liegen an den heißen
Monaten bei ca. 30 °C, während im „Winter“
Temperaturen von 24 °C vorliegen. Die tägliche
Bild 8: tropischer Regenwald
Temperaturdifferenz zwischen Tageshöchst- und
Tiefsttemperatur betragen zwischen fünf und zehn Grad Celsius. Das Klima in den tropischen
Regenwäldern nennt man auch Tageszeitenklima, da keine regelmäßige Vegetationsperioden
aufgrund der thermisch unterscheidbaren Jahreszeiten vorkommen (im Regenwald ist zu jeder
Jahreszeit ein Pflanzenwachstum gewährleistet).
Lokal beeinflusst der Regenwald sein Klima in der Hinsicht, dass eine extrem starke
Wolkenbildung wegen der starken Verdunstung herrscht. Dadurch erreicht die Sonne während
bestimmter Tageszeiten, in denen die Verdunstungsphase am stärksten ist, nicht einmal die obersten
Baumkronen. Bei der Rodung des Regenwaldes kann dieser Wasserkreislauf, welcher zusätzlich das
die Erde kühlt, in sich zusammenbrechen und dadurch die gerodeten Flächen austrocknen. Da
deswegen keine neuen Wolken mehr zusammenkommen, verändert die die Strahlungsbilanz negativ
bezüglich der globalen Erwärmung. Grund für die Bilanzänderung ist, dass der Wald, welcher als
CO2 Speicher dient, durch Rodung das gespeicherte CO2 freisetzt und damit den CO2 Anteil in der
Atmosphäre erhöht. (Der Regenwald baut kein CO2 bzgl. der globalen CO2 Erzeugung ab, da er
immer die gleiche Masse an CO2 umwandelt und somit als Speicher dient, aber nicht als CO2 –
Senker)
Der Boden der tropischen Regenwälder ist nur an der Oberfläche nutzbar für die Pflanzen. Da die
Böden der Regenwälder sehr lange Zeit dem feuchten und warmen Klima ausgesetzt waren, hat sich
im Untergrund das Gestein extrem stark verankert. Die zum Pflanzenwachstum wichtigen
Mineralien verschwanden jedoch in der Tiefe des Untergrundes, sodass auch die Oberfläche der
Böden relativ arm an Nährstoffen ist. Deshalb holen sich die Pflanzen ihre Nährstoffe fast nur über
der Erde, also aus den gestorbenen Pflanzen oder Tieren (manche Pflanzen auch von anderen
lebenden Pflanzen). Da stets das gleiche warme und feuchte Klima vorherrscht, werden die
abgestorbenen Körper jedoch sehr schnell zersetzt und stehen den Pflanzen in nur kürzester Zeit als
Nährstoff zur Verfügung. Die Nährstoffe können heutzutage aufgrund des mit Pflanzen und
Wurzeln übersiedelten Bioms nicht mehr in die Tiefe gelangen.
Der allgemeine tropische Wald (Region zwischen 23,5° südlicher und 23,5° nördlicher Breite)
besteht aus den tropischen Trockenwäldern (beinhaltet Savanne), den tropischen laubabwerfenden
Wäldern (von Savanne zum Regenwald) und dem tropischen Regenwald. Das Klima im tropischen
Trockenwald ist geprägt durch ausgedehnte Dürrezeiten mit allgemein niederigen
Niederschlagswerten. Er liegt in tiefergelegenen Gebieten, besteht zum größten Teil aus dornigen
Sträuchern und Bäumen und hat an den tropischen Wäldern einen Anteil von 42 %. Das Klima im
tropischen, laubabwerfenden Wald ist geprägt durch lange Dürrezeiten und schwere Regen- oder
Monsunniederschlägen. Die Pflanzen in diesen Biom, welche ihre Blätter während der Dürrezeiten
verlieren und bei den lang anhaltenden Regenergüssen wieder neu austreiben sind hauptsächlich
Bäume und Sträucher. Dieser Wald hat an 32 % des tropischen Waldes Anteil. Den restlichen Anteil
füllt der üppige tropische Regenwald, welcher die größte Artenvielfalt der Erde aufweist (so viele
verschiedene Arten wie alle anderen Biome zusammen).
II.3.3 Taiga (borealer Nadelwald)
Bild 9: Ausbreitungsgebiet des borealen Nadelwaldes
Die Taiga ist das größte am Land gelegene Biom der Erde. Sie breitet sich quer über Asien, Europa
und Nordamerika auf der Nordhalbkugel der Erde aus. Sie bildet im Norden den Anschluss zur
arktischen Tundra und im Süden grenzt sie an die sommergrünen Laubwälder oder Waldsteppen.
Damit liegt ihr Gürtel zwischen dem 50ten Breitengrad und dem nördlichen Polarkreis. Das Klima
des borealen Nadelwaldes ist durch lange, kalte Winter und kurze, nasse Sommer geprägt. Während
der zwei bis viereinhalb monatigen Vegetationszeit wachsen die Bäume jedoch sehr schnell
aufgrund der sehr langen Tage (bis zu 18 Std. Lichteinfall). Die Niederschlagsmenge ist je nach
geographischer Lage der Tundra verschieden. In meeresnahen Gebieten (z.B. Skandinavien)
erreicht man 300 – 500 mm Niederschlagsmenge pro Jahr mit einer Durchschnittstemperatur von
ca. -10 °C in den kalten Monaten, während man in den kontinentalen Zonen nur die Hälfte an
Niederschlagsmenge aufweisen kann. Die Niederschläge kommen allerdings meist in Form von
Schnee. Im kurzen warmen Sommer (50 – 100 Tage) bekommt man sogar
Tagesdurchnittstemperaturen von über 10 °C. Die Taiga ist die wirtschaftlich wichtigste
Waldregion, da sie mit 1,4 Milliarden Hektar den größten zusammenhängenden Wald in unserer
Welt besitzt.
Der Boden der Taiga ist mit einer dicken
Schicht Humus gefüllt und aufgrund der
schwer zersetzbaren Bestandteile der
abgestorbenen Bäume mit wachshaltigen
Nadeln und der mit der Kälte verbundenen
langsameren Arbeit der Mikroorganismen
wird dieser Humus nur sehr sehr langsam
zersetzt. Dadurch kommen die lebenden
Pflanzen nicht an die wichtigen Mineralien,
welche im alten Holz gespeichert sind.
Deshalb spielt bei der Entwicklung von
borealen Wäldern Feuer, welches durch
Blitzeinschläge entsteht, eine wesentliche
Rolle. Das Feuer muss den Mineralboden
wieder freilegen, damit neue Bäume wachsen
können, denn die Baumsamen finden in der
Bild 10: Borealer Nadelwald
Regel aufgrund der dicken Humusschicht
keinen Kontakt zum Boden. Eine weitere wichtige Eigenschaft des Feuers ist, dass die Mineralien
im abgestorbenen Holz wieder freigesetzt werden, welche zum Wachsen neuer Bäume gebraucht
werden. Die regelmäßigen Brände in bestimmten Gebieten heißen auch Feuerrotationen und ihre
Periode liegt je nach der Feuchte des Gebietes zwischen 50 und 500 Jahren (im trockenen Alaska
und Kanada zwischen 50 und 100 Jahre, in sehr feuchten Gebieten über 300 – 500 Jahre). Da die
basischen Mineralien nur sehr unregelmäßig zurückgeführt werden besteht der Boden aus Podsol,
welches einen nierdrigen pH-Wert (sauer) aufweist. Die größten Teile des borealischen Nadelwaldes
stehen auf Dauerfrostböden (ca. 66%), welche im Sommer teilweise auftauen (bis zu 1 m). Die
Wurzeln der Bäume reichen oft nur bis zu Tiefen von 20 – 30 cm. Weil auch die darüber liegenden
Schneedecken tauen, kommt es zur Versumpfung. Da auch hier keine vollständige Zersetzung von
Humus stattfindet, entstehen sehr viele Moore.
Die Pflanzen bestehen in bestimmten Regionen meist nur aus einer oder wenigen Arten. Typische
Bäume der Taiga sind Fichten, Kiefern, Tannen oder Hemlock. Je weiter man Richtung Norden
wandert, desto weniger dicht der Wald und er geht schließlich über zur Tundra. Die Bäume der
Taiga sind normalerweise ca. 20 cm kleiner als mitteleuropäische Hölzer und ihr Durchmesser ist
ebenfalls der kleineren Höhe angepasst.
III. 3.4 Sommergrüne Laubwälder
Sommergrüne Laubwälder sind in den Regionen mittlerer
Breite auffindbar (gemäßigte Zone). Diese Zone
beinhaltet Mitteleuropa, Ostasien, und die Osthälfte von
Nordamerika. Diese Wälder halten
Temperaturschwankungen von +30 °C bis -30 °C aus und
haben eine Vegetationsperiode von fünf bis sechs
Monaten. Die Wälder zeigen einen regelmäßigen
Jahresrythmus. Im Winter verlieren die Bäume ihre
Blätter, welche im Frühjahr wieder neu gebildet werden.
Das Laub wird im Wald innerhalb einer Periode zersetzt
und dadurch werden wieder wichtige Mineralien für den
Bild 11: Sommergrüner Laubwald
energieraubenden Neuaustrieb von Blättern freigesetzt. Um einen sommergrünen Laubwald
anzusiedeln benötigt es im Jahr mindestens eine warm-feucht Phase mit Temperaturen über 10 °C
und eine längere Frostperiode mit Temperaturen von unter -10 °C. Außerdem muss die
Niederschlagsmenge über 500 mm pro Jahr liegen und gemäßigt über das Jahr verteilt sein. Licht,
Feuchtigkeit und Nährstoffe sind in den sommergrünen Laubwäldern reichlich vorhanden. Da ein
relativ fruchtbarer Boden dazu kommt, ist auch hier eine große Artenvielfalt vorhanden. Diese
reicht über Bäume, Sträucher und niedrigwachsenden Kräutern. Auch viele Tiere fühlen sich in
diesen Habitaten wohl. Dominierende Bäume des sommergrünen Laubwaldes sind Eichen, Buchen,
Birken, Ahorn und Hickory.
III.3.5 Aquatische Biome
Unter aquatische Biome versteht man limnische und marine Biome. Dies entspricht den ganzen
Flächen unserer Erde, welche mit Wasser bedeckt sind. Marine Biome nehmen in Form von
Ozeanen ca. 70% der Erdoberfläche ein. Ökologen trennen die aquatischen Biome in Süßwasser
Gebiete (limnische Biome) und in Salzwasser gebiete, also Ozeane ein (manine Biome). Ich werde
hier jedoch nur einen kurzen Überblick geben, wie limnische, bzw. marine Biome eingeteilt werden.
Limnische Biome:
– Teiche und Seen: dies sind alle großen Wassergebiete innerhalb der terrestrischen Zone.
Große Gewässer heißen Seen, kleine Teiche und Weiher.
– Bäche und Flüsse: darunter sind alle fließenden Gewässer innerhalb von Kontinenten
gemeint
– Feuchtgebiete: im allgemeinen sind Feuchtgebiete mit Wasser bedeckte Gebiete, in welchen
Wasserpflanzen wachsen können. Bekannteste Vertreter sind Sümpfe, Moore (Flachmoore)
und Marschen
– Ästuare: sie sind die Übergangszone vom limnischen zum marinen Biom. Innerhalb der
Ästuare schwankt die Salzkonzentration je nach Anteil des limnischen und marinen
Einflusses. Häufig sind Ästuare Flussmündungen
Marine Biome:
– Gezeitenzone: die Gezeitenzone ist der Übergang vom Land zum Meer und ist in
periodischen Abständen über und unter Wasser.
– Korallenriffe: diese kommen in warmen, tropischen Gewässern im Sublitoral vor.
– das ozeanische Pelagial: dies ist das Gebiet des Meeres weg vom Kontinentalschelf, welche
dauernd von Wasserströmungen vermischt werden. Hier ist die Nährstoffkonzentration sehr
gering
– Benthos: unter Benthos versteht man eine Organismengesellschaft, die den Grund der Meere
besiedelt. Sie leben entweder an Kontinentalabhängen oder auf dem Tiefseeboden, bei
welchem in der Tiefe von 4000 – 6000 m absolute Dunkelheit, extreme Drücke und geringe
Nährstoffkonzentrationen typisch sind
III Verhaltensökologie
III.1 Sukzession (am Beispiel bei der Entstehung von Waldgebieten)
Unter einer Sukzession versteht man in der Ökologie die Abfolge von verschieden
Zusammensetzungen und Strukturen von Lebensgemeinschaften nach einer Störung. Die
Sukzession dauert so lange, bis ein Endstadium (Klimax) erreicht ist. Eine Störung ist meistens eine
Naturkatastrophe wie nach einer Überflutung, einem Brand, einem Vulkanausbruch oder das
Zurückziehen eines Gletschers. Durch die Katastrophe ist die vorhandene Vegetation völlig zerstört.
Nun können neue Organismen die zerstörten, leeren Gebiete neu bevölkern. Solche Organismen
besitzen eine hohe Fermilität haben kaum Ansprüche an Umweltfaktoren. Entsteht ein Gebiet neu
(beispielsweise nach einem Gletscherrückzug), so heißt die Erstbesiedlung primäre Sukzession,
wird ein Gebiet komplett zerstört und muss neu angesiedelt werden (z.B. nach einem
Vulkanausbruch), so nennt man dies sekundäre Sukzession. Hier ist der Boden fruchtbarer als bei
einer kompletten Neubesiedlung.
Wird nun nach einem Gletscherrückzug das
entstandene Gebiet neu besiedelt, so finden sich
als erstes Moose und Flechten auf den
Moränenschutt. Nach einer Zeit entwickeln sich
dort langsam kleine Weiden, welche nach ca. 50
Jahren durch Erlen abgelöst werden. Haben diese
einen besseren Boden gebildet, so können
Fichten gedeihen, welche ihnen den Lebensraum
wegnehmen. Letztendlich kommen zu den
Fichten die Hemlocktannen hinzu und es entsteht
ein wie in der (alpinen und arktischen) Tundra
üblicher Fichten – Hemlock – Wald.
Bild 12: Gletscherrückzug
III.2 Biologische Invasion - Einschleppung von Organismen
Bei diesem Thema, welches auch Biologische Invasion genannt wird, muss man unterscheiden
zwischen absichtlicher und unabsichtlicher Einschleppung.
Durch die ständige Globalisierung ist es heutzutage unmöglich, die Einschleppung von
verschiedenen Bakterien, Viren oder Pflanzen zu vermeiden. Mit jedem Flugzeug oder Schiff
werden hunderte von Organismen in andere Kontinente getragen. Ein gutes Beispiel ist die
derzeitige Schweinegrippe, welche in Mexiko entstand und nun ein weltweites Problem ist.
Pflanzen werden durch ihre Samen verschleppt. Diese sind oft so winzig, und verteilen sich in jede
nur denkbare Fuge der Transportmittel. Dadurch wird die Artenvielfalt immer größer, das Risiko
von schädlichen Bakterien und Viren wächst jedoch auch zunehmend. So vermehrte sich zum
Beispiel der schädliche Borkenkäfer in Europa mit einer fast unaufhaltsamen Geschwindigkeit und
ist nun eine Plage in fast allen Waldgebieten.
Besonders stark zu sehen ist diese Einschleppung bei Neuentdeckungen von Inseln aufgrund ihres
kleinen Lebensraumes. Die Einschleppung neuer Arten wurde mit der Zeit immer schneller und ist
nun unaufhaltbar.
IV Populationsökologie
Die Populationsökologie beschreibt das Wachstum von Populationen, bzw. von
Lebensgemeinschaften. Jede Population hängt von 2 wichtigen Parametern ab, der
Populationsdichte (Abundanz) und ihrem Verteilungsmuster (Dispersion).
Die Abundanz wird z.B. bestimmt durch direktes Zählen, Abschätzungen, indirekte Indizes
(Nistplätze bei Vögeln, Bau bei Waldtieren,...) oder auch durch eine Fang- & Wiederfang- Methode.
Für die Dispersion gibt es 3 verschiedene Möglichkeiten, da die Dichte in einem Gebiet lokal sehr
schwanken kann. Das Verteilungsmuster kann geklumpt, homogen oder zufällig sein.
Demographie
Ein weiterer Punkt der Populationsökolie ist die Demographie, die Untersuchung des Verhältnisses
zwischen Geburten- und Sterberate. Dieses Verhältnis beschreibt das logistische Modell in sehr
guter Näherung.
dN
K −N
=r max N
dt
K
Mit
rmax = Geburtenrate – Sterberate,
K = max. mögliche Populationsgröße (Umweltkapazität),
(K – N) = Anzahl der tragbaren Individuen für die Umwelt, K=N heißt Geburtenwachstum
ist gleich der Sterberate.
Das logistische Modell ist jedoch nur auf wenige Organismen direkt übertragbar, da meistens
physikalische Variablen wie Temperatur, Feuchtigkeit, usw. wichtigere Faktoren sind als die
Bevölkerungsdichte. Auch gibt es in der Realität Räuber oder Umweltkatastrophen. Dies hat meist
aber nur zur Folge, dass am Grenzwert des logistischen Modells Oszillationen auftreten, das heißt
ein immer wieder kurzzeitiges Überschreiten des Kapazitätniveaus vorkommt. Dadurch ist das
Modell als Näherung für sehr viele Organismen anwendbar. Aus dem logistischen Modell zeigt sich
auch, dass bei niedriger Bevölkerungsdichte Faktoren auftreten wie rasches Fortpflanzen und frühe
Geschlechtsreife, während bei hoher Bevölkerungsdichte die Individuen erlernen mit knappen
Ressourcen zu überleben und mit Konkurrenz umzugehen.
Limitierende Faktoren
Das Populationswachstum wird hauptsächlich von zwei Faktoren und deren Wechselwirkung
beeinflusst:
Dichteabhängige Faktoren für Populationswachstum:
– Ressourcenknappheit → Fertilität (Fruchtbarkeit) nimmt ab durch Populationsanstieg
– Terribrialität (Verteidigung eines Gebierts) → Raum wird zur limitierenden Ressource
– Begrenzte Anzahl an festen (sicheren) Brutplätzen
– Populationsdichte wirkt sich auch auf Gesundheit und Überlebensfähigkeit aus (viele
Pflanzen → Pflanzen werden kleiner → weniger Blüten, Früchte & Samen
– Räuber: mehr Beutetiere werden gefressen als nachkommen (dichteabhängige Regulation
der Beutepopularisation)
– Schadstoffproduktion (Kot vergiftet oft den Lebensraum)
eine hohe Dichte induziert auch ein Stresssyndrom, woraus hormonelle Veränderungen der
Geschlechtsreife und ein supprimiertes Immunsystem folgt. Dies hat zur Folge, dass die
Reproduktivität abfällt und die Sterberate ansteigt.
Dichteunabhängige Faktoren für Populationswachstum:
– Wetter und Klima: Herbstfrost tötet z. B. viele Insekten
– wämeabhängige Tiere produzieren im Sommer mehr Nachkommen
– Umweltereignisse, welche mit Jahreszeiten zusammenhängen (Brände, Lawinen, Stürme,...
Aus der Wechselwirkung der dichteabhängigen Faktoren ergibt sich meist eine stabile Größe,
welche an ihrer festen Grenze aufgrund der dichteunabhängigen Faktoren schwingt. Oft entsteht
dadurch auch ein regelmäßiger Zeitzyklus. Ein Beispiel für solch einen Zyklus ist eine RäuberBeute- Beziehung. Das heißt:
Beutepopulation nimmt zu → Räuberpopulation nimmt zu → Beutepopulation nimmt ab →
Räuberpopulation nimmt ab → …
Menschen
Der Mensch nimmt in diesem Zyklus eine einzigartige Stellung ein. Er kann seine Geburtenrate
selbst kontrollieren durch z.B. freiwillige Verhütung, staatliche Familienplanung, … Bis jetzt weist
die Menschheit ein exponentielles Wachstum auf, was durch die mit der industriellen Revolution
verbesserten Hygiene und medizinische Fortschritte (→ reduzierte Säuglingssterberate) verstärkt
wurde. Jedoch gibt es auch für die Menschheit limitierende Ressourcen wie z.B. Nahrung,
Lebensraum oder auch nicht erneuerbare Ressourcen wie Erdöl oder Metall.
V. Literaturverzeichniss:
Buchliteratur:
Neil A. Campbell, Biologie, Dt. Übers. Hrsg. Jürgen Markl, Heidelberg; Berlin; Oxford; Spektrum,
Akad. Verl., 1997, ISBN 3-8274-0032-5
W. K. Purves, D. Sadava, G. H. Orians, H. C. Heller, Biologie, Dt. Übers. Hrsg. Jürgen Markl, 7.
Auflage, Spektrum Akad. Verl. 2006, ISBN 3-8274-1630-2
Townsend, Harper, Begon, Ökologie, 2. Auflage, Springer Verlag Berlin Heidelberg New York,
ISBN 3-540-00674-5
Internetliteratur:
www.wikipedia.de
www.umweltdatenbank.de/lexikon/oekologie.htm
VI. Abbildungsverzeichniss:
Bild 1: http://lv-twk.oekosys.tu-berlin.de/project/lv-twk/images/gifs/earth-zones.gif
Bild 2: http://www.wikipedia.de
Bild 3: http://www.planet-wissen.de/natur_technik/wueste/trockenwuesten/img/
intro_wueste2_01_g.jpg
Bild 4: http://www.onguru.de/buecher/bessel/Savanne-Buschlandschaft%20Namibia%20Afrika
%202006%20-%202007.jpg
Bild 5: http://christeler.3sweb.net/FF/MG143.jpg
Bild 6: http://media-cdn.tripadvisor.com/media/photo-s/01/08/94/f9/beauty-of-the-tundra.jpg
Bild 7: http://www.wikipedia.de
Bild 8: http://www.klett.de/sixcms/media.php/76/regenwald3.jpg
Bild 9: http://www.wikipedia.de
Bild 10: http://www.fotoblick.de/1024/sumpf_taiga_1024.jpg
Bild 11: http://www.biblio.tu-bs.de/geobot/virt-exkursion/exk_armenien/bild12.jpg
Bild 12: http://www.sac-praettigau.ch/images/content/aktuelles/2007/IMG_1292.JPG